城镇供热管道隐患辨识研究

王艳霞 徐 栋 刘克会

（北京市新技术应用研究所，北京 100094）

0 引言

供热系统是城市（尤其是北方城市）重要的日常运行保障系统，随着城市化进程的加快，城市供热设备设施数量日趋庞大。城市供热设施呈现数量多、分布广、开放性强、燃气使用比例逐渐提高的特点，一旦发生事故容易造成严重的危害和影响。近年来，由于供热管道管材质量差、敷设方式不科学、运行环境恶劣、长期超期服役、管线设备老化腐蚀、运行维护不当等安全隐患导致的管线事故时有发生。如2016年1月18日，辽宁省沈阳市一条供热管道因老化腐蚀严重爆裂，热水涌上路面腾起浓雾，能见度不超过2m，影响了13个小区供暖；2014年2月哈尔滨市接连发生两起供热管道爆裂，致700余户居民受影响等。

隐患排查治理是安全管理的重要抓手，及早发现隐患、及时治理隐患，能够有效防范事故的发生。《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》（国办发〔2014〕27号文）明确提出“加强城市地下管线维修、养护和改造，提高管理水平，及时发现、消除事故隐患，切实保障地下管线安全运行。开展城市地下管线普查时要同步开展隐患排查，全面了解地下管线的运行状况，摸清地下管线存在的结构性隐患和危险源。”《国家安全监管总局办公厅关于进一步做好隐患排查治理常态化机制建设试点工作的通知》及《国务院安委会办公室关于建立安全隐患排查治理体系的通知》也对建立安全隐患排查治理体系提出了明确的要求。

然而，管线多埋设在地表以下，属于隐蔽设施，其安全隐患难以直观发现并及时处理，且由于供热管道需要承受来自城市发展和人类活动方方面面的不确定性风险因素，安全隐患类型复杂、排查内容及方法缺乏科学依据支撑等，目前隐患排查工作效率低下、效果不明显。本文在收集大量的供热管道事故，分析供热管道自身安全特性及其所处环境的基础上，运用系统安全分析方法对供热管道隐患进行辨识分析，并针对隐患排查内容等提出对策建议，为供热管道隐患排查治理工作提供理论依据及科技支撑。

1 供热管道隐患影响因素分析

1.1 敷设方式

供热管道敷设方式主要包括地上架空敷设、地下管沟敷设、地下直埋敷设和地下综合管廊敷设[1-2]。地上架空敷设是指将热力管道安装在地面或支架上，容易发现和检修故障，管道不受地下水和土地酸碱度的腐蚀，但易受自然气候腐蚀、管道热损失较大，尤其是当管道保温质量差、缺乏维修养护时，容易造成严重的管道腐蚀。地下直埋敷设是将经过防腐和保温处理的管道直接埋入地下，具有建设周期短、投入成本低、管线热损失少的特点，但由于管道承受着来自地面设施、地下环境、外部施工等多重风险，且由于其隐蔽性较强，现有检查方法难以有效发现管道自身隐患，导致管道可能存在安全隐患。地下管沟敷设是将管道敷设于地下围护构筑物中，对管道起到了一定的保护作用，热损失相对较小，也具备下沟检修的条件，但由于管沟内温度常常较高，且湿度大，可能导致管道出现锈蚀。综合管廊作为一种新型的管线综合敷设方式，能够有效利用城市地下空间，易于管线维护和更替，能够有效减少外力施工、地下病害以及自身结构性隐患对热力管道的危害，但综合管廊建设仍处于探索发展阶段，建设规模有限，且因为管廊内容纳了多种类型的管线，可能会造成新的环境风险和人为破坏风险。

1.2 管道材质

按照《城镇供热管网设计规范》要求，供热管道采用无缝钢管、电弧焊或高频焊焊接钢管，供热介质设计温度高于50℃的管道、设备、阀门应进行保温，保温层外还应有良好的保护层，并根据需要涂刷防腐涂料。采用钢铁为材料的供热管道韧性较差，管道下方的空洞或上方占压物都有可能造成管道的变形或破裂，另外由于温度变化造成的塑性疲劳破坏也是导致管道爆裂的重要原因。架空管道多用岩棉保温，地埋管道多用聚氨酯保温材料或用岩棉以及玻璃棉材料作为保温和防腐作用，保温层和外保护层往往因为施工不当或土壤环境影响等受损失效，进而造成金属管材腐蚀等安全隐患。

1.3 输送介质

供热管道的输送介质分为热水和蒸汽两类。无论是热水还是蒸汽介质，都会因为与供热管道内部接触产生电化学腐蚀，其中氧腐蚀是最常见的腐蚀原因[3]。另外，由于热水pH值发生不同程度的变化时，腐蚀问题也有所不同，可能发生氢腐蚀或氢氧化亚铁腐蚀。因此供热管道设计时要满足一定的水质标准，运行时也应定期检测水质变化情况。与此同时，蒸汽管道经常会发生汽水冲击的水击现象，轻者会造成管道损伤，重者造成支吊架松脱或管道泄漏等。

1.4 土体环境

对于地下供热管道，特别是直埋管道，周边土体环境对供热管道也具有重要的影响[4]。土体环境的影响主要包括两个方面：一是土体腐蚀性对供热管道的影响，如由于土壤的酸碱度超标，造成土壤的腐蚀性增加，加剧管道外壁的腐蚀；二是土体病害体对供热管道的影响，主要为管道周边存在的地下空洞、水囊、土体疏松或不均沉降等，这些土体病害均有可能导致供热管道发生力学破坏，出现变形或破裂。

1.5 周边施工活动

城市中的各类钻探、挖掘施工活动，如勘探、打桩、盾构施工、明挖施工、非开挖施工等，也是目前导致供热管道破坏的主要原因之一。供热管道毗邻区域的施工活动会造成供热管道周边土体应力变化导致管道出现位移或损坏，或直接造成管道被打漏、挖破等。

1.6 管理因素

地下管线生命周期中的规划设计、建设和运行维护等各阶段的管理中也可能存在导致供热管道隐患的不利因素。在规划设计方面，可能存在管线尺寸、覆土深度、安全净距、选材等不满足最新标准要求或实际使用条件的情况。在建设施工方面，可能存在因野蛮施工、回填不实等造成的施工质量缺陷。在运行管理阶段，可能会存在因管道管理缺失、运检制度不合理、运行工况问题导致的供热管道结构出现问题。

2 供热管道安全隐患辨识分析

隐患辨识是评估与治理的前提，辨识就是发现与鉴别。安全系统工程提供了许多有效的辨别事故隐患的方法。通过对各种分析与评估方法的讨论，通过调查分析可能导致地下管线事故的各种隐患，参照相关标准、法规建立事故隐患列表，能够为城市地下管线事故的预防、隐患排查治理措施的制定提供参考。

2.1 事故类型及原因分析

通过梳理并分析历年来发生的各类供热管道事故案例，可以将供热管道事故分为管道变形、泄漏、破裂、爆管以及管道附件故障[5-8]。

事故致因理论是从大量典型事故的本质原因的分析中所提炼出的事故机理和事故模型。这些机理和模型反映了事故发生规律性，能够为事故原因的定性或定量分析，为事故的预测预防，为改进安全管理工作，从理论上提供科学的、完整的依据。对供热管道隐患和事故的原因分析可运用事故致因理论进行分析[9]。本文运用事故树分析（Fault Tree Analysis，简称FTA）对典型供热管道事故发生的原因进行深入分析，进而识别供热管道常见的安全隐患。

以供热管道破裂事故为例，绘制其事故树分析过程，如下图。

图 供热管道破裂事故树分析图Fig. Fault Free Analysis of rupture of the heating pipeline

从上图中可以看出引发热力管线断裂的直接原因主要包括地面坍塌、外力破坏、管道腐蚀和疲劳开裂，间接原因涉及管道规划、建设、运行阶段。通过对管道变形、泄漏、破裂、爆管等典型供热管道事故类型的事故树分析，可以将影响管道运行安全，导致管道事故的原因归纳为：建设与运行管理环境、管道自身结构缺陷和外力破坏3方面[10-12]。管道建设与运行管理环境指在管道设计、制造、施工及运行维护等一系列活动中，由于人员的操作、组织协调及监督不当等原因，使热力管道存在安全隐患，如管道材质缺陷、管道敷设施工不规范、施工时回填不实等。管道自身结构性缺陷中腐蚀是造成管道失效的最主要原因[13-15]，由于管道处于土壤、空气等环境中，受周围环境温度、湿度、盐分、酸度、微生物等因素的影响，管道外部容易出现电化学腐蚀；管道内部有溶解氧、游离的CO2，容易出现氧腐蚀。外力破坏主要包括第三方施工扰动或直接损坏，地下空洞、土体疏松、土地沉降等土体病害，其中施工过程中损坏地下管线已经成为近几年危害地下管线安全运行的重要因素。

2.2 供热管道隐患类型分析

根据供热管道影响因素及事故树分析，按照隐患的表现形式，可以将供热管道隐患分为安全距离类隐患、设备设施类隐患、建（构）筑物类隐患及周边环境类隐患。其中安全距离类隐患指管道尺寸、覆土深度及其与建（构）筑物或其他设施之间的安全距离方面存在的隐患；设备设施类隐患指管道及其附属设施（补偿器、阀门、支架等）存在的自身结构性隐患；建（构）筑物类隐患指供热管沟、井室等存在的结构性隐患；外部环境类隐患指供热管道周边存在的施工、土体疏松、地下空洞等外部环境隐患。供热管道主要隐患类型，见下表。

3 隐患辨识重点

基于供热管道运行影响因素分析，并结合管线隐患与事故之间的影响关系，可以从设施、环境、管理3个方面进一步明确地下管线隐患辨识的重点内容，即明确在开展隐患排查时需重点进行隐患辨识的供热管道。

3.1 设施方面

设施方面的隐患排查内容侧重于管线本体及附属设施本身，主要包括：管道本体及附属设施出现的尚未表现为隐患，但存在转化为隐患的可能性的问题。如管道处于超期服役状态、出现腐蚀迹象、接口出现错位、同一段管道存在多次抢修或故障处理情况、管道材质存在质量问题等；敷设于存在可能土体病害区域的供热管道，如土体疏松区域的供热管道等。

3.2 环境方面

环境方面的隐患排查内容大体上可分为3类：一是管道周围土体环境的影响因素，即需要排查存在地下空洞、地质沉降、地下水位变化等区域的管道；二是外力影响因素，即需要排查周围有地铁施工、其他地下管线施工、大型建筑的深挖基坑的管道，或地面有堆砌物、建（构）筑物占压埋压，地面交通荷载超过设计标准的管道等；三是不同管线系统间的影响因素，如不符合安全间距的供热管道，周边有输油气、危险化学品管道的管道，管线交叉区域或管线密集区域的管道等。另外，由于供热管道所处的区域一定程度上决定了其发生隐患或事故的影响程度及影响范围，因此一些重要区域（如政治敏感区、重点区域、重要路段等）的管道应该被列为隐患排查重点。

表 供热管道隐患列表Tab. Hidden dangers list of heating pipeline

3.3 管理方面

管理方面的隐患排查内容主要包括：规划设计问题，如标准规范发生变化的管道、满足旧的标准但不满足新标准的管道、规划设计前地质勘查不全面的管道等；建设施工问题，如施工回填不实区域的管道、敷设方式不满足运行需求的管道等；运行维护问题，如管理缺失的管道、运行工况出现异常的管道等。

通过对供热管道隐患排查重点进行归纳，可以得出供热管道隐患辨识重点如下：

（1）供热管道处于超期服役状态。

（2）供热管道出现水平位移或沉降。

（3）因管道材质缺陷导致事故或故障发生率较高的同一批次的供热管道。

（4）因施工问题导致事故或故障发生率较高的同一施工段的供热管道。

（5）安全评价结果为风险较高的供热管道。

（6）直埋管道周边土体腐蚀性较强。

（7）供热管道与其他管线交叉或处于管线密集区域。

（8）供热管道处于特殊、敏感区域（重点路段、重点区域）。

（9）供热管道上方地面或附近安全间距内有堆砌物、建（构）筑物占压。

（10）供热管道周边存在输油气管道、危险化学品管道。

（11）供热管道周边存在钻探作业、深基坑开挖施工、盾构施工、顶管施工等活动。

（12）供热管道位于地质灾害易发区域（如地质沉降区域、断裂带区域、地下水位变化区域等）。

（13）不满足现行标准规范（包括满足旧标准规范但不满足新标准规范）的供热管道。

4 隐患排查工作建议

供热管道隐患可能由管线自身存在的轻微故障、缺陷或逐渐老化演变形成，也可能由涉及施工、运行过程中的不当操作、不严格管理导致，或者由生存环境中不良影响因素的逐渐作用而形成。且因为管线隐患的隐蔽性极高，难以通过有效的手段直接查找到具体隐患。因此，在隐患排查时应做到全面覆盖、重点排查，即要综合考虑管线规划、建设、运行等各环节可能存在的导致管线隐患的因素，又要重点排查管线本体及附属设施、管理方面以及环境方面存在问题时管线的安全状况，以辨识供热管道的安全隐患。

在隐患排查方法的选择方面，应根据隐患排查人员、设备配置以及需要排查的内容等情况，选择专业检测法、对照经验法、现场调查法、安全检查表法、资料查阅法等一种或几种方法的组合。在隐患排查形式的选择方面，供热管道除了要定期开展日常隐患排查外，还应在供暖开始前和供暖结束后开展专项隐患排查。

为了更好的支撑隐患排查工作，供热管道单位还应该及时建立事故及隐患信息数据库，对隐患的发展变化趋势、特点及形成原因、关联关系等进行数据分析，以持续改进隐患排查的内容及方法，支撑供热管道隐患辨识及评估技术的不断更新。