铸铁煤气管道泄漏原因分析

赵红标，杨育红

(1.山西省锅炉压力容器监督检验研究院，山西 太原 030012；2.太原师范学院，山西 太原 030619)

0 引言

灰口铸铁管由于成本低、安装简单、具有良好的耐腐蚀性并且使用年限长一直是我国城市中低压煤气管道广泛应用的材料之一，然而，这种管道在运行一定时间后会时常发生泄漏，给人民生命财产安全和社会稳定带来巨大威胁。造成铸铁管道泄漏的原因很多，研究认为铸铁管道自身性能存在的缺陷如抗拉强度低、抗弯曲能力差、连续铸管时易造成管材沙眼、层皮、夹杂等，管道承插式或柔性机械接口强度低、抗土壤挤压变形能力差，管体表面尤其是外表面的腐蚀和坑蚀，管道埋深不足、违章占压、基础下沉致管道悬空，管道附近地面活动(如重车碾压)等第三方破坏[1-4]都可能是管道泄漏的原因。

上述研究多集中于追踪产生泄漏的直接原因，而对于管道因设计问题、企业安全生产主体责任缺失、使用管理不当等因素埋下的安全隐患却鲜有报道。本文应用完整性管理理念对一起铸铁煤气管道泄漏事故进行了分析，并提出了防止此类事故的几点建议。

1 泄漏事故及管道概况

某焦化煤气有限公司位于307国道牛家寨段公路旁一厂外中压埋地煤气管道发生泄漏(如图1所示)，事故造成路边汽车修理厂东房值班过夜人员中毒，一死一伤。

煤气管道全长2 698 m，规格为DN400，质量符合GB/T6483—2008(A)级要求，壁厚δ=12 mm,材质为灰口铸铁，其化学成分及力学性能见表1。管道直埋敷设，设计压力为0.15 MPa，工作压力为0.12 MPa，输送介质为焦炉煤气，已投入使用4年，泄漏发生在2 330 m处(由西向东)，管道设计、安装单位均无特种设备生产许可资质，且未到质监部门办理过安装监检、定期检验及使用登记手续。

图1 煤气管道泄漏事故现场平面示意图

表1 灰口铸铁管材料化学成分(质量分数)及力学性能

2 现场勘查与试验分析

2.1 管道宏观检查

铸铁煤气管道为柔性机械接口连接，内垫橡胶法兰垫片密封，如图2所示。位于管道侧下方3点钟～7点钟位置有一面积约为400 mm×500 mm的局部外腐蚀区域(涵盖柔性接口)，腐蚀区域内铸铁管有多处腐蚀穿孔(如图3所示)，并且压兰和螺栓也严重腐蚀(如图4、图5所示)，密封功能完全失效，管道内壁未见腐蚀现象，如图6所示。

图2 管道柔性机械接口连接示意图

2.2 泄漏管段敷设环境调查

该煤气管道从焦化煤气有限公司出厂后，沿307国道北侧由西向东敷设。307国道为运煤主干道，由于运煤车时有路途中抛洒，因而在道路两侧土壤表层经年累月便积累了厚厚一层煤粉。泄漏管段开挖后显示：管沟覆土为含少量煤粉的杂土，表层为富含煤粉的黑色黄土，如图4、图6右侧部分所示。

图3 煤气管道外壁腐蚀状况 图4 煤气管道压兰腐蚀状况

图5 压兰连接螺栓腐蚀状况 图6 煤气管道内壁状况

2.3 试验分析

2.3.1 地下水水质分析

表2 地下水水质分析报告

2.3.2 金属腐蚀产物物相测定

对管道金属腐蚀产物取样进行X光衍射物相测定(仪器型号：Dmax-rA，试验条件：40 kV/30 mA)。测定结果表明：金属腐蚀产物仅含有Fe、C，未见其他物质衍射峰值，显然，这是管道金属电化学腐蚀的结果。

2.3.3 元素化学成分分析

从管道金属腐蚀产物及其表面附着泥土中取样对S、Cl元素进行追踪检测，检测结果见表3。两种试样中S含量均异常，且与表2结果正好形成正比对应关系。由此说明，是酸性地下水通过土壤渗透直接与管道金属发生接触，造成了管道金属的电化学腐蚀。

表3 元素化学成分分析结果(质量分数) %

3 分析与讨论

3.1 泄漏的直接原因

综上所述，电化学腐蚀是造成铸铁煤气管道泄漏的直接原因。

3.2 泄漏的管理原因

(1) 涉事企业煤气管道在建设时委托无证单位设计、安装，安装时也未到质监部门办理安装质量监督检验，投用后更没进行过定期检验，完全违背了国家有关特种设备安全监察的规定，企业安全生产主体责任缺失，造成管道建设时安全性能不能有效控制，投用后安全隐患不能及时发现，管道安全处于自生自灭的失控状态。企业安全生产主体责任缺失是导致管道泄漏的主要原因。

(2) 涉事企业虽有“煤气巡线工管理办法”，但其仅规定负责厂区以外煤气管道凝水缸的抽水和排水，在管道巡线检漏方面没有任何规定，也无职责落实，纯属安全生产管理盲区，其结果是管道煤气泄漏没能及时发现，最终酿成煤气中毒伤亡的惨痛事故。安全生产运行管理措施不健全、职责不到位是造成管道泄漏的重要原因。

(3) 设计单位设计前没有对管道敷设环境进行调查，没有考虑到特殊土壤环境有可能对管道产生严重电化学腐蚀，管道选材时错误地选用灰口铸铁管，并且也没有有针对性地进行外防腐设计，结果导致管道投用后不具备耐腐蚀性能。这种选材及防腐设计错误直接为管道泄漏埋下了安全隐患。

4 结论及建议

(1) 管道含煤覆土中的硫在土壤微生物的催化作用下，在水中最终生成硫酸，使地下水酸化形成腐蚀电解质溶液。当局部外防腐涂层破损的灰口铸铁管与酸性地下水直接接触时，铸铁表面会形成众多微电池并发生电化学腐蚀，电化学腐蚀是造成煤气管道泄漏的直接原因。

(2) 企业安全生产主体责任缺失，管道巡线管理制度不健全、职责不到位，以及管道选材及外防腐设计错误是导致管道泄漏的管理原因。

(3) 企业应切实把安全生产主体责任落在实处，严格执行国家有关特种设备设计、安装、使用、管理等方面的强制规定，安全生产从源头抓起，在使用中落实，把隐患消灭在萌芽状态。

(4) 鉴于铸铁煤气管道容易泄漏的特殊性，使用单位尤其应注意建立健全管道巡线管理制度和隐患排查制度，主动加强管道日常巡线检漏和安全检査，按期进行定期检验和风险评估，强化监控预警，发现问题及时控制、及时处理。

(5) 政府及特种设备监管部门应每年对埋地燃气管道组织专项安全检查，切实落实政府监管责任，防患于未然。