摘 要：介紹管道完整性管理的工作內(nèi)容和流程，結(jié)合杭州市燃氣管道完整性管理現(xiàn)狀和存在的問題，對埋地燃氣鋼質(zhì)管道腐蝕與防護的完整性管理進行探討。
關鍵詞：燃氣管道； 鋼質(zhì)管道； 腐蝕； 防護； 完整性管理； 風險評估
Integrity Management for Corrosion and Protection of Buried Gas Steel Pipelines in Hangzhou City
Abstract：The work content and process of pipeline integrity management are introduced．Combined with the present situation and the existing problems of gas pipeline integrity management in Hangzhou City，the integrity management for corrosion and protection of buried gas steel pipelines is discussed．
Keywords：gas pipeline；steel pipeline；corrosion；protection；integrity management；risk assessment
1 管道完整性管理的工作內(nèi)容和流程
加強對城市燃氣安全的管理，防范事故于未然，是燃氣輸配管網(wǎng)管理者的首要任務[1-2]。目前，國內(nèi)外許多文獻都從不同側(cè)面對管道的完整性進行了概述，但對管道完整性定義還沒有達成一致?？傮w而言，管道完整性是指管道在物理上和功能上完整，始終處于安全可靠的受控狀態(tài)，管理人員不斷采取措施防止管道事故的發(fā)生[3]。由此可見，管道完整性是一個與時俱進的持續(xù)過程。燃氣鋼管完整性管理不僅是對管道本體管理，還綜合考慮影響燃氣管道完整性的所有因素，采取一體化管理模式[4]，其工作內(nèi)容包括：①擬定工作計劃，編制工作所依據(jù)的體系文件并規(guī)定相應的工作流程。②采集燃氣管道生命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)，建立文檔管理系統(tǒng)。③根據(jù)相關信息進行風險評價，使運營者能夠全面了解管道發(fā)生事故的可能性及事故后果，從而制定預防減緩和應急搶險措施。④按照擬定的工作訓+劃，周期性對管道進行完整性檢測與評價，掌握燃氣管道的本體狀況和薄弱環(huán)節(jié)，對可能發(fā)生事故的部位和原因進行分析、監(jiān)測和控制。⑤采取修復或減輕失效威脅的措施等。因此必須持續(xù)不斷地對管道進行風險分析、檢測、維修等完整性管理工作，管道完整性管理的流程見圖1。
由圖1可以看出，在管道完整性管理的過程中，“風險評價”和“完整性檢測評價”是整個流程中的核心，而“采取維修、調(diào)整、預防措施”是關鍵內(nèi)容。
2 杭州燃氣管道完整性管理現(xiàn)狀與問題
杭州市現(xiàn)有埋地燃氣管道3558.4km，其中中壓A鋼管779.743km，中壓B鋼管305.531km，低壓鋼管約500km，綜合測試樁2021個，電位測試樁626個，投運10年以上的中壓鋼管182.438km，低壓鋼管約為420km，投運10年以內(nèi)的中壓鋼管為902.836km，低壓鋼管約80km。杭州市大量燃氣管道的不斷建成和運行時間的延長，給管網(wǎng)安全運行帶來了一定難度。
近幾年，隨著杭州燃氣管道完整性管理的逐步推進，杭州市制定了各項標準規(guī)范，完成了管網(wǎng)建設數(shù)據(jù)采集，開發(fā)了數(shù)據(jù)管理平臺，引入管道完整性管理咨詢機構(gòu)，以GIS為基礎建立了杭州燃氣管網(wǎng)信息系統(tǒng)等。但在某些方面尤其是管道腐蝕與防護方面還存在以下問題：①管道防腐層質(zhì)量評價為“差”的鋼管，約占全部中壓鋼管的30％；②隨著防腐層的老化、破損，防腐層破損點逐年增加，因腐蝕引起的搶修次數(shù)呈逐年l二升的趨勢；③近3 000個測試樁長期以來缺少維護，致使測試樁的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)系統(tǒng)尚未建立；④在管道檢測和防腐層修復方面，還未建立全面的管理技術(shù)方案和標準。
3 杭州燃氣埋地鋼管腐蝕與防護管理
3.1 建立埋地燃氣管道風險評估系統(tǒng)
杭州市燃氣集團有限公司(以下簡稱杭燃公司)依托杭州燃氣管網(wǎng)信息系統(tǒng)，開發(fā)了埋地燃氣管網(wǎng)風險評估系統(tǒng)(見圖2)。該系統(tǒng)以目前管道行業(yè)成熟的“穆氏評估原理”為原型，結(jié)合杭州燃氣管網(wǎng)實際情況和相關標準，從實用、簡潔、靈活、高效出發(fā)，借助GIS技術(shù)空間化、圖形化的特點，提供一個安全?？?、操作簡便的埋地燃氣管道風險評估平臺。它還成功地將風險評估與管網(wǎng)GIS高度集成，實現(xiàn)GIS管道屬性數(shù)據(jù)和風險分析數(shù)據(jù)相互調(diào)用，其內(nèi)容包含參數(shù)設置、評估指標管理、街道及調(diào)查段信息管理、工程管理、風險數(shù)據(jù)、評估管理、風險檢索和風險顯示預警及減緩措施、分析與報表等功能。該系統(tǒng)不僅收錄了新舊管網(wǎng)的防腐層數(shù)據(jù)，還包括管網(wǎng)所在的土壤腐蝕性、雜散電流、周圍環(huán)境情況及搶修數(shù)據(jù)等，能最大限度地準確評估埋地燃氣管網(wǎng)的安全狀況，預防事故的發(fā)生，及早識別危險源，為用戶提供了更為直接的追蹤危險管段的重要依據(jù)。
3.2 完善外防腐層完整性檢測體系
CJJ 95—2003《城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼質(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程》提出了“防腐層完整性”的概念，其第5．3．5條為強制性條文：“防腐管回填后必須對防腐層完整性進行檢查”。GB／T 21448—2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范》第9節(jié)也建議在陰極保護系統(tǒng)運行1年內(nèi)，宜進行下列調(diào)查：防腐層檢漏、電流衰減測量、密間隔管地電位測量、直流電位梯度法檢測、管地電位缺陷定位測量、全線防腐層絕緣電阻率測試。
杭燃公司依托埋地燃氣管網(wǎng)風險評估系統(tǒng)，2010年首次成立檢測班專職進行埋地燃氣鋼管檢測，制訂了《埋地鋼質(zhì)管道安全風險評估系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集標準》，該標準規(guī)范了管網(wǎng)安全風險評估系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)的采集和管理工作，明確了管道沿線土壤腐蝕性檢測、土壤腐蝕電流密度檢測、管道沿線雜散電流干擾檢測、管道陰極保護狀況檢測、管道防腐層絕緣性能檢測及評估、管道防腐層缺陷檢測、管道埋深檢測等的檢測要求和檢測周期。截至2013年底，杭燃公司利用3年時間完成了兩個全覆蓋，即中低壓燃氣管網(wǎng)檢測范圍的全覆蓋和檢測內(nèi)容的全覆蓋。先后購置了C-SCAN埋地管線檢測系統(tǒng)和SL-5088PCM埋地管線外防腐層狀況綜合檢測評估系統(tǒng)(用于燃氣管道防腐層綜合質(zhì)量監(jiān)測)、DCVG直流電壓梯度檢測儀、SL-2818(以及2098)埋地管道防腐層探測檢漏儀(用于燃氣管道防腐層破損點定位)以及UT71D智能型數(shù)字萬用表(用于燃氣管道陰極保護電位的檢測)，檢測技術(shù)涵蓋交流電流衰減法、人體電容法及直流電位梯度法等，檢測內(nèi)容包含土壤腐蝕性、陰極保護電位、破損點、管線埋深及防腐層絕緣電阻率等。對于檢測環(huán)境惡劣、干擾因素眾多的埋地管網(wǎng)，多種檢測方法可相互補充。
CJJ 95—2003規(guī)定“處于干擾腐蝕地區(qū)的管道，應采取防干擾的排流保護措施”。2013年伴隨著杭州市地鐵的到來，為研究杭州地鐵雜散電流對埋地燃氣鋼管的影響，杭燃公司引入了SCM雜散電流檢測系統(tǒng)，對地鐵開通前后沿線埋地燃氣鋼管上的雜散電流進行了檢測，并出具了檢測報告，以便將來制定相應的排流措施。此外杭燃公司還在地鐵沿線有代表性的站點附近安裝陰極保護電位遠傳系統(tǒng)(見圖3)，實現(xiàn)全天候24h自動測量埋地燃氣管網(wǎng)管地電位。
3.3 完善陰極保護系統(tǒng)的有效性
CJJ 95—2003規(guī)定“新建的高壓、次高壓、公稱直徑大于或等于100mm的中壓管道或公稱直徑大于或等于200mm的低壓管道必須采用防腐層輔以陰極保護的腐蝕控制系統(tǒng)。管道運行期間陰極保護不應間斷”，還規(guī)定“僅有防腐層保護的高壓、次高壓和公稱直徑大于或等于150mm的中壓在役管道應逐步追加陰極保護系統(tǒng)”。GB／T 21448—2008對陰極保護的有效性和防腐層性能非常關注。但是以上2個標準都沒有規(guī)定防腐層一旦受損，對防腐層立即采取修補措施。實際操作中過分強調(diào)防腐層的作用，要求沒有破損很難實現(xiàn)，因而陰極保護的有效性評價和管道實際的腐蝕程度更應該受到重視。此時有效的陰極保護系統(tǒng)和定期的腐蝕檢測評價就町以減小或避免防腐層不足可能導致的風險。
①測試樁普查及維修
管地電位的測量有3種意義[5]：未施加陰極保護的管地電位是衡量土壤腐蝕性的一個參數(shù)；施加陰極保護的管地電位是判斷陰極保護程度的一個重要參數(shù)；當有干擾時，管地電位的變化是判斷干擾程度的重要指標。
由此可見，正確測量陰極保護電位對判斷埋地鋼管的陰極保護程度起到至關重要的作用。但在測量管道陰極保護電位時，不可避免地存在IR降誤差。按美國NACE標準規(guī)定，采用斷電法測量陰極保護電位，能在一定程度上消除IR降。對采用犧牲陽極陰極保護的埋地燃氣鋼管，只能采用的變通方法是近參比法測量，即采用綜合測試樁或電位測試樁測量。杭燃公司為徹底弄清現(xiàn)有埋地燃氣管道測試樁的數(shù)目及運行情況，保障埋地燃氣管道的安全運行，2013年初對杭州市測試樁進行了系統(tǒng)普查，對調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計分析后，我們發(fā)現(xiàn)85％以上的測試樁存在丟失、線路板氧化等各種問題，由此杭燃公司制訂了測試樁維修方案并分批予以實施。
②防腐層破損點與閥門漏電點修復
防腐層存在破損點或閥門存在漏電點會使陰極保護電流流失，造成保護距離縮短，保護效果變差，進而造成犧牲陽極壽命縮短或陰極保護失效。因此，防腐層破損點修復在確保埋地燃氣管道安全運行及埋地燃氣鋼管完整性管理中占有十分重要的地位。杭燃公司對歷年檢測出的防腐層缺陷點建立檔案管理，包括缺陷點的類別、位置或樁號、采用何種防腐層，并根據(jù)缺陷點的所在城市位置劃分修復的難易程度，根據(jù)防腐層類別制訂了不同的維修方案。其次，為了減小防腐層缺陷點修復時的審批難度，杭燃公司在2013年引進了美國燃氣技術(shù)研究院(GTI)的微孔開挖技術(shù)，大大提升了防腐層缺陷點的維修效率，做到當年發(fā)現(xiàn)的破損點當年修復，杭燃公司2010年至2013年期間累計維修管道防腐層Ⅰ、Ⅱ類破損點785個，閥門漏電點105個。
③適時增設犧牲陽極
根據(jù)杭州的相關規(guī)定“新建道路五年內(nèi)不得進行開挖”，考慮到此類道路上的管道防腐層破損點影響犧牲陽極的消耗，杭燃公司在修復管道防腐層破損點的同時檢測鋼管陰極保護電位，對陰極保護電位高于-1.00V的鋼管適時增設鎂陽極，確保此類管道在1～3年內(nèi)通過增設鎂陽極而不會出現(xiàn)搶修事故，2010—2013年共增設鎂陽極923支。
3.4 加強埋地鋼制腐蝕與防護文檔管理
在腐蝕與防護文檔管理方面，杭燃公司除了對歷年破損點進行梳理統(tǒng)計建檔外，還注重加強陰極保護電位檢測計劃的制訂，計劃詳細到每個月每周需要完成的工作量，同時規(guī)定道路上的燃氣鋼管有測試樁的通過測試樁檢測，無測試樁的通過閥門井檢測。所有埋地燃氣鋼管的陰極保護電位按500m測一處，不足500m按500m計。
在加強日常管理工作之外，杭燃公司還制訂了各種操作規(guī)范規(guī)程，如《杭州市燃氣集團新建管道防腐層驗收規(guī)范》、《杭州市燃氣集團埋地管道防腐層破損點修復技術(shù)規(guī)范》、《杭州市燃氣集團微孔開挖技術(shù)操作規(guī)范》及《杭州市燃氣集團埋地管道陰極保護電位檢測技術(shù)規(guī)程》等。各類操作規(guī)范規(guī)程詳細規(guī)定了各操作的技術(shù)參數(shù)及操作注意事項等，如《杭州市燃氣集團埋地管道防腐層破損點修復技術(shù)規(guī)范》詳細規(guī)定了基坑開挖、表面處理、防腐膠帶纏繞施工的相關要求等。
4 結(jié)語
杭燃公司基于埋地管網(wǎng)完整性加強鋼質(zhì)管道的腐蝕與防護管理，實施以預防性維護為主的安全管理模式，包括管道防腐層檢測、破損點檢測、管道陰極保護系統(tǒng)管理等。由于城市燃氣管道防腐層和周邊情況變化較快，因此必須周期性地進行數(shù)據(jù)采集，適時制訂、修改數(shù)據(jù)采集標準，完善數(shù)據(jù)文檔管理，周期性地開展風險分析與評價，并根據(jù)評價結(jié)果安排維修維護，同時對相關管理人員進行持續(xù)、系統(tǒng)地培訓。
參考文獻：
[1]隋楠，魏立新，隋溪，等．城市燃氣管網(wǎng)風險評價體系研究[J]．油氣儲運，2010，29(1)：12-14．
[2]尤秋菊，朱偉，白永強，等．北京市燃氣管網(wǎng)危險因素的事故樹分析[J]．油氣儲運，2009，28(9)：27-30．
[3]王亞平，張國志，屠柳青，等．埋地燃氣鋼管外防腐層完整性檢查標準探討[J]．煤氣與熱力，2009，29(2)：B07-B09．
[4]王婷，鄭洪龍，宋漢成，等．城市燃氣管網(wǎng)的完整性管理[J]．油氣儲運，2012，31(3)：184-187．
[5]胡士信．陰極保護工程手冊[M]．北京：化學工業(yè)出版社，1999：194．
長輸燃氣管道的安全保護距離
