摘　要：提出燃氣管網(wǎng)潛能評估的概念，探討了燃氣管網(wǎng)潛能評估的必要性、理論、內(nèi)容、使用的儀器和依據(jù)的規(guī)范。

關鍵詞：燃氣管網(wǎng)  潛能評估  管體  防腐層  陰極保護  土壤腐蝕性

Discussion on Gas Pipe Network Potential Evaluation Techniques

Abstract：The concept of gas pipe network potential evaluation is put forward．The necessity，theoty and content of gas pipe network potential evaluation，the used instruments and code are discussed．

Key words：gas pipe network；potential evaluation；pipe body；anticorrosive coating；cathodic protection；soil corrosivity

1　燃氣管網(wǎng)潛能評估概念的提出

中國經(jīng)濟快速發(fā)展對燃氣的需求量越來越大，多城市即將或已經(jīng)面臨現(xiàn)有燃氣設施輸氣能力無法滿足未來發(fā)展的問題。與此同時，越來越多的燃氣管道已經(jīng)或?qū)⒁_到設計使用年限，形成了日益增長的燃氣需求與管道將逐步達到設計使用年限的矛盾。

①運行壓力對輸氣能力的限制

根據(jù)《2010年中國能源發(fā)展報告》，預計未來10余年，中國天然氣需求將呈爆炸式增長，但在地下設施密布的城市里，通過尋找新的燃氣管道位置，敷大管徑、高壓力級制燃氣管道來提高管網(wǎng)輸氣能力是一件很難的事，而且可以預見會變得越來越艱難。因此，很有必要判斷對于符合一定條件的管道(如路由合理且低于設計壓力運行的管道)，能否在設計壓力范圍內(nèi)提升運行壓力，以及可以提升多少運行壓力來增加管道的輸送能力，即判斷燃氣管網(wǎng)輸氣的潛在能力是多大。

②管網(wǎng)逐步達到了設計使用年限

除了少數(shù)幾個建國前就存在燃氣管網(wǎng)的城市外，城市燃氣管網(wǎng)的建設基本與改革開放同步，建設于20世紀70年代末和80年代初。根據(jù)GB50494—2009《城鎮(zhèn)燃氣技術規(guī)范》，燃氣管道設計使用年限一般為30年。由此可以推算，部分燃氣管道已經(jīng)達到或者即將達到設計使用年限。對于燃氣企業(yè)來說，如何對待達到設計使用年限的管道是一個棘手的問題，需要確定這類管道能否繼續(xù)使用以及還能繼續(xù)使用多久，即判斷燃氣管網(wǎng)使用年限的潛在能力是多大。

筆者將這類燃氣管網(wǎng)潛在能力(輸氣潛在能力、使用年限潛在能力)確定的過程稱為燃氣管網(wǎng)潛能評估(Gas Pipeline Potential Evaluation，GPPE)。

2　燃氣管網(wǎng)潛能評估的必要性

對于以上情況的燃氣管網(wǎng)，除燃氣企業(yè)面臨供氣困難外，政府對燃氣設施的安全運行也提出了相應的要求。

TSG D7002—2008《公用管道定期檢驗規(guī)則——燃氣管道》規(guī)定，運行工況發(fā)生顯著改變從而導致運行風險提高的管道，應當立即進行檢驗。

GB 50494—2009《城鎮(zhèn)燃氣技術規(guī)范》第3．1．5條規(guī)定，在設計使用年限內(nèi)，城鎮(zhèn)燃氣設施應保證在正常使用條件下的可靠運行。當達到設計使用年限時或遭遇重大災害后，應對其進行評估。其目的主要是保障供氣系統(tǒng)的安全性，評估后再確定是應該繼續(xù)使用、改造還是更換，如繼續(xù)使用應制定相應的安全保證措施。

由此可見，對燃氣管道的輸氣潛能、使用年限潛能進行評估，不僅是燃氣企業(yè)的需求，也是政府的要求。因此，對燃氣管網(wǎng)進行潛能評估是十分必要的。

3　燃氣管網(wǎng)潛能評估

3.1　燃氣管網(wǎng)潛能評估理論

關于燃氣管網(wǎng)的潛能評估，目前國內(nèi)外均沒有相應的規(guī)范。筆者根據(jù)國內(nèi)外相關規(guī)范、燃氣行業(yè)特點、實踐經(jīng)驗、科學的統(tǒng)計方法，以系統(tǒng)安全工程^[1]為基本理論，結合斷裂力學分析等理論進行研究，得出燃氣管網(wǎng)潛能評估的內(nèi)容、采用的儀器及依據(jù)的規(guī)范。

3.2　燃氣管網(wǎng)潛能評估內(nèi)容、儀器及規(guī)范

以鋼質(zhì)燃氣管道為例，按照系統(tǒng)分析法將燃氣管道潛能評估歸納為4部分評估，即管道本體、管道防腐層和陰極保護系統(tǒng)、管道附屬設施、管道與周圍環(huán)境。

①管道本體

a．管道化學組成

鋼這種材質(zhì)是管道腐蝕的內(nèi)因，如鋼的化學組分中非金屬含量過高會影響管道性能。如S、P含量過高易發(fā)生腐蝕，C、Si含量過高易造成脆性開裂。分析當前管道的化學組成，與原有材質(zhì)單進行對比，進而判斷管道在敷設環(huán)境下化學組成是否發(fā)生了變化。管道的化學組成可采用真空直讀光譜儀進行檢測，依據(jù)的規(guī)范為GB／T 4336—2002《碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發(fā)射光譜分析方法(常規(guī)法)》、GB／T 700—2006《碳素結構鋼》等。

b．管道力學性能

對運行10年以上的燃氣管道進行檢測時，應對管道母材及焊接部位的力學性能進行檢測。對截斷的管道進行力學性能檢測，檢測焊縫抗拉強度是否大于母材抗拉強度，檢測母材屈服強度是否大于材質(zhì)單上的屈服強度來判斷管道的力學性能?？刹捎靡簤涸囼灆C檢測，依據(jù)的規(guī)范為GB／T 228—2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》、GB／T 232—1999《金屬材料彎曲試驗方法》等。

c．管道剩余有效壁厚

管道剩余有效壁厚是影響管道輸氣能力和剩余使用年限的重要參數(shù)。可采用超聲波測厚儀、金相軟件分析系統(tǒng)檢測，依據(jù)的規(guī)范為SY／T 6151—2009《鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評價方法》、GB／T13298—1991《金屬昆微組織檢驗方法》、GB／T13299—1991《鋼的顯微組織評定方法》、GB／T224—2008{鋼的脫碳層深度測定法》。

剩余壁厚可首先用超聲波測厚儀進行初步測量，并觀察管體是否有腐蝕產(chǎn)物。例如對懷疑有厭氧腐蝕的管道，如果厭氧細菌出現(xiàn)并且是活性的，管道表面會附著一層黑色的硫化鐵，這種沉積物只會附著在防腐層缺陷處。若黑色物質(zhì)是硫化鐵，用稀鹽酸溶液處理就會釋放硫化氫氣體，可以通過其特有的臭雞蛋氣味加以鑒別。在初步測量剩余壁厚后，對截斷的管道內(nèi)、外表面進行金相顯微分析。管道的剩余有效壁厚為剩余壁厚減去內(nèi)、外表面脫碳層組織發(fā)生變化部分的壁厚。

②管道防腐層和陰極保護系統(tǒng)

a．防腐層

管道防腐層的檢測分為無損檢測和開挖探坑檢測^[2-3]。

防腐層無損檢測是通過管道上方地面進行檢測。國內(nèi)外埋地金屬管道外防腐層無損檢測技術方法很多，就其信號源可歸納為直流法和交流法兩種?？刹捎梅栏瘜訖z測儀檢測防腐層，依據(jù)的規(guī)范為CJJ 95—2003《城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼質(zhì)管道腐蝕控制技術規(guī)程》。

開挖探坑檢測是NACE RP0502—2002《Pipeline External Corrosion Direct Assessment Methodology》(中文譯名為《管道外腐蝕直接評價方法》)中規(guī)定的直接檢測方法，較間接檢測法更加直觀、準確?？刹捎秒娀鸹z漏儀、防腐層磁性測厚儀檢測防腐層，依據(jù)的規(guī)范為SY／T 0063—1999《管道防腐層檢漏試驗方法》、SY／T 0447—96《埋地鋼質(zhì)管道環(huán)氧煤瀝青防腐層技術標準》，以及其他防腐層標準。

防腐層開挖探坑檢測內(nèi)容包括：防腐層是否發(fā)生龜裂、破損、剝離、失去光澤，有無明顯腐蝕和防腐層老化跡象；用防腐層磁性測厚儀在管道上、下、左、右4個點測量防腐層的厚度，判斷防腐層等級；防腐涂層連續(xù)完整性用電火花檢漏儀進行檢測，以不打火花為合格。

b．陰極保護系統(tǒng)

陰極保護是實施埋地管道腐蝕控制的常規(guī)方法，它是使金屬表面成為電化學電池的陰極而達到減小其腐蝕速率甚至消除腐蝕現(xiàn)象的一項技術。陰極保護有兩種方式：強制電流法和犧牲陽極法^[4-5]。強制電流法是通過陰極保護電源和埋地輔助陽極地床將電流施加到被保護管道上。犧牲陽極法是利用比鐵活性更強的金屬(如鋅、鎂)與管道鋼的電偶效應提供陰極保護所需要的電流。

在日常管道運行管理中，檢測陰極保護系統(tǒng)運行狀況的常規(guī)方法是用萬用表測量管地電位。由于IR降的影響以及測試樁位置的局限，在實際檢測中需要檢測整條管道的斷電電位，可使用密間距電位檢測儀CIPS進行檢測。這種方法不但可以檢測管道任意位置上的保護電位，不受測試樁位置的局限。而且可以有效地消除IR降的影響。

應用PCM檢測儀進行陰極保護系統(tǒng)的故障查找和定位效果相當好。PCM檢測儀不但可以準確地找出管道因與其他金屬搭接造成保護電流流失的位置、連接處絕緣失效等故障，還可以通過它特有的近直流信號，模擬管道上直流保護電流的分布狀態(tài)。

③管道附屬設施

對管道附屬設施(如閥門、凝水缸等)中的代表、特殊部位的性能狀況進行抽查檢測。應檢查閥門是否存在泄漏、損壞、關閉不嚴等問題；閥門井是否存在積水、塌陷、有妨礙閥門操作的堆積物等；凝水缸的護罩、排水裝置是否存在泄漏、腐蝕和堵塞，是否存在妨礙排水作業(yè)的堆積物。依據(jù)的規(guī)范為CJJ 51—2006《城鎮(zhèn)燃氣設施運行、維護和搶修安全技術規(guī)程》、CJ／T 3055—95《燃氣閥門的試驗與檢驗》等。

④管道與周圍環(huán)境

a．土壤腐蝕性

管道運行年限較長，地面環(huán)境等許多因素會發(fā)生變化，其中土壤的腐蝕性調(diào)查非常必要^[6-7]。土壤腐蝕性的經(jīng)典評價方法有失重法和最大孔蝕深度法，這兩種方法科學準確，但要通過埋設試片等待其自然腐蝕，等待的時間較長。受工期和經(jīng)費等因素的制約，這兩種方法在實際工程中不大可能使用。在實際工程中往往依據(jù)歷史資料結合當前管道狀況，對土壤腐蝕性的主要影響因素使用儀器進行測量。測量土壤電阻率、含水率和酸堿度是常規(guī)的土壤腐蝕性檢測評價方法。

土壤電阻率是表征土壤導電性能的指標，是判斷土壤腐蝕性的基本參數(shù)?？刹捎盟臉O法的土壤電阻率測試儀，沿管道布點進行測量。也可采用電磁測量儀沿整條管道路由進行測量。

土壤含水率是反映土壤腐蝕性的另一指標。土壤腐蝕性隨著濕度增加而增強，濕度達到某一臨界值后，若再進一步增加，腐蝕性反而會減弱。

pH值代表了土壤的酸堿度，可以使用pH值測量儀或?qū)Ｓ迷嚰堖M行測定。缺乏堿金屬、堿土金屬而大量吸附H⁺的pH值小于5的酸性土壤通常被認為是腐蝕性土壤。

b．雜散電流

大地中雜散電流對管道的干擾會造成管道局部腐蝕嚴重。雜散電流干擾可分為直流干擾和交流干擾。直流雜散電流主要是由電氣化鐵路、直流電機、電解和電鍍等直流電氣設備接地等引起。盡管交流雜散電流對金屬陽極也有加速溶解的作用，但對管體的腐蝕危害相對較小。雜散電流的空間分布和來源復雜，流動方向和強度變化多樣，又依此可將其分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。第三方管道的外加電流保護系統(tǒng)設置不合理可能形成直流電流干擾，這種干擾形態(tài)穩(wěn)定，屬于靜態(tài)干擾；電力機車給管道造成的電流干擾會隨著機車的運行而變化，屬于動態(tài)干擾。傳統(tǒng)的檢測設備及檢測方法較陳舊，不能對動態(tài)雜散電流進行有效測量。

雜散電流測繪儀能夠準確測定影響管道的雜散電流干擾位置、危害程度，還能夠檢測出雜散電流在管道上的分布狀況，檢測出受雜散電流影響的管段，還可配合PCM檢測儀精確確定出雜散電流的流入點和流出點，是檢測管道上是否存在動態(tài)雜散電流的一個有效方法。

c．占壓

占壓燃氣管道是指在燃氣管道上方修建建筑物和構筑物、堆放物品等。其危害性主要有兩方面：一是影響安全檢查。如果建筑物等占壓了燃氣管道等設施，會給正常的燃氣安全檢查帶來困難，造成安全隱患不易被發(fā)現(xiàn)和排查，一旦出現(xiàn)險情，也不能及時進行搶修，進而危及公共安全。二是容易造成地基不規(guī)則沉降而損傷管道。在建筑物等的重壓下，地面不均勻沉降會對被占壓管道產(chǎn)生作用力，使燃氣管道變形、受損、斷裂。如果發(fā)生泄漏，泄漏的燃氣積聚，很容易形成爆炸，造成人身傷害和財產(chǎn)損失。

d．安全間距

地下燃氣管道與建筑物、構筑物或相鄰管道之間的水平凈距、垂直凈距應符合GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》中表6．3．3—1、表6．3．3—2的規(guī)定。

4　結語

燃氣管網(wǎng)潛能評估能使管理者在確保系統(tǒng)安全性、可靠性、穩(wěn)定性的前提下，充分、有效地利用有限的資源，能更好地實現(xiàn)資源節(jié)約型社會。

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本文作者：馬冬蓮  王湘寧  馮俊涵  宋海寧

作者單位：中交煤氣熱力研究設計院有限公司

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