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城市燃气管网安全性检测与评价

2007-04-26   来源:安全文化网    热度:   收藏   发表评论 0
  1引言

  北京市二高压线位于罐站至后俸村,该地段土壤的湿度大,盐碱含量高,属于强腐蚀性土壤。管线压力级别为高压(P<0.8MPa),启用年限为30a,管径为500ITIB,防腐涂层为环氧煤沥青,管线总长度为2500m,均未施加阴极保护。随着管道运行时间延长,管道事故时有发生。输气管道,尤其是高压输气管道,一旦破裂,压缩气体迅速膨胀,释放大量的能量,引起爆炸、火灾,会造成巨大的损失。同时,由于管道所输送的物质为有害物质,一旦发生泄漏或断裂,就会对其周围的环境和人员产生严重的危害。为全面了解管线的腐蚀状况,确保燃气管道的安全运行,延长管道的使用寿命,防止燃气管网因腐蚀穿孔而引起泄漏、爆炸等事故,对管线防腐层、土壤环境腐蚀性、管体等方面进行了检测,并对管线的腐蚀程度和安全性进行了评价。

  2检测方法

  2.1防腐层检测
  防腐层的检测包括地面检测和挖探坑检测两部分。利用SL一2088检测仪探测管道的位置、走向、深度,通过发射机向地下管道发射一特定的交变电流信号,在防腐层破损处将有漏电信号向地面辐射,并在漏点上方形成以漏点正上方为中心的球面电位梯度,相对于完好管段和无管道地面具有一定的电位差,通过人体电容法收到此信号,由此确定破损点的位置,经过比较泄漏电位确定破损点的大小。确定防腐层破损点的位置后,开挖验证,并观察防腐层的老化程度及粘接力;用电火花仪测量了防腐层的耐电电压。坑内取上、侧、下3处测量防腐层的厚度,每处各测3点。利用SL—AY508变频选频绝缘电阻测试仪测试管道外防腐层绝缘面电阻。
  2.2土壤参数的测量
  为了解该地段土壤环境的腐蚀性,开挖5个探坑,对每个探坑分别测量土壤的电阻率、pH值、含水率、含盐量、氧化还原电位、直流杂散电流等与管道腐蚀有关的参数,评价土壤的腐蚀性。
  2.3管体腐蚀状况的测量
  开挖深坑后,去除管体的防腐层,观察腐蚀形态和腐蚀产物分布,判断腐蚀成分,测量腐蚀坑的面积和深度,并对管道的剩余壁厚进行检测,每个坑检测3组数据,每组对管顶、管底及“4”、“8”点钟的位置测量管线的剩余壁厚;对管线的剩余强度进行评价。

  3检测结果与评价

  3.1防腐层的防护性能
  表1~表3为防腐层的破损情况,面电阻和防腐效果的测量结果。所检测的2.5km距离内共出现了2个破损点,破损率为0.8个/km,腐蚀层的完整性和粘结性能比较差。防腐层存在变形、老化、局部剥离甚至严重的损坏,面且厚度较薄。其中,4个探坑内防腐层厚度均小于2.5/n/ll,另一个探坑内防腐层厚度存在不均匀状态(最厚处为8.3lnln,最薄处为4.0mln)。防腐层的面电阻测量结果表明管段平均绝缘面电阻为3420Q·m2,面电火花仪测量了防腐层的耐电电压均大于5000V,均为合格。
  
  综合以上检测数据,依据标准SY/T0087-95和绝缘面电阻对防腐层性能起决定性作用可以得出以下综合评价.此管段防腐层存在一定老化、变形现象,防腐层较薄且有破损点,但尚可使用。
 
  3.2土壤环境的腐蚀性
  表4为对二高压线开挖5个探坑后测量土壤电阻率、土壤pH值、土壤含水率、土壤含盐量、氧化还原电位、直流杂散电流等参数的结果,并依据cJJ95—2003(J273-2003)标准,对各参数进行了评价5(受城市的客观原因限制不能得到某些数据及其评价结果)。从表4可以看出,土壤电阻率的评价等级为较弱或中等,pH值的评价等级为较弱,含水率的差异比较大,分别为弱或强,含盐量为弱或较弱等级,氧化还原电位为较弱或较强等级,直流杂散电流的评价等级为较弱。一般来说,在相同的条件下,土壤电阻率、直流杂散电流、氧化还原电位、土壤含水率对土壤的腐蚀性起主导作用,面土壤的含盐量、pH值对土壤的腐蚀性相对影响较小。在评价过程中,优先考虑决定性因素。综合表4的评价结果,图1示出了二高压线中所开挖5个坑土壤腐蚀性的评价结果。此地区土壤基本属于中等腐蚀性土壤,但应考虑土壤含水率和微生物腐蚀对管道的影响。
  3.3管体的腐蚀状况与评价
  3.3.1按照管道壁厚的安全评价
  开挖探抗后,去除管体的防腐层,管体表面并没观察到明显的腐蚀坑。表5给出了001和003号坑对应管顶、管底及“4”、“8”点钟的位置测量管线的剩余壁厚的结果。从表5可以看出,管线的壁厚存在一定的不均匀性,其中003号坑最大壁厚与最小壁厚的差值接近平均壁厚的20%。然面管体外表面没有观察到明显的点蚀存在,这表明管道内壁可能存在腐蚀。这是由于管道服役时间长,有运行腐蚀性较强的煤气的服役记录。管体腐蚀相对深度可以由式(1)来计算:
  A=d/t*100%(1)
  式中:A为管体腐蚀相对深度;d为管体腐蚀深度(最大壁厚一最小壁厚);t为管体原始壁厚。
  
  表6为5个坑的管体腐蚀相对深度,其数值在6%~16%范围内,根据标准Y/T6151—1995可知。几处管道发生腐蚀的程度并不严重。能够维持正常运行6。但从管壁的厚度来看,根据GB50251-2003部分输气管道最小壁厚的规定值,如表7所示,把表5中测量数据与表7数据对比可以看出,003号探坑管道剩余的最小壁厚小于国标规定的最小壁厚,不符合最小壁厚要求,其他管段剩余壁厚符合国标要求,可以安全运行。
  
  3.3.2按照管道承压能力计算安全评价结果
  由于检测过程中没有发现明显的蚀坑、腐蚀裂纹的存在,管道的设计压力计算公式可以根据式(2)来计算,在评价中可以将其计算结果看作管道的最大安全操作压力。其计算公式为
  P=σsFt/D(2)
  式中:P为设计压力,MPa;F为安全运行系数,具体数值见表8;为管道材料的最小屈服强度,MPa;D为管道外径,mm;t为管道设计壁厚,mm.
  
  表9列出了城市管道系统常用输气管道材料的最小屈服强度。在不清楚管道所用钢号的情况下,为保守起见,取最小的屈服强度计算,此处将管道的设计壁厚也取为测量最小壁厚值。另外考虑到城市人口密集,取地区类型为四类,则安全系数F取0.4。
  
  对于二高压线的DN500管道,为了计算管道所能承受的最大安全操作压力,取最小壁厚计算(003坑),其参数取值为t=5.4mm;F=0.4:D=500mm;σs=206MPa,根据式(2)计算出该管道可用的最大安全操作压力为1.78MPa,远远大于高压管线目前的最高运行压力0.8MPa,可以得出管道承受内压是安全的。
  综合以上的安全评价可以得出以下结果:二高压地区的高压管道,部分管体已遭到破坏,003号探坑处已经不符合强度安全要求,建议尽快更换。其他探坑处的管道在现在的服役条件下,剩余壁厚仍然可以提供足够的强度,但是管体已经发生腐蚀,建议加强检测或施加阴极保护。

  4结束语

  (1)二高压线所处地段未加阴极保护,直流杂散电流干扰程度中等;大部分地方土壤含水量偏高。土壤呈弱碱性,存在细菌腐蚀,土壤腐蚀综合评价腐蚀性中等。
  (2)管线防腐层老化严重,厚度较薄且有破损点,保护性能比较差,但尚可使用。
  (3)管体中可能发生内腐蚀,尤其是003号探坑处的管道腐蚀较为严重,剩余壁厚低于国标要求;剩余壁厚不足,建议在该坑附近加密探坑,确定腐蚀严重管段长度后,进行更换管道或加固维修。其他管道的管体强度和剩余壁厚两个方面都符合国标要求,可以继续使用。考虑到防腐层整体性能不好,且土壤含水率偏高,存在微生物腐蚀,建议施加阴极保护,或加强对管道的定期检查和打孔检测。