埋地鋼質(zhì)管道全面檢驗(yàn)及合于使用評(píng)價(jià)的工程實(shí)踐*

□ 左延田 □ 湯曉英 □ 顧福明

上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 上海 200333

1 概述

目前，我國(guó)煉油、化工、電力、石油、供熱、供水等行業(yè)生產(chǎn)管道和市政在用管線總長(zhǎng)度超過50萬(wàn)km，其中，大部分管線使用年限已有10～20年或更長(zhǎng)，達(dá)到事故發(fā)生幾率的高峰期，燃?xì)夤艿佬孤?、爆管是直接危害廣大居民的惡性事故，需要盡快建立可靠的檢驗(yàn)技術(shù)。如能定期對(duì)在用管道進(jìn)行全面檢驗(yàn)，則可科學(xué)地制定防腐、維修規(guī)范及更換危險(xiǎn)管段，防患于未然，避免嚴(yán)重泄漏爆管事故。

2010年8月國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局分別頒布TSG D7004-2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——長(zhǎng)輸（油氣）管道》［1］、TSG D7003-2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——公用管道》［2］兩個(gè)檢驗(yàn)規(guī)則。在其中闡述了埋地鋼質(zhì)管道定期檢驗(yàn)的一般項(xiàng)目，包括：敷設(shè)環(huán)境調(diào)查、環(huán)境腐蝕性檢測(cè)、管道外防腐層不開挖檢測(cè)、陰極保護(hù)有效性檢測(cè)、開挖直接檢驗(yàn)、合于使用評(píng)價(jià)等，但是與之配套的標(biāo)準(zhǔn)方法和評(píng)價(jià)體系有待進(jìn)一步完善。

2 檢驗(yàn)內(nèi)容

某公司埋地管道的埋地段總長(zhǎng)21.45 km，2006年4月竣工投入使用，介質(zhì)為C3C4，管道規(guī)格為φ168.3×6.4 mm，設(shè)計(jì)壓力為2.29 MPa，運(yùn)行壓力為1.52 MPa，設(shè)計(jì)溫度為60℃，運(yùn)行溫度為15℃，材質(zhì)為L(zhǎng)245，采用3PE加陰極（外加電流）聯(lián)合保護(hù)措施。我院根據(jù)TSG D7004-2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——長(zhǎng)輸（油氣）管道》、TSG D7003-2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——公用管道》對(duì)該公司的埋地C3C4管道進(jìn)行了全面檢驗(yàn)及合于使用評(píng)價(jià)工程實(shí)踐。

2.1 C3C4管道敷設(shè)環(huán)境調(diào)查

2.1.1 沿線環(huán)境調(diào)查

C3C4與丙烯、C8同溝敷設(shè)，水平間距約0.5 m，管道從緯六路西側(cè)下管架，埋地向東穿過緯六路折向北，經(jīng)板橋路、金山大道，繼續(xù)向北穿A4高速，沿A4北側(cè)一直向東敷設(shè)，穿過松金公路、亭衛(wèi)公路、亭漕公路、張涇河、龍泉港、金山鐵路支線、莊胡公路西側(cè)和A4高速，沿莊胡公路西側(cè)向南，穿過運(yùn)石河、滬杭公路到達(dá)化學(xué)工業(yè)區(qū)。這些區(qū)段有荒草地、小樹林、農(nóng)田、苗圃、菜地、綠化帶、公路、水塘、生活區(qū)和管架區(qū)等。管道沿線，特別是新衛(wèi)公路段和莊胡公路段施工活動(dòng)頻繁，車流、人流大，地下設(shè)施較多，屬于四類地區(qū)，其余為三類地區(qū)。

2.1.2 位置、定位及埋深探查

大部分C3C4管道埋深滿足GB50253-2003《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］標(biāo)準(zhǔn)要求，但有兩處埋深不夠，分別是9＃測(cè)試樁-410 m處（0.8 m，到管中心距離）、14＃ 測(cè)試樁-100 m 處（0.8 m，到管中心距離）。

2.1.3 占?jí)呵闆r

C3C4管道存在占?jí)含F(xiàn)象，直接連續(xù)占?jí)旱牡囟我姳?。

表1 管道沿線占?jí)航y(tǒng)計(jì)

2.1.4 大氣腐蝕性調(diào)查

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15957-1995《大氣環(huán)境腐蝕性分類》［4］對(duì)該管道敷設(shè)段的大氣腐蝕性進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)是城市大氣、工業(yè)大氣和海洋大氣，其大氣腐蝕環(huán)境為中腐蝕大氣，該管道全程采用3PE防腐層，該防腐層類型能滿足大氣環(huán)境，在跨越段檢驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)外表面腐蝕。

2.2 環(huán)境腐蝕性檢測(cè)

鋼質(zhì)埋地管道段包括土壤腐蝕性以及雜散電流測(cè)試，鋼質(zhì)管道跨越段應(yīng)進(jìn)行大氣腐蝕性調(diào)查。

2.2.1 土壤腐蝕性檢測(cè)

土壤腐蝕性評(píng)價(jià)采用了土壤電阻率測(cè)試方法，測(cè)試了土壤電阻率、氧化還原電位、管地電位、土壤pH值、土壤質(zhì)地、土壤含水率、土壤含鹽量、土壤Cl-含量等8個(gè)參數(shù)，其中土壤電阻率、管地電位進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，其余6個(gè)參數(shù)送實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析。管道沿線共測(cè)試了土壤電阻率20處，數(shù)據(jù)見表2，根據(jù)SY/T 0087.1-2006《鋼制管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)》［5］確定其中強(qiáng)級(jí)15處，占75%；中級(jí)為5處，占25%，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室分析探坑開挖土壤的其它6個(gè)數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步綜合分析土壤的腐蝕性。

表2 土壤電阻率測(cè)試數(shù)據(jù)表

2.2.2 雜散電流測(cè)試

利用SMART-LOGGER數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行了雜散電流測(cè)試，共采集數(shù)據(jù)點(diǎn)13個(gè)。依據(jù)SY/T0087.1-2006《鋼制管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)》，可知C3C4管道的沿線雜散電流存在干擾。圖1為典型雜散電流測(cè)試成果圖。

圖1 雜散電流測(cè)試成果圖

2.3 外防腐層不開挖檢測(cè)

2.3.1 外防腐層整體質(zhì)量狀況檢測(cè)

根據(jù)電流衰減率，采用PCM［6］方法，對(duì)所檢測(cè)的21.45 km的C3C4管道埋地部分防腐層整體質(zhì)量狀況進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》（GB/T 19285）的相關(guān)規(guī)定，表3列出了防腐層質(zhì)量分級(jí)統(tǒng)計(jì)情況。

表3 防腐層質(zhì)量分級(jí)表/m

2.3.2 防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)

采用交流電壓梯度法（ACVG）［6］對(duì)該管道的防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行了檢測(cè)（見圖2），該管道共檢測(cè)出信號(hào)點(diǎn)多處。實(shí)際開挖了其中的4處，總體上看，該管道的外防腐層破損點(diǎn)較少。從開挖的情況看，防腐層破損的原因主要是：（1）施工質(zhì)量控制不好，造成防腐層損傷，如管道下溝時(shí)的石塊劃傷、運(yùn)輸過程中的損傷、管體未經(jīng)有效打磨直接噴涂防腐層等；（2）第三方破壞造成的損傷。

圖2 防腐層破損點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)照片

2.3.3 防腐層厚度測(cè)試

利用涂層測(cè)厚儀對(duì)該管道埋地部分防腐層厚度測(cè)試共計(jì)4處，24點(diǎn)。防腐層厚度測(cè)試值最大為2.84 mm，最小值2.62 mm，大部分厚度在2.70 mm左右，可滿足該管道設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 陰極保護(hù)有效性檢測(cè)

為有效評(píng)價(jià)整條管線的陰保電位分布情況，根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的規(guī)定，采用管地電位測(cè)試及密間隔電位測(cè)試（CIPS）兩種方法。

2.4.1 測(cè)試樁測(cè)試管地電位20處

通過測(cè)試樁共測(cè)量管地電位20處。測(cè)試數(shù)據(jù)見表4，測(cè)試樁管地均低于-0.85 V的標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)電位［7］，其中最大值-0.912 V（13＃ 測(cè)試樁），最小值-1.365 V（1＃ 測(cè)試樁），電位都存在一定的波動(dòng)，測(cè)試處受到明顯的外部雜散電流的干擾，嚴(yán)重處建議進(jìn)行排流設(shè)施。

表4 管地電位測(cè)量表

2.4.2 3#測(cè)試樁～4#測(cè)試樁的測(cè)試結(jié)果

圖3是3#測(cè)試樁～4#測(cè)試樁的CIPS測(cè)試結(jié)果圖，測(cè)量間距為1.5～3.0 m，檢測(cè)距離為800 m。發(fā)現(xiàn)檢測(cè)管道有陰極保護(hù)。信號(hào)突變處，經(jīng)開挖驗(yàn)證，防腐層發(fā)現(xiàn)有破損點(diǎn)。

圖3 某管段CIPS測(cè)試結(jié)果圖

2.5 腐蝕防護(hù)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)

利用GB/T 19285-2003《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》［8］，依據(jù)全面檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)該管道的外防腐層狀況、陰極保護(hù)有效性、土壤腐蝕性、雜散電流及排流效果進(jìn)行綜合評(píng)定，可把C3C4管道分為3段。

（1）C3C4管道從緯六路西側(cè)下管架，埋地向東穿過緯六路折向北，經(jīng)板橋路、金山大道，繼續(xù)向北穿A4高速路到4＃測(cè)試樁段的管道腐蝕防護(hù)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)為2級(jí)。外防腐層整體質(zhì)量為2、3級(jí)的較多，外防腐破損率相對(duì)較小，該管段陰極報(bào)告達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，存在一定的雜散電流干擾，土壤腐蝕性為強(qiáng)或中，是造成該段管道腐蝕防護(hù)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)為2級(jí)的主要原因。

（2）4＃測(cè)試樁至19＃測(cè)試樁段的管道腐蝕防護(hù)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)為1級(jí)。外防腐除了9＃測(cè)試往上海石化方向約1 km段防腐層質(zhì)量為2、3級(jí)外，其余的外防腐層質(zhì)量為1、2級(jí)的居多，存在一定的雜散電流干擾，土壤腐蝕性為強(qiáng)或中，所占權(quán)重也較高。但外防腐破損點(diǎn)較小，陰保有效率高，經(jīng)過開挖檢測(cè)，驗(yàn)證破損處未發(fā)現(xiàn)管體外腐蝕，故管道腐蝕防護(hù)系統(tǒng)狀況良好，正常檢查即可。

（3）19＃測(cè)試樁沿莊胡公路西側(cè)，穿過A4高速，沿莊胡公路西側(cè)向南，穿過運(yùn)石河、滬杭公路到達(dá)化學(xué)工業(yè)區(qū)管架段的管道腐蝕防護(hù)系統(tǒng)綜合評(píng)級(jí)為2級(jí)。外防腐層質(zhì)量為2、3級(jí)較多，存在一定的雜散電流干擾，土壤腐蝕為強(qiáng)或中，外防腐層破損率相對(duì)較低，陰保也達(dá)到了保護(hù)，但是保護(hù)電位接近了保護(hù)的邊緣，故該段管道的腐蝕防護(hù)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)為2級(jí)。

3 開挖直接檢驗(yàn)

根據(jù)外防腐層不開挖檢測(cè)結(jié)果、管道敷設(shè)環(huán)境調(diào)查（如穿越公路、河流）及管道結(jié)構(gòu)（如彎頭）、環(huán)境腐蝕性檢測(cè)、陰極保護(hù)有效性檢測(cè)結(jié)果和外部開挖協(xié)調(diào)難度，選擇了4處（其中彎頭1處，直管段3處）有代表性的管線點(diǎn)開挖進(jìn)行直接檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1、4＃探坑均有防腐層脫落、劃傷或鼓包現(xiàn)象，但未發(fā)現(xiàn)管體發(fā)生外腐蝕，原因可能是破損段陰保有效，具體情況見表5。

表5 直接開挖檢驗(yàn)結(jié)果

3.1 土壤腐蝕性檢測(cè)

本次4個(gè)開挖點(diǎn)檢測(cè)點(diǎn)位于農(nóng)田、荒地、田埂上，土壤以粉性黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉質(zhì)黏土為主，地下水位較高，開挖處有不同程度的地下水，各檢測(cè)點(diǎn)環(huán)境腐蝕性為強(qiáng)或中等。

3.2 防腐層檢查

管道防腐層為3PE，所有開挖探坑檢測(cè)點(diǎn)的防腐層都存在不同程度的破損失效情況，進(jìn)行了防腐層檢測(cè)及涂層電火花檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均滿足要求。

3.3 管體腐蝕外觀直接檢查

開挖探坑失效處，由于有陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)，未發(fā)現(xiàn)管體腐蝕，未發(fā)現(xiàn)機(jī)械損傷等其它類型的管體缺陷。

3.4 超聲波測(cè)厚

對(duì)開挖探坑檢測(cè)點(diǎn)的管道進(jìn)行了壁厚測(cè)試，該管道未發(fā)現(xiàn)管體減薄，開挖探坑處該管道的實(shí)測(cè)最小壁厚為6.5 mm。

3.5 MsS導(dǎo)波管道腐蝕檢測(cè)

C3C4管道進(jìn)行了1處MsS導(dǎo)波檢測(cè)，在所檢測(cè)的區(qū)域內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)管體明顯腐蝕減薄信號(hào)。圖4為導(dǎo)波檢測(cè)處的信號(hào)圖。

圖4 MsS現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)波信號(hào)圖

4 合于使用評(píng)價(jià)

4.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

參照GB/T 27512-2011《埋地鋼質(zhì)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法》［9］，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果、綜合人口密度、環(huán)境狀況等將管道區(qū)域段劃分22段。

（1）從總體上看，該管道失效可能性得分為17.51～19.91；失效后果得分為106～127，得分相差不大；計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值得分為1 887.86～2 320.04，總體為低風(fēng)險(xiǎn)絕對(duì)等級(jí)。

（2）從總體上看，所評(píng)價(jià)管道的各種相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)以低風(fēng)險(xiǎn)和中等風(fēng)險(xiǎn)為主，高風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)等級(jí)區(qū)段較少。

（3）失效可能性方面，整體得分較低。沿線人口密度、建設(shè)活動(dòng)繁忙、管道占?jí)旱膰?yán)重程度是第三方破壞的主要因素；土壤電阻率和外防腐層狀況的不同是腐蝕防護(hù)得分差異的主要原因；該管道裝置較簡(jiǎn)單及統(tǒng)一管理使設(shè)備及操作得分相同且不高；相同的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理及相關(guān)的管理使本體安全得分相同。失效后果方面，管線失效后經(jīng)濟(jì)損失較大，失效后果得分主要來(lái)源于人員傷亡的財(cái)產(chǎn)損失及停產(chǎn)損失。

（4）通過對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的分析，建議通過拆除占?jí)骸?duì)檢出的外防腐層破損修復(fù)、加強(qiáng)對(duì)沿線居民管線安全宣傳力度、進(jìn)行氣體泄露檢測(cè)等措施來(lái)減小失效可能性，進(jìn)一步降低管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

4.2 剩余強(qiáng)度及剩余壽命預(yù)測(cè)

評(píng)估了剩余強(qiáng)度及進(jìn)行了剩余壽命預(yù)測(cè)。表6為管體剩余強(qiáng)度評(píng)估與剩余壽命預(yù)測(cè)表。

表6 管體剩余強(qiáng)度評(píng)估與剩余壽命預(yù)測(cè)表

4.3 合于評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)上述檢驗(yàn)檢測(cè)與計(jì)算結(jié)果，并在及時(shí)對(duì)第二部分“管道運(yùn)行、維護(hù)維修建議”所提出的內(nèi)容進(jìn)行改造的前提下，參照TSG D7003-2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——長(zhǎng)輸（油氣）管道》，依據(jù)該管道的檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，確認(rèn)管道的合于使用評(píng)價(jià)結(jié)論為：在現(xiàn)有的操作條件下，允許使用，但要注意以下幾點(diǎn)。

（1）管道埋深不夠處，增加覆土深度，并加強(qiáng)巡線，防止第三方破壞。

（2）部分管段的陰保電位隨時(shí)間有波動(dòng)現(xiàn)象，應(yīng)開展陰保電位隨時(shí)間波動(dòng)情況的檢測(cè)與評(píng)價(jià)，獲得真實(shí)的管道保護(hù)電位，搞清電位波動(dòng)的原因。

（3）雜散電流會(huì)引起明顯的電化學(xué)腐蝕，尤其是管道防腐層破損點(diǎn)處，因此需開展針對(duì)性的雜散電流專項(xiàng)測(cè)試與分析，搞清雜散電流的來(lái)源、大小、方向，從而根據(jù)具體情況，確定需在管道沿線增加排流裝置的地點(diǎn)，以有效降低雜散電流的影響。

（4）對(duì)占?jí)旱臉?gòu)筑物應(yīng)予以清理，同時(shí)做好預(yù)防工作，盡量不產(chǎn)生新的占?jí)?。?duì)無(wú)法進(jìn)行清理的應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控和巡查，并加大宣傳和教育力度。

（5）對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)段加強(qiáng)管理。

［1］ 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.TSG D7004-2010壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——長(zhǎng)輸（油氣）管道［S］.

［2］ 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.TSG D7003-2010壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——公用管道［S］.

［3］ 建設(shè)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB50253-2003輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］ 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 15957-1995大氣環(huán)境腐蝕性分類［S］.

［5］ 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).SY/T 0087.1-2006鋼制管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)［S］.

［6］ 左延田，沈功田，曾鳴.在用埋地管道不開挖檢測(cè)技術(shù)［J］.無(wú)損檢測(cè)，2006，28（4）：203-208.

［7］ NACE.SP0502-2008，Pipeline External Corrosion Direct Assessment Methodology［S］.

［8］ 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì).GB/T 19285-2003埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)［S］.

［9］ 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì).GB/T 27512-2011埋地鋼質(zhì)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法［S］.