上海煤氣第一管線工程有限公司　徐　杰

城鎮(zhèn)燃氣鋼制管道隱患類型分析與應(yīng)急處置技術(shù)

上海煤氣第一管線工程有限公司徐杰

針對城鎮(zhèn)燃氣鋼制管道的各種隱患類型進行了分析，論述了其應(yīng)急處置技術(shù)，并通過工程案例的列舉，為安全有效處置各種管道隱患提供相關(guān)的技術(shù)建議。

鋼制管道隱患應(yīng)急處置

隨著國家產(chǎn)業(yè)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、城市建設(shè)速度的加快，城市天然氣的應(yīng)用也越來越廣泛，隨之而來的是城市燃氣管道建設(shè)的數(shù)量、長度、管道壓力級別、以及居民和企業(yè)用戶數(shù)量的大量增加。目前城市燃氣管道已經(jīng)形成了低壓—中壓—次高壓—高壓—超高壓的壓力級制，其中最高壓力級制已經(jīng)達到6.0 MPa，材料為燃氣管線鋼。就城市燃氣埋地管道的口徑而言，最大口徑已經(jīng)到達D1 200 mm。由于輸送壓力升高，距離加長，隨著時間的推移，鋼制管道存在的腐蝕、外力破壞、焊接延遲裂紋等隱患，會逐漸凸顯出來，對管道日常的運行造成危害。

1　燃氣管道各類隱患

1.1防腐蝕系統(tǒng)的缺陷

1.1.1防腐層缺失

目前國內(nèi)城市中的燃氣管道大多是采用3PE聚乙烯防腐層，補口使用的是熱收縮套、交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶防腐。在燃氣管道的檢測過程中，我們發(fā)現(xiàn)由于某些人為因素、防腐層敷設(shè)質(zhì)量及土壤腐蝕、外力等自然因素的影響，導(dǎo)致管道的外防腐層出現(xiàn)不同程度的破損，對城鎮(zhèn)燃氣鋼制管道的正常運行產(chǎn)生隱患。

1.1.2陰極保護失效

陰極保護的原理是給金屬補充大量的電子，讓被保護金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點達到同一負電位。有兩種辦法可以實現(xiàn)這一目的，即犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護。

陰極保護的上述兩種方法，都是通過一個陰極保護電流源向受到腐蝕或存在腐蝕，需要保護的金屬體，提供足夠的與原腐蝕電流方向相反的保護電流，使之恰好抵消金屬內(nèi)原本存在的腐蝕電流。兩種方法的差別只在于產(chǎn)生保護電流的方式和“源”不同。一種是利用電位更負的金屬或合金，另一種則利用直流電源。

強制電流陰極保護驅(qū)動電壓高，輸出電流大，有效保護范圍廣，適用于被保護面積大的長距離、大口徑管道。犧牲陽極陰極保護不需外部電源，維護管理經(jīng)濟、簡單，對鄰近地下金屬構(gòu)筑物干擾影響小，適用于短距離、小口徑和分散的管道。

陰極保護的故障分析存在以下兩種情況：

(1)陽極輸出電流減小，達不到保護電位。

(2)陽極輸出電流增大，但保護構(gòu)筑物電位極化上不去。其他故障還包括：陽極體腐蝕不嚴重，陽極體不能工作。陽極體局部腐蝕，造成陽極體斷裂。交流電干擾下，陽極發(fā)生極性逆轉(zhuǎn)。

根據(jù)監(jiān)測分析，陰極保護失效是造成城市燃氣鋼制管道隱患的原因之一

1.2腐蝕造成管體壁厚變薄強度降低的缺陷

在天然氣開采過程中, 常常會有一些伴生氣體，如二氧化碳、硫化氫等，這些氣體的存在，不但降低了天然氣的熱值，還會對管道、設(shè)備等產(chǎn)生腐蝕作用，造成天然氣管道壁厚變薄斷裂、集輸管線爆破等，嚴重影響正常平穩(wěn)供氣。腐蝕帶來的危害不僅給國家造成很大的經(jīng)濟損失，也威脅工作人員的生命安全。

根據(jù)大量實例可以看出，管道內(nèi)腐蝕主要受到管材質(zhì)量、輸送介質(zhì)以及管道防腐水平的影響，管道內(nèi)發(fā)生腐蝕的類型主要有均勻腐蝕、坑蝕、應(yīng)力腐蝕和沖刷腐蝕等幾類。

此外，管道外腐蝕也是造成管體壁厚變薄、強度降低的原因。外壁腐蝕可以在架空或埋地管道上發(fā)生，架空鋼管的外壁用油漆覆蓋層防腐，埋地鋼管的化學(xué)腐蝕是全面性的腐蝕，在化學(xué)腐蝕作用下，管壁厚度減薄是均勻的，所以通常埋地鋼管的腐蝕以電化學(xué)腐蝕為主。

1.3泄漏

1.3.1生產(chǎn)制造方面的缺陷

燃氣管道在生產(chǎn)制造過程中，可能產(chǎn)生各種各樣的缺陷：

(1)氣孔。氣孔的存在會引起管道局部的應(yīng)力集中，誘發(fā)裂紋，為今后的燃氣泄漏事故埋下隱患；

(2)裂紋。按生產(chǎn)裂紋的溫度不同，可分為熱裂和冷裂，熱裂是在高溫下產(chǎn)生的，其裂開處的表面被嚴重氧化，裂紋沿晶界通過，呈彎曲型；冷裂是在較低的溫度下形成的，其裂紋表面未被氧化，裂紋穿過晶粒呈直線狀。裂紋產(chǎn)生的基本原因是由于鋼管在冷卻時收縮大，且不均，使鋼管產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)這種內(nèi)應(yīng)力超過鋼管本事的強度極限時便會產(chǎn)生裂紋。

1.3.2安裝缺陷

在燃氣管道的安裝施工過程中，可能產(chǎn)生一些缺陷，如工人的安裝技術(shù)水平、焊接質(zhì)量等等。管道焊接缺陷主要有以下幾種：

1.3.2.1焊縫的外部缺陷

外部缺陷位于焊接接頭的表面，用肉眼或放大鏡就可以看到。

(1)焊縫尺寸不符合要求。這類缺陷主要體現(xiàn)有以下幾種：焊縫表面粗糙，魚鱗紋不整齊；焊縫寬度太寬或太窄：焊縫余高過高及焊縫上熔焊金屬堆得過高或焊縫未被熔焊金屬填滿；

(2)咬邊。咬邊是由于電弧將焊縫邊緣熔化后沒有得到熔敷金屬的補充而在焊縫和母材之間留下的缺口。過深的咬邊不但會減弱焊接接頭的強度，更重要的是，咬邊造成的應(yīng)力集中有可能成為疲勞破壞的發(fā)源地。

1.3.2.2焊縫的內(nèi)部缺陷

(1)未焊透。母材與熔敷金屬之間或母材之間局部未熔合的現(xiàn)象稱為未焊透，邊緣未焊透和層間未焊透等。未焊透不僅使焊縫強度削弱，更重要的是，它有一個如矩形的缺口，會引起嚴重的應(yīng)力集中，容易誘發(fā)裂紋使構(gòu)件破壞。因此在構(gòu)件發(fā)現(xiàn)未焊透缺陷必須鏟除，重新補焊。

(2)氣孔。在焊接過程中，由于焊縫金屬中的氣體未充分溢出，而在焊縫金屬內(nèi)部或表面形成孔穴稱為氣孔。

(3)夾渣。在焊縫金屬內(nèi)部或熔合線上的非金屬雜物稱為夾渣，氣孔和夾渣的存在減少了焊縫的截面，削弱了焊縫的凈拉伸強度。

2　城鎮(zhèn)燃氣鋼制管道各類隱患的修復(fù)技術(shù)

為了降低管道運行的風(fēng)險，延長管道的使用壽命，城鎮(zhèn)燃氣鋼制管道各類隱患的處置技術(shù)分類按圖1所示：

圖1　各類修復(fù)技術(shù)

2.1臨時應(yīng)急搶修技術(shù)

目前，國內(nèi)外的臨時應(yīng)急搶修技術(shù)主要有管道堵漏卡具、復(fù)合修復(fù)和注塑技術(shù)等等。

2.1.1管道堵漏卡具

管道堵漏卡具根據(jù)其應(yīng)用搶修管道的壓力級制的不同又可分為中低壓管道堵漏卡具和高壓管道堵漏卡具。其工作原理是通過螺栓卡緊，使卡具環(huán)形密封與管線緊密連接，上下水平密封緊密連接，達到承壓堵漏的目的。

2.1.2管道復(fù)合補強修復(fù)技術(shù)

目前應(yīng)用于各類鋼制燃氣管道應(yīng)急修復(fù)技術(shù)中，管道復(fù)合補強修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用日趨增多，如合成材料套管修復(fù)技術(shù)和合成材料纏繞修復(fù)技術(shù)等。今天被廣泛應(yīng)用的管道復(fù)合補強修復(fù)技術(shù)如預(yù)成型法復(fù)合修復(fù)材料是美國ClockSpring公司的專利技術(shù)，由復(fù)合套筒、粘膠、高強度填料三部分構(gòu)成。其技術(shù)特點在于復(fù)合套筒在工廠根據(jù)管徑預(yù)制成型，成型過程中嚴格控制纖維的排布、材料配比、經(jīng)高溫高壓后制成復(fù)合套筒。預(yù)成型的復(fù)合套筒最大的優(yōu)點在于現(xiàn)場使用簡單方便，受環(huán)境、人員操作影響小，直接使用粘膠粘接于管道修復(fù)部位，待粘膠2～3小時固化后即可。

該技術(shù)采用多層復(fù)合材料帶纏繞在管道缺陷或破損泄漏處，是一種快速經(jīng)濟的臨時性或者永久性的燃氣管道修復(fù)技術(shù)。其應(yīng)用范圍包括：

(1)腐蝕或損傷程度小于等于80%的管道補強(可用于運行壓力高達25 MPa的管道)；

(2)堵漏(管道壓力最高可達7 MPa,泄漏孔直徑最大可達25 mm)；

(3)環(huán)逢焊接部位加固；

(4)抑制正在孕育的管道裂紋；

(5)淺海或海洋平臺管道修復(fù)(可用于垂直豎立的管道修復(fù))；

(6)管道支撐或懸掛部位加固；

(7)彎曲部位的損傷或腐蝕修復(fù)。

2.1.3管道注塑劑密封修復(fù)技術(shù)

其原理是利用堵漏卡具、卡帶等工具，將泄漏部位原來的封閉空腔，或者在泄漏部位上建立一個封閉空腔，通過增壓工藝，采用大于介質(zhì)系統(tǒng)壓力的外部推力(高壓注劑泵)，將具有塑性、固化性的密封劑如環(huán)氧樹脂、高強玻璃纖維等材料注入模管與管線的夾層內(nèi)并充滿封閉空間，堵塞泄漏空洞和通道，密封劑在一定的條件下，迅速固化(或密封)，在泄漏部位上建立起一個固定的新的密封結(jié)構(gòu)，從而達到不停產(chǎn)，帶壓修復(fù)消除介質(zhì)的泄漏。

其技術(shù)特點固化材料的強度適用于高壓天然氣管道的堵漏；固化的密封劑不會粘連在金屬管道表面，很容易拆除。

2.2永久修復(fù)技術(shù)

燃氣鋼制管道各類隱患的永久修復(fù)技術(shù)如上所述可有管道停氣修復(fù)和不停氣之分，由于停氣修復(fù)技術(shù)為常規(guī)管道的停氣更換或者焊縫修補等等，本文不展開進行研究，而燃氣管道不停輸施工技術(shù)是指在燃氣管道在進行急搶修以及開支管或其他類型的施工時能夠保證原管道持續(xù)供氣的一種新型管道施工技術(shù)。燃氣管道不停輸技術(shù)主要應(yīng)用于在役運營的燃氣管道中，通過采用開孔、接旁通、封堵等專用技術(shù)，對管道進行工藝性改造與維修。該技術(shù)能減少殘余燃氣對大氣環(huán)境的污染，有效節(jié)約燃氣能源，并且能減少放散余氣對周圍人員造成的安全隱患，尤其是其能在不停輸狀態(tài)下進行管道施工更是避免的停氣對城市生產(chǎn)、企業(yè)運作、居民生活的影響，從而保障人民正常生產(chǎn)和生活的用氣。因此在人口密集的城市地區(qū)具有突出的環(huán)保性、節(jié)能性和安全性，充分符合了目前國家節(jié)能降耗的能源利用政策。不停輸技術(shù)應(yīng)用范圍：

2.2.1管道不停輸修復(fù)、更新、更換閥門

管道不停輸修復(fù)、更新、更換閥門是指原有燃氣管道出現(xiàn)了泄漏、損壞、嚴重腐蝕或需更換管道原有閥門時，在確保管道下游用戶的正常用氣，管道不停輸?shù)那闆r下，對管道進行修復(fù)、更換閥門、更新等一系列施工。

2.2.2管道不停輸改線

管道不停輸改線是指原有燃氣管道管位因配合市政工程施工需要(如配合高鐵樁位施工)等原因需進行管位搬遷，在確保管道下游用戶的正常用氣，管道不停輸?shù)那闆r下，對管道進行搬遷。

2.2.3管道不停輸接支管

管道不停輸接支管是指因下游用戶或管網(wǎng)輸配要求，需在原管道上接一根支管出來，在確保管道下游用戶的正常用氣，管道不停輸?shù)那闆r下，對管道開T施工。

2.2.4管道不停輸末端連接

管道不停輸接末端連接是指因用戶或管網(wǎng)輸配要求，原管道末端需進行延伸、與新管連接，在確保管道下游用戶的正常用氣，管道不停輸?shù)那闆r下，對管道開T施工。

不停輸技術(shù)按封堵形式的不同可劃分為以下幾種形式：

(1)盤式封堵：利用盤式封堵頭實現(xiàn)管道封堵。(2)管道帶壓阻斷器：利用阻斷模塊實現(xiàn)封堵。

(3)筒式封堵：利用筒式封堵頭將管道封堵。

(4)囊式封堵：利用送擋板裝置和送囊封堵器分別將擋板和封堵囊送入管道，并向封堵囊內(nèi)充入氮氣，實現(xiàn)封堵。

3　應(yīng)用案例：莊胡公路管道泄漏及修復(fù)

由于莊胡公路沙積村原化工區(qū)高壓天然氣專線管道存在泄漏，同時由于MVA23閥門和MVA24閥門內(nèi)泄漏的影響，在管道注塑劑密封修復(fù)技術(shù)應(yīng)用效果不理想的情況下，采用了高壓高壓盤式封堵以確保下游更換維修管段鑲接施工的正常順利地完成。

4　結(jié)語

由于燃氣具有易燃、易爆的特性，隨著輸送管線埋地時間的增長，由于管道材質(zhì)問題或施工期間造成的損傷，以及管道運行期間第三方破壞、腐蝕穿孔、自然災(zāi)害、誤操作等因素造成的管道泄露、穿孔、爆炸等事故時有發(fā)生，直接威脅人身安全，破壞生態(tài)環(huán)境，并給管道工業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，在所有干線輸氣管道事故中，按管道事故的嚴重程度，泄漏占40%～80%，穿孔占10%～40%，破裂占1%～5%，各國燃氣管道的火災(zāi)、爆炸事故曾給人民生命財產(chǎn)造成了重大損失。

對于燃氣管道管理者而言，最困難的問題不在于事故后如何采取補救措施，而在于事故之前將隱患管道檢測出來并修復(fù)完好，預(yù)防事故的發(fā)生。如何針對各種隱患采取有效的修復(fù)措施，避免燃氣管道事故，有效地對管道缺陷進行預(yù)防性處理，做到事前預(yù)控，這是燃氣管道管理者面臨的重要問題。

Analysis on the Hidden Danger Types of Urban Gas Steel Pipeline and Emergency Disposal

Shanghai Municipal Gas No.1 Pipelines Engineering Co., Ltd.Xu Jie

This paper analyzes the various hazards of urban gas steel pipeline, discusses its emergency disposal methods, and provides some suggestions.

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