埋地鋼質管道全面檢驗及合于使用評價的工程實踐*

□ 左延田 □ 湯曉英 □ 顧福明

上海市特種設備監督檢驗技術研究院 上海 200333

1 概述

目前，我國煉油、化工、電力、石油、供熱、供水等行業生產管道和市政在用管線總長度超過50萬km，其中，大部分管線使用年限已有10～20年或更長，達到事故發生幾率的高峰期，燃氣管道泄漏、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技術。如能定期對在用管道進行全面檢驗，則可科學地制定防腐、維修規范及更換危險管段，防患于未然，避免嚴重泄漏爆管事故。

2010年8月國家質量監督檢驗檢疫總局分別頒布TSG D7004-2010《壓力管道定期檢驗規則——長輸（油氣）管道》［1］、TSG D7003-2010《壓力管道定期檢驗規則——公用管道》［2］兩個檢驗規則。在其中闡述了埋地鋼質管道定期檢驗的一般項目，包括：敷設環境調查、環境腐蝕性檢測、管道外防腐層不開挖檢測、陰極保護有效性檢測、開挖直接檢驗、合于使用評價等，但是與之配套的標準方法和評價體系有待進一步完善。

2 檢驗內容

某公司埋地管道的埋地段總長21.45 km，2006年4月竣工投入使用，介質為C3C4，管道規格為φ168.3×6.4 mm，設計壓力為2.29 MPa，運行壓力為1.52 MPa，設計溫度為60℃，運行溫度為15℃，材質為L245，采用3PE加陰極（外加電流）聯合保護措施。我院根據TSG D7004-2010《壓力管道定期檢驗規則——長輸（油氣）管道》、TSG D7003-2010《壓力管道定期檢驗規則——公用管道》對該公司的埋地C3C4管道進行了全面檢驗及合于使用評價工程實踐。

2.1 C3C4管道敷設環境調查

2.1.1 沿線環境調查

C3C4與丙烯、C8同溝敷設，水平間距約0.5 m，管道從緯六路西側下管架，埋地向東穿過緯六路折向北，經板橋路、金山大道，繼續向北穿A4高速，沿A4北側一直向東敷設，穿過松金公路、亭衛公路、亭漕公路、張涇河、龍泉港、金山鐵路支線、莊胡公路西側和A4高速，沿莊胡公路西側向南，穿過運石河、滬杭公路到達化學工業區。這些區段有荒草地、小樹林、農田、苗圃、菜地、綠化帶、公路、水塘、生活區和管架區等。管道沿線，特別是新衛公路段和莊胡公路段施工活動頻繁，車流、人流大，地下設施較多，屬于四類地區，其余為三類地區。

2.1.2 位置、定位及埋深探查

大部分C3C4管道埋深滿足GB50253-2003《輸油管道工程設計規范》［3］標準要求，但有兩處埋深不夠，分別是9＃測試樁-410 m處（0.8 m，到管中心距離）、14＃ 測試樁-100 m 處（0.8 m，到管中心距離）。

2.1.3 占壓情況

C3C4管道存在占壓現象，直接連續占壓的地段見表1。

表1 管道沿線占壓統計

2.1.4 大氣腐蝕性調查

參照標準GB/T 15957-1995《大氣環境腐蝕性分類》［4］對該管道敷設段的大氣腐蝕性進行了調查，發現是城市大氣、工業大氣和海洋大氣，其大氣腐蝕環境為中腐蝕大氣，該管道全程采用3PE防腐層，該防腐層類型能滿足大氣環境，在跨越段檢驗中未發現外表面腐蝕。

2.2 環境腐蝕性檢測

鋼質埋地管道段包括土壤腐蝕性以及雜散電流測試，鋼質管道跨越段應進行大氣腐蝕性調查。

2.2.1 土壤腐蝕性檢測

土壤腐蝕性評價采用了土壤電阻率測試方法，測試了土壤電阻率、氧化還原電位、管地電位、土壤pH值、土壤質地、土壤含水率、土壤含鹽量、土壤Cl-含量等8個參數，其中土壤電阻率、管地電位進行了現場測試，其余6個參數送實驗室化驗分析。管道沿線共測試了土壤電阻率20處，數據見表2，根據SY/T 0087.1-2006《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準 埋地鋼質管道外腐蝕直接評價》［5］確定其中強級15處，占75%；中級為5處，占25%，結合實驗室分析探坑開挖土壤的其它6個數據，可進一步綜合分析土壤的腐蝕性。

表2 土壤電阻率測試數據表

2.2.2 雜散電流測試

利用SMART-LOGGER數據記錄儀進行了雜散電流測試，共采集數據點13個。依據SY/T0087.1-2006《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準 埋地鋼質管道外腐蝕直接評價》，可知C3C4管道的沿線雜散電流存在干擾。圖1為典型雜散電流測試成果圖。

圖1 雜散電流測試成果圖

2.3 外防腐層不開挖檢測

2.3.1 外防腐層整體質量狀況檢測

根據電流衰減率，采用PCM［6］方法，對所檢測的21.45 km的C3C4管道埋地部分防腐層整體質量狀況進行了分析評價，分級標準參照《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》（GB/T 19285）的相關規定，表3列出了防腐層質量分級統計情況。

表3 防腐層質量分級表/m

2.3.2 防腐層破損點檢測

采用交流電壓梯度法（ACVG）［6］對該管道的防腐層破損點進行了檢測（見圖2），該管道共檢測出信號點多處。實際開挖了其中的4處，總體上看，該管道的外防腐層破損點較少。從開挖的情況看，防腐層破損的原因主要是：（1）施工質量控制不好，造成防腐層損傷，如管道下溝時的石塊劃傷、運輸過程中的損傷、管體未經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 防腐層破損點現場照片

2.3.3 防腐層厚度測試

利用涂層測厚儀對該管道埋地部分防腐層厚度測試共計4處，24點。防腐層厚度測試值最大為2.84 mm，最小值2.62 mm，大部分厚度在2.70 mm左右，可滿足該管道設計的相關標準。

2.4 陰極保護有效性檢測

為有效評價整條管線的陰保電位分布情況，根據現行標準與規范的規定，采用管地電位測試及密間隔電位測試（CIPS）兩種方法。

2.4.1 測試樁測試管地電位20處

通過測試樁共測量管地電位20處。測試數據見表4，測試樁管地均低于-0.85 V的標準保護電位［7］，其中最大值-0.912 V（13＃ 測試樁），最小值-1.365 V（1＃ 測試樁），電位都存在一定的波動，測試處受到明顯的外部雜散電流的干擾，嚴重處建議進行排流設施。

表4 管地電位測量表

2.4.2 3#測試樁～4#測試樁的測試結果

圖3是3#測試樁～4#測試樁的CIPS測試結果圖，測量間距為1.5～3.0 m，檢測距離為800 m。發現檢測管道有陰極保護。信號突變處，經開挖驗證，防腐層發現有破損點。

圖3 某管段CIPS測試結果圖

2.5 腐蝕防護系統綜合評價

利用GB/T 19285-2003《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》［8］，依據全面檢驗數據，根據該管道的外防腐層狀況、陰極保護有效性、土壤腐蝕性、雜散電流及排流效果進行綜合評定，可把C3C4管道分為3段。

（1）C3C4管道從緯六路西側下管架，埋地向東穿過緯六路折向北，經板橋路、金山大道，繼續向北穿A4高速路到4＃測試樁段的管道腐蝕防護系統綜合評價為2級。外防腐層整體質量為2、3級的較多，外防腐破損率相對較小，該管段陰極報告達到標準要求，存在一定的雜散電流干擾，土壤腐蝕性為強或中，是造成該段管道腐蝕防護系統綜合評價為2級的主要原因。

（2）4＃測試樁至19＃測試樁段的管道腐蝕防護系統綜合評價為1級。外防腐除了9＃測試往上海石化方向約1 km段防腐層質量為2、3級外，其余的外防腐層質量為1、2級的居多，存在一定的雜散電流干擾，土壤腐蝕性為強或中，所占權重也較高。但外防腐破損點較小，陰保有效率高，經過開挖檢測，驗證破損處未發現管體外腐蝕，故管道腐蝕防護系統狀況良好，正常檢查即可。

（3）19＃測試樁沿莊胡公路西側，穿過A4高速，沿莊胡公路西側向南，穿過運石河、滬杭公路到達化學工業區管架段的管道腐蝕防護系統綜合評級為2級。外防腐層質量為2、3級較多，存在一定的雜散電流干擾，土壤腐蝕為強或中，外防腐層破損率相對較低，陰保也達到了保護，但是保護電位接近了保護的邊緣，故該段管道的腐蝕防護系統綜合評價為2級。

3 開挖直接檢驗

根據外防腐層不開挖檢測結果、管道敷設環境調查（如穿越公路、河流）及管道結構（如彎頭）、環境腐蝕性檢測、陰極保護有效性檢測結果和外部開挖協調難度，選擇了4處（其中彎頭1處，直管段3處）有代表性的管線點開挖進行直接檢測。檢測結果發現，1、4＃探坑均有防腐層脫落、劃傷或鼓包現象，但未發現管體發生外腐蝕，原因可能是破損段陰保有效，具體情況見表5。

表5 直接開挖檢驗結果

3.1 土壤腐蝕性檢測

本次4個開挖點檢測點位于農田、荒地、田埂上，土壤以粉性黏土、淤泥質粉質黏土、砂質粉質黏土為主，地下水位較高，開挖處有不同程度的地下水，各檢測點環境腐蝕性為強或中等。

3.2 防腐層檢查

管道防腐層為3PE，所有開挖探坑檢測點的防腐層都存在不同程度的破損失效情況，進行了防腐層檢測及涂層電火花檢測，檢測結果均滿足要求。

3.3 管體腐蝕外觀直接檢查

開挖探坑失效處，由于有陰極保護系統的保護，未發現管體腐蝕，未發現機械損傷等其它類型的管體缺陷。

3.4 超聲波測厚

對開挖探坑檢測點的管道進行了壁厚測試，該管道未發現管體減薄，開挖探坑處該管道的實測最小壁厚為6.5 mm。

3.5 MsS導波管道腐蝕檢測

C3C4管道進行了1處MsS導波檢測，在所檢測的區域內，未發現管體明顯腐蝕減薄信號。圖4為導波檢測處的信號圖。

圖4 MsS現場導波信號圖

4 合于使用評價

4.1 風險評價

參照GB/T 27512-2011《埋地鋼質管道風險評估方法》［9］，根據檢測結果、綜合人口密度、環境狀況等將管道區域段劃分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；計算風險值得分為1 887.86～2 320.04，總體為低風險絕對等級。

（2）從總體上看，所評價管道的各種相對風險等級以低風險和中等風險為主，高風險相對等級區段較少。

（3）失效可能性方面，整體得分較低。沿線人口密度、建設活動繁忙、管道占壓的嚴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得分差異的主要原因；該管道裝置較簡單及統一管理使設備及操作得分相同且不高；相同的設計、施工、監理及相關的管理使本體安全得分相同。失效后果方面，管線失效后經濟損失較大，失效后果得分主要來源于人員傷亡的財產損失及停產損失。

（4）通過對風險的分析，建議通過拆除占壓、對檢出的外防腐層破損修復、加強對沿線居民管線安全宣傳力度、進行氣體泄露檢測等措施來減小失效可能性，進一步降低管道風險等級。

4.2 剩余強度及剩余壽命預測

評估了剩余強度及進行了剩余壽命預測。表6為管體剩余強度評估與剩余壽命預測表。

表6 管體剩余強度評估與剩余壽命預測表

4.3 合于評價結果

根據上述檢驗檢測與計算結果，并在及時對第二部分“管道運行、維護維修建議”所提出的內容進行改造的前提下，參照TSG D7003-2010《壓力管道定期檢驗規則——長輸（油氣）管道》，依據該管道的檢驗檢測結果，確認管道的合于使用評價結論為：在現有的操作條件下，允許使用，但要注意以下幾點。

（1）管道埋深不夠處，增加覆土深度，并加強巡線，防止第三方破壞。

（2）部分管段的陰保電位隨時間有波動現象，應開展陰保電位隨時間波動情況的檢測與評價，獲得真實的管道保護電位，搞清電位波動的原因。

（3）雜散電流會引起明顯的電化學腐蝕，尤其是管道防腐層破損點處，因此需開展針對性的雜散電流專項測試與分析，搞清雜散電流的來源、大小、方向，從而根據具體情況，確定需在管道沿線增加排流裝置的地點，以有效降低雜散電流的影響。

（4）對占壓的構筑物應予以清理，同時做好預防工作，盡量不產生新的占壓。對無法進行清理的應加強監控和巡查，并加大宣傳和教育力度。

（5）對高風險段加強管理。

［1］ 國家質量監督檢驗檢疫總局.TSG D7004-2010壓力管道定期檢驗規則——長輸（油氣）管道［S］.

［2］ 國家質量監督檢驗檢疫總局.TSG D7003-2010壓力管道定期檢驗規則——公用管道［S］.

［3］ 建設部，國家質量監督檢驗檢疫總局.GB50253-2003輸油管道工程設計規范［S］.

［4］ 國家技術監督局.GB/T 15957-1995大氣環境腐蝕性分類［S］.

［5］ 國家發展和改革委員會.SY/T 0087.1-2006鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準 埋地鋼質管道外腐蝕直接評價［S］.

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

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

［8］ 國家標準化委員會.GB/T 19285-2003埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗［S］.

［9］ 國家標準化委員會.GB/T 27512-2011埋地鋼質管道風險評估方法［S］.