油氣管道與城市管網交叉風險識別及解決措施*

姚小靜，朱元東，孫向榮

(1.山東省特種設備檢驗研究院，山東 濟南 250101;2.山東省油區工作辦公室，山東 濟南，250012)

長輸油氣管道是輸送石油、天然氣和成品油等能源的重要運輸手段，已成為繼公路、鐵路、水運和航空之后第五大交通運輸方式，油氣長輸管道選址鋪設均按照法律和設計驗收標準要求執行。隨著城市擴張和人口聚集，后建管線不得不與已建工程的管道相鄰(平行、斜接或交叉)，甚至在局部地段還要通過“公共走廊”［1］6。目前油氣管線與市政管網的矛盾沖突在全國成為一個普遍現象，而管道運行壽命呈“浴盆曲線”。目前中國正處于新一輪油氣管網建設高峰期，又有相當比例的管道進入老齡化，油氣管道泄漏事故也處于高發期，兩相疊加，風險陡增，一旦發生事故，往往會帶來巨大的人員傷亡和經濟損失，同時產生惡劣的社會影響。如何保障臨近生活區或化工區油氣管道與城市管網并行或交叉的安全運行是目前急需解決的問題。結合長輸管道檢驗實例，從風險分析的角度介紹了油氣管道非開挖檢測及評價技術。

1 基于風險的檢驗

基于風險的檢驗(RBI)是一種追求系統安全性與經濟性統一的理念與方法，它是在對系統中固有的或潛在的危險發生的可能性與后果進行科學分析的基礎上，給出風險排序，找出薄弱環節，以確保本質安全和減少運行費用為目標，優化檢驗策略的一種管理方式［2］。實施RBI 檢測目的有3 個方面:(1)提高設備的安全性、可靠性;(2)提高安全管理水平及合理配置維護;(3)檢驗資源。

1.1 風險與危險的關系

風險是一種不確定性，是為獲取某種收益而不得不遭受某種損失的可能性。它有可能會向壞的方向發展，也有可能向好的方向發展，即使發生了，其影響程度也可能不同，因而影響其損失發生的概率和后果;而危險則不一樣，它的發生只會產生不利結果，如果不及時解決，會導致毀滅。人們能夠化解風險，卻無法改變危險，主要是看風險發生的概率和破壞程度。為了將風險將至最低，需摸清風險的影響因素，進而選擇合理的方法進行降低或消除［3］。

1.2 管道風險評估

管道風險評估(管道完整性管理)是目前較為流行的一種管理方式，分為定量、定性、半定量和半定性，被大家廣泛采用的是美國W.Kent Muhlbauer 編寫的《管道風險管理手冊》(肯特管道風險評分法)［4］。從影響管道安全運行的4 個方面半定量地進行了風險評估，同時結合泄漏指數計算出相對風險比率，進而確定管道所處的風險狀態，其相對風險比率為0～2 000，數值越高，說明其越安全。該風險評估有利于檢驗機構和管道使用單位進行管道的完整性管理，避免出現盲目檢修，造成“開挖易腐，越挖越腐”現象，提高管道的檢驗效率，降低企業管理成本。

2 管道風險因素識別及解決措施

城市管網主要有供排水管道、燃氣和熱力公用管道和通訊等電力電纜管道等管道，長輸油氣管道與城市管網管道并行或交叉，互相影響。通過風險分析，認為交叉并行的主要風險因素有雜散電流腐蝕、交直流干擾和施工維護產生的次生危害。

2.1 交流雜散電流腐蝕

2.1.1 腐蝕危害

高壓交流輸電線路發生故障時，在故障位置會有很大的瞬時電流，根據交流輸電線路的等級不同，瞬時電流大小不等，電流大時能達到幾十到幾千安培。故障電流入地會使地電位抬升，擊穿附近埋地管道防腐蝕層或管體，擊傷管道上正在維護維修的工作人員，對維修人員造成傷害;同時防腐層蝕漏點處，感應的交流電流泄漏到大地中，造成管道的交流雜散電流腐蝕。通常管道上的交流腐蝕速率比直流腐蝕速率大很多，如1 A 直流雜散電流在一根鋼管上流進流出，1 a 內將導致大約10 kg 金屬的蝕失［5］，即在很短的時間內便會使管道穿孔泄漏，造成財產損失及人員傷亡;其次若防腐蝕層有漏點，電流流入管道可能損害管道設施，如絕緣法蘭、絕緣接頭或恒電位儀等［6］，腐蝕形貌見圖1。

圖1 雜散電流腐蝕凹坑

2.1.2 交流檢測

雜散電流檢測儀可以沿管道路線檢測管道上任何雜散干擾電流的大小和方向。雜散電流檢測儀檢測圖上能表明什么地方是電流流入點、什么地方是流出點，利用這種信息在適當的地點或區域采取措施可以減緩管道上雜散電流的干擾。當實施了緩解措施后，雜散電流檢測儀還可評估緩解措施是否成功。它還可以用來測量管地電位(借助于參比電極)，自動記錄管地電位隨時間的變化，從電位的分布上判斷是否存在雜散電流干擾，2007 年曾成功地在聊泰線上實施了檢驗。

2.1.3 腐蝕防護

交流干擾防護主要有接地、屏蔽、隔離和等電位等方法，實踐中，一般優先使用接地排流作為防護措施，GB/T 50698—2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》根據地床與管道的連接方式，排流法主要分為直流排流、固態去耦合排流和負電流排流3 種。何驍［1］13通過實驗證明了:(1)直接排流即將干擾管道與地床直接用導線連接起來進行排流。該法排流效果好且簡單經濟，不過容易造成陰極保護電流流失，適用于陰極保護的管道;(2)用犧牲陽極代替直接排流時的地床，就是負電位排流，陰極效果比較好。造價較高，且可能存在極性逆轉問題;(3)隔直流排流即在直流排流回路中串入阻隔直流電流元件，達到阻止陰極保護的目的。其中隔直流排流采用的鉗位式排流不僅能阻止保護電流的泄流，還可利用部分干擾電壓作陰極保護，隔直流措施在實際應用中被公認為效果最好的方式。不過應該注意，鉗位式排流要求接地材料和被保護構筑物材料相同以避免存在電位差，否則可能嚴重地影響排流后的直流到位，影響防護效果。

2.2 交叉部位腐蝕狀態檢測

腐蝕是造成油氣管道失效的第二大因素，而盲目開挖，往往會造成“開挖易腐，越挖越腐”的現象，因此應盡量避免不必要的開挖。在城市管網交叉(并行部位)鄰近區域，城市地下金屬物較多，干擾因素較多，相比較野外地下管道定位難度非常大，單一設備無法精確腐蝕位置及狀態，姚小靜等［7］結合實際檢測實例，討論了精確確定油氣管道防腐蝕層破損位置腐蝕狀態的檢測方法。

2.2.1 管道定位及外防腐蝕層狀況檢測

為了確保檢測是在管道的正上方，應先采用RD4000 管道定位儀或雷達進行管道定位后，采用PCM+管線防腐層探測儀“A 字架”確定管道防腐蝕層破損點。

2.2.2 破損點嚴重性與陰陽極狀態判斷

有效地判斷管線外防腐蝕層破損點的嚴重性和陰陽極狀態是確保有缺陷管道安全運行的重要因素。采用雜散電流測繪儀(DCVG)和SCM 雜散電流測繪儀確定缺陷點的嚴重性與陽陰極狀態。在一般情況下，采用DCVG 即可。破損點具體位置與電位的關系顧寶珊等認為［8］電位梯度小于50 mV，防腐蝕層狀況良好。聊泰線現場檢驗開挖驗證過程中發現破損點在管道上下左右分布，示意圖見圖3。破損點在管道正上方4 處，地表2 處的電位與管位一致;破損點在管道左邊5處，地表1 處的電位最大;破損點在管道右邊6處，檢漏儀定中心點在地表3 處;破損點在管底7處，泄漏電流分別由5 處和6 處輻射到地表，l 和3 處均有電位，且相等。

圖2 破損點在管道上下左右位置

在進行聊泰線定期檢驗過程中發現多處并行與交叉管線，且防腐蝕層存在不同程度的破損，還發現更嚴重的機械損傷凹坑，見圖3。

圖3 交叉管道處發生凹坑腐蝕

2.3 交叉(并行)管線應力分析

長輸油氣管線受到的應力主要是由內壓引起的環向應力。管線彎曲變形造成了彎曲應力(如土壤條件發生變化)和幾乎忽略不計的徑向應力。由此可見，只有彎曲應力才是影響管線安全運行的主要應力。長輸管線采用彈性鋪設，且埋在凍土層以下，設計階段已經考慮了鋪設環境的載荷條件，但若城市管網為后期建設時使得油氣管線由埋地鋪設變為架空方式，往往會存在較大的彎曲應力，從而存在應力集中區，見圖4。同時若介質、環境條件滿足，則可能發生應力腐蝕開裂或者應力開裂。

圖4 彎曲應力

3 結論與建議

(1)從風險分析的角度，結合肯特管道風險評分法說明了油氣管道風險管理的重要性。

(2)油氣管道交叉(并行)風險影響因素主要為雜散電流腐蝕和其他腐蝕、彎曲應力和應力集中及第三方破壞等。

(3)管道運行單位均應建立長輸油氣管道SCADA 系統(計算機為基礎的生產過程控制與遠程調度相結合的監控與數據采集自動化系統)，加強日常巡視保護，避免因第三方施工或周圍環境變化引發管道事故。

(4)嚴格按照法規標準開展定期檢驗和風險評估，及時有效地發現管體缺陷;確定管道的剩余壽命和剩余強度，提高隱患管段的風險預測能力，延長管道的總體使用壽命。

(5)按照法規標準要求，加強管道施工質量，避免野蠻施工造成管體及防腐層破損，從源頭上確保管道安全運行。

［1］何驍.高壓輸電線路對埋地金屬管道的腐蝕影響研究［D］.大慶:華中科技大學，2011.

［2］徐勝，艾志斌.濕硫化氫應力腐蝕開裂風險檢驗技術［J］.石油化工設計，2008，25(3):47-49.

［3］劉博文.城市地下管網探測的風險管理［J］.中國勘察設計，2006(1):19-23.

［4］Muhlbauer，W.K.管道風險管理手冊［M］.北京:中國石化出版社，2005:123.

［5］王平，石秀山，何仁洋，等.雜散電流測繪儀在埋地鋼質管道雜散電流檢測中的應用.管道技術與設備［J］.2006(6):17-18

［6］趙君.高壓交流輸電線路對埋地金屬管道的干擾影響研究［D］.天津:天津大學，2011.

［7］姚小靜，王威強，張峰.埋地長輸管道防腐層綜合檢測技術［J］.壓力容器，2006(2):49-51.

［8］顧寶珊，李渡，汪兵，等.地下管道防護層缺陷檢測新技術研究——密間隔電位/直流電壓梯度聯合檢測技術［J］.石油化工腐蝕與防護，2004，21(2):10-12.