石家莊熱電天然氣輸氣管道定期檢驗中發(fā)現(xiàn)問題的分析

高 輝 李志楠 李朝磊 董 斌

（1. 河北省特種設備監(jiān)督檢驗研究院，河北 石家莊 050000；2. 湖北眾深科技有限公司，湖北 武漢 430000；3. 河北省天然氣有限責任公司，河北 石家莊 050000；4. 中國航空油料有限責任公司河北分公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

石家莊熱電天然氣輸氣管道工程輸氣規(guī)模為13×108m3/a，設計壓力為4.0MPa，于2006年11月投用，主要為位于石家莊市二環(huán)內(nèi)體育大街上的熱電廠供氣。包括1條干線、2座站場和3座閥室，該管道設計時設計為GB1級。

由于石家莊熱電廠氣量需求增加，管道運行需要提升壓力等級，而《河北省特種設備安全監(jiān)察規(guī)定》河北省人民政府令[2012]第18號規(guī)定：城市燃氣等公用壓力管道的安裝、使用的監(jiān)督管理，由住房和城鄉(xiāng)建設行政主管部門依照有關(guān)法律、法規(guī)的規(guī)定執(zhí)行。

因該管道經(jīng)過市區(qū)6km，其中約2km穿過石家莊北二環(huán)，在體育大街公路2m水泥路面直埋敷設，人口密集，車輛較多，市政府非常重視，于2017年上半年委托此次檢驗與評估、安全評價以及規(guī)劃等相關(guān)程序由住建部門牽頭，規(guī)劃局參與，最后以專家論證會的形式履行該管道的升壓許可程序。

1 原始資料審查

石家莊熱電天然氣輸氣管道由華北石油勘察設計研究院設計，中國石油天然氣管道局施工完成，采用螺旋縫埋弧焊鋼管，全線三層PE結(jié)構(gòu)加強級防腐，全線設陰極保護站1座，建在遠離市區(qū)的鹿泉門站內(nèi)。上次外檢測由中國天然氣管道科學研究院2010年3月完成，2017年河北省特檢院進行了首次定期檢驗和合于使用評價，管道情況和路由如表1和圖1所示。

圖1 管道的路由走向圖

表1 原始資料審查數(shù)據(jù)表

表2 該管道的宏觀檢查情況

表3 2017年度雜散電流檢測情況

2 宏觀檢查

檢測中發(fā)現(xiàn)管道部分地段“三樁一牌”缺少、偏移；發(fā)現(xiàn)多處工地施工露管如西湖一品樓宇施工（有露管現(xiàn)象），石德鐵路院內(nèi)建筑施工；多處穿越：如穿越南水北調(diào)、石津干渠、玻璃廠，太平河400m等；發(fā)現(xiàn)直接占壓9處斷續(xù)約1400m，部分經(jīng)過西湖一品小區(qū)、兒童樂園、汽車4S店等人口密集區(qū)；此外還發(fā)現(xiàn)多處農(nóng)田地表塌陷，其中體育大街段管道多次穿越公路，常有重型車輛行駛。

其中多次穿越二環(huán)體育大街的管段，管道存在沉降壓裂和斷裂風險，監(jiān)管部門要求做穩(wěn)定性校核，校核結(jié)果見五。

3 環(huán)境腐蝕性檢測

3.1 土壤電阻率檢測[1]

2022年全線共檢測9處，其中2處土壤腐蝕性等級為中（44.6Ω.m和22.7Ω.m） ；7處土壤腐蝕性等級為弱（83.3Ω.m～166.1Ω.m），土壤腐蝕性總體為弱。

3.2 雜散電流檢測

2017年運用特殊情況下的干擾程度評價指標-電位波動法檢測了雜散電流波動情況。共檢測雜散電流9處，有7處雜散電流干擾等級為強，鑒于當時石家莊市區(qū)地鐵2號線即將開通，要求使用單位建議對市區(qū)地段管線進行雜散電流全面評估，必要時安裝排流裝置。2017年檢測結(jié)果如下，雜散電流全面評估典型結(jié)果見六。

4 其它檢測情況

4.1 外覆蓋層檢測

共發(fā)現(xiàn)疑似防腐層破損點8處，已開挖修復4處，建議使用單位將其余破損點修復。開挖典型照片如圖2所示。

圖2 2017年防腐層檢測探坑開挖情況

4.2 陰極保護檢測

由表4可以看出，2017檢測中，發(fā)現(xiàn)在石家莊北二環(huán)附近，由于距離鹿泉的強制電流站越來越遠，地表電位和off電位均達不到要求。調(diào)試了恒定位儀，市區(qū)地段安裝了犧牲陽極后，2022年檢驗發(fā)現(xiàn)陰極保護的off電位達到了保護要求。

表4 兩次定期檢驗測試電位數(shù)據(jù)對比

4.3 剩余強度評估

根據(jù)GB/T 30582-2014《基于風險的埋地鋼質(zhì)管道外損傷檢驗與評價》中的方法進行剩余強度評價，發(fā)現(xiàn)探坑缺陷點最大允許操作壓力（MAWP）為6.41MPa，局部金屬損失缺陷可接受。初步結(jié)論符合使用單位升高輸送壓力的條件。

5 徑向穩(wěn)定性校核

本條管道多次穿越二環(huán)體育大街的管段，應監(jiān)管部門要求，由中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司進行了穩(wěn)定性校核。 依據(jù)GB 50251-2014《輸氣管道設計規(guī)范》當管道埋設較深或外載荷較大時，按無內(nèi)壓狀態(tài)驗算在外力作用下管子的變形，驗算公式如下，計算結(jié)果如表5所示。

表5 管道穩(wěn)定性校核計算表

Δx為鋼管水平方向最大變形量，m；

D為管子外徑，610mm；

Dm為管子平均直徑，m；

Z為管子變形滯后系數(shù)，取1.5；

K為基床系數(shù)；0.103；

E為鋼材彈性模量，N/m2；

I為單位管壁截面慣性矩，2.08×10-8m4/m；

δn為鋼管公稱壁厚，m；

Es為土壤變形模量，2.8N/m2；

W為作用在單位管長上的總豎向載荷，N/m[2-4]；

γ為土壤容重，MN/m3，取0.017；

H 為管頂回填土高度，m。

由計算結(jié)果可以得出，相交四處的管線管頂埋深分別為2.54m、3.44m、3.2m、3.03m，體育大街公路通行車輛的單軸最大動載荷為25t（三軸）滿足徑向穩(wěn)定性校核要求。

6 石家莊2號地鐵新開通后的雜散電流測試[5]

2020年8月石家莊地鐵2號線開通后，使用單位組織進行了一次雜散電流測試，主要包括：自然電位測量，通電電位測量，斷電電位測量，交流電壓測量。全線管道測試樁處管道斷電電位及自然電位分布圖如圖3所示。從圖3可以看出，L073測試的斷電電位正于-850mV（CSE），此處滿足在土壤電阻率在100～1000Ω·m環(huán)境中，管道的電位宜負于-750mV（CSE）標準（GB/T 21448-2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范》），達到有效保護。

圖3 全線管道測試樁處管道斷電電位及自然電位分布圖

根據(jù)2017年度定期檢測報告和管道通、斷電電位測量，重點選取了10處受干擾較大的位置進行雜散電流檢測、監(jiān)控，其中選取了4處典型圖如圖4～圖7所示。

圖4 L073測試樁24h通、斷電電位監(jiān)控

圖5 L077測試樁24h通、斷電電位監(jiān)控

圖6 調(diào)節(jié)恒電位儀后L107測試樁24h通、斷電電位監(jiān)控

圖7 L115測試樁24h通電電位監(jiān)控

4個位置均受到直流干擾，L073測試樁通電電位-1200～1700mV波動，L077測試樁通電電位-1200～2000mV波動；L107測試樁通電電位-600～1800mV波動，斷電電位受到直流干擾影響在-800mV左右波動，L115測試樁通電電位-1320～1460mV波動，斷電電位一直負于-850mV。以上4個位置基本不受直流干擾影響，無需排流。

進一步了解發(fā)現(xiàn)，2020年測試時，使用單位自身恒電位儀不合格，排流穩(wěn)定電位無法滿足陰保準則，后期使用單位增大了恒電位儀輸出，進一步調(diào)節(jié)恒電位儀并配合犧牲陽極進行保護使斷電電位長期負于-850mV。

7 結(jié)語

（1）該高壓燃氣管道由于客戶需求，需要增大壓力，屬于TSG D7003-2010 《壓力管道定期檢驗規(guī)則 長輸(油氣)管道“第五條，運行工況顯著改變導致風險提高，應立即進行全面檢驗”，允許達到的壓力應結(jié)合管道缺陷進行剩余強度評估，必要時進行壓力試驗，有條件時進行各專業(yè)領(lǐng)域的專家論證；

（2）在進行城市區(qū)域內(nèi)全面檢驗時，著重進行管線踏勘，尤其是宏觀檢查（重工業(yè)區(qū)的占壓、重型車輛運行頻繁處）和高后果區(qū)的識別等；

（3）監(jiān)管部門、使用單位規(guī)劃管道路由時，應全面統(tǒng)籌，避免經(jīng)過人民住宅區(qū)，避免敷設交通樞紐路路面下方，地鐵相鄰敷設區(qū)應考慮排流設施等；嘗試考慮多部門聯(lián)合管理，共同促進管道安全運行，比如控制體育大街的車速，減少沖擊系數(shù)，可降低管道總的豎向載荷；

（4）使用單位應按國家規(guī)范要求，定期檢測/監(jiān)測有明顯雜散電流源的斷電位數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)試陰極保護系統(tǒng)，配合犧牲陽極安裝使管道處于良好保護。今后有條件的進行熱電廠的搬遷或管道更換壁厚、改線等。