北京市埋地燃氣管道安全狀況評估系統(tǒng)研究

作者：馬寧許彤曹備李禪付山林　　評論：　更新日期：2012年08月29日

摘要：埋地管道失效引起的突發(fā)事故會造成嚴(yán)重的財產(chǎn)損失、人員傷亡和環(huán)境破壞，針對管道的事故可能性進行評估，可以明確影響管道安全的主要因素，采取有效的措施減小事故的發(fā)生?；诎踩u估思想和可靠的數(shù)學(xué)模型，對管道的腐蝕破壞、外力破壞和誤操作破壞進行評估，對含缺陷管道進行剩余強度評價和剩余壽命預(yù)測，編制了基于GIS平臺的評估軟件“北京市埋地燃氣管道安全狀況評估系統(tǒng)”。利用現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)及調(diào)查結(jié)果進行安全狀況等級的評估，評估結(jié)論可靠，能直觀顯示管道的安全等級并提示薄弱環(huán)節(jié)，提供維護建議，對評估內(nèi)容和結(jié)果適時進行統(tǒng)計分析，操作簡單，實用性強。

關(guān)鍵詞：安全狀況評估；腐蝕破壞；外力破壞；誤操作破壞；剩余強度評價；剩余壽命預(yù)測

Study on Gas Pipeline Safety Evaluation System

Beijing Gas Group，Co.，Ltd.，Beijing China Ma Ning，Xu Tong，

School of Material Science and Engineering，University of Science and Technology Cao Bei

Beijing ZhongFu Corrosion & Protection，Co.，Ltd.Li Chan，F(xiàn)u Shanlin

1 引言

??? 近年來，隨著北京市的城市建設(shè)向現(xiàn)代化、國際化方向發(fā)展，城市燃氣事業(yè)的發(fā)展突飛猛進?，F(xiàn)北京市擁有燃氣管線7000多km，每年以10%左右的速度發(fā)展。不同時代管線建設(shè)和運行管理的技術(shù)水平存在差異，導(dǎo)致不同服役年限的管道安全狀況參差不齊。由于管道腐蝕、外力破壞、操作失誤等原因?qū)е碌母鞣N管道突發(fā)事故屢有發(fā)生，給搶修搶險工作帶來很大壓力，也給燃氣安全生產(chǎn)和城市公共安全造成極大威脅。因此，急需對北京市在役管道的健康和安全狀況做認真細致的調(diào)查研究，以了解情況、發(fā)現(xiàn)問題、提出對策和解決問題，有效提高城市燃氣管道安全運行的效率和效益。

2 項目介紹

2004年北京市燃氣集團提出立項開展“北京市埋地燃氣管道安全狀況評估系統(tǒng)”的研究。通過對2004年-2006年部分老舊管道更新改造工程的跟蹤測試、取樣分析、實驗室研究等，大量采集數(shù)據(jù)和分析總結(jié)規(guī)律，對北京市不同服役時段的在役燃氣管道的腐蝕控制狀況、管體焊縫缺陷和管材適用性等方面做了研究和總結(jié)分析。根據(jù)國內(nèi)外管道安全評估技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，充分結(jié)合北京市的實際情況，開展了相關(guān)開發(fā)研究，完成了“北京市埋地燃氣管道安全狀況評估系統(tǒng)”的算法模型研究和軟件開發(fā)，經(jīng)過部分工程的實際應(yīng)用，實現(xiàn)了規(guī)劃設(shè)計的各項功能。

該項目由北京市燃氣集團、北京中腐公司、北京科技大學(xué)、中國腐蝕與防護學(xué)會等單位共同參加完成，組織了課題所涉專業(yè)如城市燃氣、材料學(xué)、腐蝕與防護、安全評價、信息科學(xué)等領(lǐng)域的不同層次的數(shù)十位國內(nèi)知名專家和技術(shù)人員共同參與。項目組經(jīng)過兩年時間的辛勤勞動和努力工作。密切跟蹤國內(nèi)外管道完整性評估技術(shù)的發(fā)展，并充分結(jié)合北京市燃氣管道運行管理的現(xiàn)狀和發(fā)展方向，成功研發(fā)了“北京市埋地燃氣管道安全狀況評估系統(tǒng)(Gas Pipeline Safety Evaluation System，GPSES-2006)”。

3 項目主要內(nèi)容

3.1 現(xiàn)場檢測

對北京市燃氣集團2004年-2006年部分老舊管道更新改造工程進行了現(xiàn)場檢測和取樣分析，主要包括：(1)管道土壤環(huán)境腐蝕性檢測分析：土壤類型、土壤電阻率、雜散電流、管地電位、氧化還原電位等現(xiàn)場測試，土壤理化性能分析、土壤環(huán)境腐蝕性原位極化試驗研究等方面。(2)防腐層狀況在線檢測：采用相關(guān)監(jiān)測儀器設(shè)備和數(shù)據(jù)分析評價系統(tǒng)檢測評價在役埋地管道的防腐層運行狀態(tài)和防腐層性能質(zhì)量，為防腐層直接評價提供依據(jù)。本項目采用C-SCAN、RD400-PCM、選頻變頻定量測試技術(shù)和SL-2088等完成相關(guān)檢測工作。(3)防腐層性能質(zhì)量探坑內(nèi)局部檢測分析：清理防腐層、外觀檢測及數(shù)碼照相、厚度檢測、附著力檢測等內(nèi)容。(4)管體腐蝕狀況檢測分析：管體剩余厚度檢測、管體腐蝕外觀檢測、管體腐蝕面積幾何尺寸測量和腐蝕產(chǎn)物分析等內(nèi)容。

經(jīng)過兩年多的緊張有序的工作，截止到2006年10月初，通過對30多個改造工程200多km管線的全面跟蹤檢測，對具備比較完備檢測條件、重點跟蹤檢測的具有代表性的29個改造工程約140km管線，進行了數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計分析和分析評價。通過對現(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)分析研究，總結(jié)了導(dǎo)致城市燃氣管道破壞的各種原因，并從中提取部分代表性數(shù)據(jù)信息，為安全評估系統(tǒng)的研究開發(fā)提供數(shù)據(jù)信息資源支持。

3.2 管體焊縫缺陷檢測分析

結(jié)合30余項更新改造的管道工程項目，選擇不同使用年限、不同管徑的在役埋地天然氣管線現(xiàn)場管體取樣，對其管體對接焊縫及螺旋焊縫(包括部分直焊縫1進行射線及超聲波無損檢測。無損檢測同時采用射線檢測和超聲波檢測兩種方法。射線檢測的目的是直觀評定不同年限施工的焊縫質(zhì)量，超聲波檢測目的是確定缺陷存在的深度范圍。共檢測約150km管道的300多個取樣管段，由于管道建設(shè)年代久遠，運行時間很長，焊縫質(zhì)量隱患較大，環(huán)焊縫和縱焊縫均存在較多缺陷，情況堪憂。

3.3 實驗室分析

項目通過對200多km老舊管道的調(diào)研測試，采集了300多段管體樣本，對其中有代表性的60段開展了認真細致的實驗室研究分析，包括化學(xué)成分測定、硬度測試、金相試驗、拉伸強度試驗、沖擊試驗和材料斷裂韌性的測試等，積累了數(shù)萬個檢測試驗數(shù)據(jù)和圖形資料信息。

分析結(jié)果表明，某些管道焊縫處存在魏氏組織，直接影響到焊縫的力學(xué)性能，使焊縫變脆，成為在役管道較危險的部位。焊縫夾雜較多，夾雜物主要是Si、Mn、Ti、S、Al等元素的含鐵氧化物。另外，管道的母材和焊縫的硬度值比較正常，基本符合材料使用標(biāo)準(zhǔn)。多數(shù)管道的沖擊韌性較差，韌脆轉(zhuǎn)變溫度相對較高，部分在0℃以上。部分管道的沖擊韌性不能滿足實際使用的要求。就同一根管道而言，其焊縫部位的沖擊韌性相對較差，可能成為管道服役過程中較脆弱部位。通過對焊縫探傷部位的驗證試驗，觀察到部分管道焊縫處存在較大缺陷，嚴(yán)重影響管道服役壽命，成為管道使用過程中的危險點。

3.4 安全評估

引進國際先進的安全評估思想，結(jié)合北京市燃氣管道現(xiàn)狀，深入開展相關(guān)研究。對于城市燃氣管道，提出管道的安全評估應(yīng)分為兩個方面，如圖1所示。