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城市燃?xì)夤芫W(wǎng)安全性檢測與評價

  
評論: 更新日期:2009年12月17日
阮景紅?,侯世穎?,路民旭?,張國安?,段蔚?,李夏喜
1.北京科技大學(xué)腐蝕與防護(hù)中心,北京100083;
2.北京永逸舒克防腐蝕技術(shù)有限公司,北京100011
1?引言
?????北京市二高壓線位于罐站至后俸村,該地段土壤的濕度大,鹽堿含量高,屬于強(qiáng)腐蝕性土壤。管線壓力級別為高壓(P<0.8?MPa),啟用年限為30?a,管徑為500?ITIB,防腐涂層為環(huán)氧煤瀝青,管線總長度為2?500m,均未施加陰極保護(hù)。隨著管道運(yùn)行時間延長,管道事故時有發(fā)生。輸氣管道,尤其是高壓輸氣管道,一旦破裂,壓縮氣體迅速膨脹,釋放大量的能量,引起爆炸、火災(zāi),會造成巨大的損失?。同時,由于管道所輸送的物質(zhì)為有害物質(zhì),一旦發(fā)生泄漏或斷裂,就會對其周圍的環(huán)境和人員產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。為全面了解管線的腐蝕狀況,確保燃?xì)夤艿赖陌踩\(yùn)行,延長管道的使用壽命,防止燃?xì)夤芫W(wǎng)因腐蝕穿孔而引起泄漏、爆炸等事故,對管線防腐層、土壤環(huán)境腐蝕性、管體等方面進(jìn)行了檢測,并對管線的腐蝕程度和安全性進(jìn)行了評價。
2?檢測方法
2.1?防腐層檢測
??????防腐層的檢測包括地面檢測和挖探坑檢測兩部分。利用SL一2088檢測儀探測管道的位置、走向、深度,通過發(fā)射機(jī)向地下管道發(fā)射一特定的交變電流信號,在防腐層破損處將有漏電信號向地面輻射,并在漏點(diǎn)上方形成以漏點(diǎn)正上方為中心的球面電位梯度,相對于完好管段和無管道地面具有一定的電位差,通過人體電容法收到此信號,由此確定破損點(diǎn)的位置,經(jīng)過比較泄漏電位確定破損點(diǎn)的大小。確定防腐層破損點(diǎn)的位置后,開挖驗(yàn)證,并觀察防腐層的老化程度及粘接力;用電火花儀測量了防腐層的耐電電壓??觾?nèi)取上、側(cè)、下3處測量防腐層的厚度,每處各測3點(diǎn)。利用SL—AY508變頻選頻絕緣電阻測試儀測試管道外防腐層絕緣面電阻。
2.2?土壤參數(shù)的測量
?????為了解該地段土壤環(huán)境的腐蝕性,開挖5個探坑,對每個探坑分別測量土壤的電阻率、pH值、含水率、含鹽量、氧化還原電位、直流雜散電流等與管道腐蝕有關(guān)的參數(shù),評價土壤的腐蝕性。
2.3?管體腐蝕狀況的測量
????開挖深坑后,去除管體的防腐層,觀察腐蝕形態(tài)和腐蝕產(chǎn)物分布,判斷腐蝕成分,測量腐蝕坑的面積和深度,并對管道的剩余壁厚進(jìn)行檢測,每個坑檢測3組數(shù)據(jù),每組對管頂、管底及“4”、“8”點(diǎn)鐘的位置測量管線的剩余壁厚;對管線的剩余強(qiáng)度進(jìn)行評價。
3?檢測結(jié)果與評價?
3.1?防腐層的防護(hù)性能?
????表1~表3為防腐層的破損情況,面電阻和防腐效果的測量結(jié)果。所檢測的2.5?km距離內(nèi)共出現(xiàn)了2個破損點(diǎn),破損率為0.8個/km,腐蝕層的完整性和粘結(jié)性能比較差。防腐層存在變形、老化、局部剝離甚至嚴(yán)重的損壞,面且厚度較薄。其中,4個探坑內(nèi)防腐層厚度均小于2.5/n/ll,另一個探坑內(nèi)防腐層厚度存在不均勻狀態(tài)(最厚處為8.3?lnln,最薄處為4.0?mln)。防腐層的面電阻測量結(jié)果表明管段平均絕緣面電阻為3?420?Q·m2,面電火花儀測量了防腐層的耐電電壓均大于5?000?V,均為合格。
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????綜合以上檢測數(shù)據(jù),依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T0087-95和絕緣面電阻對防腐層性能起決定性作用可以得出以下綜合評價.此管段防腐層存在一定老化、變形現(xiàn)象,防腐層較薄且有破損點(diǎn),但尚可使用。
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3.2?土壤環(huán)境的腐蝕性
????表4為對二高壓線開挖5個探坑后測量土壤電阻率、土壤pH值、土壤含水率、土壤含鹽量、氧化還原電位、直流雜散電流等參數(shù)的結(jié)果,并依據(jù)cJJ95—2003(J273-2003)標(biāo)準(zhǔn),對各參數(shù)進(jìn)行了評價?5(受城市的客觀原因限制不能得到某些數(shù)據(jù)及其評價結(jié)果)。從表4可以看出,土壤電阻率的評價等級為較弱或中等,pH值的評價等級為較弱,含水率的差異比較大,分別為弱或強(qiáng),含鹽量為弱或較弱等級,氧化還原電位為較弱或較強(qiáng)等級,直流雜散電流的評價等級為較弱。一般來說,在相同的條件下,土壤電阻率、直流雜散電流、氧化還原電位、土壤含水率對土壤的腐蝕性起主導(dǎo)作用,面土壤的含鹽量、pH值對土壤的腐蝕性相對影響較小。在評價過程中,優(yōu)先考慮決定性因素。綜合表4的評價結(jié)果,圖1示出了二高壓線中所開挖5個坑土壤腐蝕性的評價結(jié)果。此地區(qū)土壤基本屬于中等腐蝕性土壤,但應(yīng)考慮土壤含水率和微生物腐蝕對管道的影響。
3.3?管體的腐蝕狀況與評價
3.3.1?按照管道壁厚的安全評價
????開挖探抗后,去除管體的防腐層,管體表面并沒觀察到明顯的腐蝕坑。表5給出了001和003號坑對應(yīng)管頂、管底及“4”、“8”點(diǎn)鐘的位置測量管線的剩余壁厚的結(jié)果。從表5可以看出,管線的壁厚存在一定的不均勻性,其中003號坑最大壁厚與最小壁厚的差值接近平均壁厚的20%。然面管體外表面沒有觀察到明顯的點(diǎn)蝕存在,這表明管道內(nèi)壁可能存在腐蝕。這是由于管道服役時間長,有運(yùn)行腐蝕性較強(qiáng)的煤氣的服役記錄。管體腐蝕相對深度可以由式(1)來計算:
A=?d/t*100%(1)
????式中:A為管體腐蝕相對深度;d為管體腐蝕深度(最大壁厚一最小壁厚);t為管體原始壁厚。

????表6為5個坑的管體腐蝕相對深度,其數(shù)值在6%?~16%范圍內(nèi),根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Y/T6151—1995可知。幾處管道發(fā)生腐蝕的程度并不嚴(yán)重。能夠維持正常運(yùn)行?6。但從管壁的厚度來看,根據(jù)GB50251-2003部分輸氣管道最小壁厚的規(guī)定值,如表7所示,把表5中測量數(shù)據(jù)與表7數(shù)據(jù)對比可以看出,003號探坑管道剩余的最小壁厚小于國標(biāo)規(guī)定的最小壁厚,不符合最小壁厚要求,其他管段剩余壁厚符合國標(biāo)要求,可以安全運(yùn)行。

3.3.2?按照管道承壓能力計算安全評價結(jié)果
????由于檢測過程中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的蝕坑、腐蝕裂紋的存在,管道的設(shè)計壓力計算公式可以根據(jù)式(2)來計算,在評價中可以將其計算結(jié)果看作管道的最大安全操作壓力。其計算公式為
P=σsFt/D?(2)
????式中:P為設(shè)計壓力,MPa;F為安全運(yùn)行系數(shù),具體數(shù)值見表8;?為管道材料的最小屈服強(qiáng)度,MPa;D為管道外徑,mm;t為管道設(shè)計壁厚,mm.

????表9列出了城市管道系統(tǒng)常用輸氣管道材料的最小屈服強(qiáng)度。在不清楚管道所用鋼號的情況下,為保守起見,取最小的屈服強(qiáng)度計算,此處將管道的設(shè)計壁厚也取為測量最小壁厚值。另外考慮到城市人口密集,取地區(qū)類型為四類,則安全系數(shù)F取0.4。

????對于二高壓線的DN500管道,為了計算管道所能承受的最大安全操作壓力,取最小壁厚計算(003坑),其參數(shù)取值為t=5.4?mm;F=0.4:D?=500?mm;σs=206?MPa,根據(jù)式(2)計算出該管道可用的最大安全操作壓力為1.78?MPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高壓管線目前的最高運(yùn)行壓力0.8?MPa,可以得出管道承受內(nèi)壓是安全的。
????綜合以上的安全評價可以得出以下結(jié)果:二高壓地區(qū)的高壓管道,部分管體已遭到破壞,
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