高輝1 董斌2 李志楠3

1.河北省特種設備監督檢驗研究院；2.中國航空油料有限責任公司河北分公司；3.湖北眾深科技有限公司

摘要：為保證熱電廠輸氣管道在升壓后安全運行，依據壓力管道定期檢驗規則，于2017年首次進行管道定期檢驗和合于使用評價，結果發現除缺失三樁一牌、占壓、防腐層破損等常規問題外，應監管部門要求還需開展雜散電流專項評估、體育大街路段的穩定性校核。委托專業單位進行了穩定性校核，在石家莊地鐵2號線開通后進行了雜散電流專項評估。2022年再次定期檢驗結果表明，管道升壓后可以安全穩定運行，建議有條件時輸氣管道改線或熱電廠搬遷。

關鍵詞：燃氣管道；升壓運行；定期檢驗；安全評價

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，于2006年11月投用，包括1條干線、2座站場和3座閥室。該管道輸氣規模為13×108 m3/a，設計壓力為4.0 MPa，管道規格為610 mm×7.1/9.5/11.9 mm，采用螺旋縫埋弧焊鋼管，全長28.1 km，其中郊區近22 km，市區約6 km，全線采用三層PE加強級防腐，管道設計為GB1級，全線設陰極保護站1座，建在鹿泉門站內，郊區管道陰保方式為強制電流，市區為犧牲陽極。

隨著石家莊熱電廠用氣量持續增加，需要通過提升管道壓力等級增加輸氣量。市區約2 km管道在體育大街直埋敷設，此處人員密集，車輛較多，存在一定安全隱患。根據TSG D 7003―2010《壓力管道定期檢驗規則 長輸（油氣）管道》第五條規定：“運行工況顯著改變導致風險提高，應立即進行全面檢驗”。按照《河北省特種設備安全監察規定》程序，河北省特種設備監督檢驗研究院（以下簡稱河北特檢院）對該管道進行定期檢驗和合于使用評價，并于2022年對重點部位再次進行檢測。

1  歷次定期檢驗結果

（1）宏觀檢查。2017年宏觀檢查發現管道沿線人員、車輛活動頻繁，有直接占壓9處，部分“三樁一牌”缺少和偏移。2022年宏觀檢查發現管道周圍人員活動依舊頻繁，但大部分占壓已清理拆除，占壓嚴重的西湖一品小區（現稱龍溪東苑）管段正在規劃新路由準備改線，管道標識已補充完善。宏觀檢查結果如表 1所示。

表 1 燃氣管道兩次宏觀檢查情況對比

（2）土壤電阻率檢測。根據GB/T 19285―2014《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》，2017年共檢測9處土壤電阻率，其中2處土壤腐蝕性等級為中（44.6Ω.m和22.7Ω.m） ；7處為弱（83.3 Ω.m ～166.1 Ω.m），土壤腐蝕性總體為弱。2022年檢測結果與此差異不大。

（3）雜散電流干擾檢測。地鐵開通前檢測，2017年，鑒于當時石家莊市區地鐵2號線即將開通，監管部門要求對市區地段管線進行雜散電流干擾全面評估，必要時安裝排流裝置。根據GB 19285―2014《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》第4.3.4條，采用電位波動法檢測9處雜散電流波動情況，7處雜散電流干擾等級為強，部分結果如圖 1所示。

圖 1 2017年市區管道雜散電流干擾檢測情況

地鐵開通后檢測，2020年9月再次開展雜散電流干擾測試， 測量參數包括：自然電位、通電電位、斷電電位、交流電壓。全線測試樁處管道斷電電位及自然電位分布如圖 2所示。從圖 2可以看出，L073測試樁處斷電電位正于﹣850 mV（CSE），但此處滿足土壤電阻率在100 Ω·m至1000 Ω·m環境中，管道電位宜負于﹣750 mV（CSE）標準（GB/T 21448―2017《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》第4.3.1.5條）要求，達到有效保護。

圖 2 全線管道測試樁處管道斷電電位及自然電位分布圖

結合2017年定期檢驗結果，重點選取10處受雜散電流干擾影響較大的位置進行24小時通、斷電電位檢測，典型結果如圖 3所示。

圖 3 4處測試樁24小時通、斷電電位檢測結果

從圖 3可知，4個位置的通電電位均受到一定程度的直流干擾，測試樁L073、L077、L107、L115通電電位分別在﹣1200 mV～﹣1700 mV、﹣1200 mV～﹣2000 mV、﹣600 mV～﹣1800 mV、﹣1320 mV～﹣1460 mV波動。

L073、L077和L115樁的斷電電位基本不受直流干擾影響，L107樁斷電電位在﹣800 mV左右波動，這是因為檢測期間自身陰保不合格所致。2020年電位專項測試過程中，因陰保站恒電位儀運行異常，部分測試樁斷電電位無法滿足陰保準則要求，經增大恒電位儀輸出，并配合犧牲陽極保護，之后監測斷電電位一直負于﹣850 mV，滿足陰極保護要求。

（4）其他檢測結果。外防腐層檢測，2017年共發現疑似防腐層破損點8處（圖 4），已開挖修復。2022年外防腐層檢測未發現破損點。陰極保護檢測，2017年定期檢驗中，發現石家莊北二環附近管道由于離鹿泉陰保站的強制電流越來越遠，其通電電位和斷電電位均達不到要求。后期經調整恒電位儀輸出并在市區管段安裝犧牲陽極后，2022年再次檢驗其斷電電位均負于﹣0.850 V，達到陰極保護要求（表 2）。

圖 4 2017年管道防腐層檢測結果示例

表 2 兩次定期檢驗測試電位數據對比

2017年合于使用評價中，根據GB/T 30582―2014《基于風險的埋地鋼質管道外損傷檢驗與評價》進行剩余強度評價，發現管道缺陷點最大允許操作壓力（MAWP）為6.41 MPa，局部金屬損失缺陷可接受。初步結論為管道符合升高輸送壓力條件。

2022年重點路段檢測未發現疑似缺陷點，保守考慮，延用2017年剩余強度評價結果，最大允許操作壓力6.41 MPa，目前運行壓力滿足輸送要求。

2  徑向穩定性校核

由于市區管段在二環內體育大街直埋敷設，管道存在沉降壓裂和斷裂風險，由中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司開展管道穩定性校核，河北省特檢院在此基礎上進行驗算和修正。

依據GB 50251―2014《輸氣管道設計規范》，當管道埋設較深或外載荷較大時，按無內壓狀態驗算管道在外力作用下的變形量，要求最大變形量Δx≤0.03 D， 驗算公式見式（1）（2），計算結果如表 3所示。

其中，W=γ×D×H+行駛車輛動載荷；Δx 為鋼管水平方向最大變形量，m；D為鋼管外徑，610 mm；Dm為鋼管平均直徑，m；Z為管變形滯后系數，取1.5；K為基床系數，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，2.8 N/m2；W為作用在單位管長上的總豎向載荷，N/m（參考JTG D60―2015《公路橋涵設計通用規范》）；γ為土壤容重，MN/m3，取0.017；H為管頂回填土高度，m。

表 3 管道穩定性校核計算結果

由計算結果可以得出，直埋于體育大街下的4處管頂埋深分別為2.54 m、3.44 m、3.20 m、3.03 m，體育大街公路通行車輛的單軸最大動載荷為25 t（三軸），滿足徑向穩定性校核要求。

3  結論

（1）壓力管道定期檢驗可有效保障管道安全運行。通過提升管道壓力等級增加輸氣量，應及時進行壓力管道定期檢驗，必要時進行壓力試驗，有條件時開展專家論證。開展市區管道全面檢驗時，應著重進行管線踏勘、管道宏觀檢查（重工業區占壓、重型車輛運行頻繁處）等，使檢驗方案具有針對性。

（2）規劃管道路由時應全面統籌，避免敷設交通樞紐路面下方，地鐵相鄰敷設區應考慮排流設施等。

（3）按國家規范要求做好年度檢查工作，定期檢測/監測有明顯雜散電流源的管道斷電電位數據，動態調試陰極保護系統，配合安裝犧牲陽極使管道處于良好保護狀態。

（4）嘗試考慮多部門聯合管理，比如控制體育大街車速，減少沖擊系數，可降低管道總豎向和徑向載荷，有條件時考慮熱電廠搬遷或市區管道改線、增加壁厚等，共同保障管道安全運行。

作者簡介：高輝，就職于河北省特種設備監督檢驗研究院壓力管道部，從事壓力管道定期檢驗研究15年，聯系方式：18032188165，21189135@qq.com。