高輝1 董斌2 李志楠3

1.河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院；2.中國(guó)航空油料有限責(zé)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(yùn)行，依據(jù)壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則，于2017年首次進(jìn)行管道定期檢驗(yàn)和合于使用評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)除缺失三樁一牌、占?jí)骸⒎栏瘜悠茡p等常規(guī)問題外，應(yīng)監(jiān)管部門要求還需開展雜散電流專項(xiàng)評(píng)估、體育大街路段的穩(wěn)定性校核。委托專業(yè)單位進(jìn)行了穩(wěn)定性校核，在石家莊地鐵2號(hào)線開通后進(jìn)行了雜散電流專項(xiàng)評(píng)估。2022年再次定期檢驗(yàn)結(jié)果表明，管道升壓后可以安全穩(wěn)定運(yùn)行，建議有條件時(shí)輸氣管道改線或熱電廠搬遷。

關(guān)鍵詞：燃?xì)夤艿溃簧龎哼\(yùn)行；定期檢驗(yàn)；安全評(píng)價(jià)

石家莊熱電天然氣輸氣管道由華北石油勘察設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)、中國(guó)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(chǎng)和3座閥室。該管道輸氣規(guī)模為13×108 m3/a，設(shè)計(jì)壓力為4.0 MPa，管道規(guī)格為610 mm×7.1/9.5/11.9 mm，采用螺旋縫埋弧焊鋼管，全長(zhǎng)28.1 km，其中郊區(qū)近22 km，市區(qū)約6 km，全線采用三層PE加強(qiáng)級(jí)防腐，管道設(shè)計(jì)為GB1級(jí)，全線設(shè)陰極保護(hù)站1座，建在鹿泉門站內(nèi)，郊區(qū)管道陰保方式為強(qiáng)制電流，市區(qū)為犧牲陽極。

隨著石家莊熱電廠用氣量持續(xù)增加，需要通過提升管道壓力等級(jí)增加輸氣量。市區(qū)約2 km管道在體育大街直埋敷設(shè)，此處人員密集，車輛較多，存在一定安全隱患。根據(jù)TSG D 7003―2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則 長(zhǎng)輸（油氣）管道》第五條規(guī)定：“運(yùn)行工況顯著改變導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)提高，應(yīng)立即進(jìn)行全面檢驗(yàn)”。按照《河北省特種設(shè)備安全監(jiān)察規(guī)定》程序，河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院（以下簡(jiǎn)稱河北特檢院）對(duì)該管道進(jìn)行定期檢驗(yàn)和合于使用評(píng)價(jià)，并于2022年對(duì)重點(diǎn)部位再次進(jìn)行檢測(cè)。

1  歷次定期檢驗(yàn)結(jié)果

（1）宏觀檢查。2017年宏觀檢查發(fā)現(xiàn)管道沿線人員、車輛活動(dòng)頻繁，有直接占?jí)?處，部分“三樁一牌”缺少和偏移。2022年宏觀檢查發(fā)現(xiàn)管道周圍人員活動(dòng)依舊頻繁，但大部分占?jí)阂亚謇聿鸪�，占�(jí)簢?yán)重的西湖一品小區(qū)（現(xiàn)稱龍溪東苑）管段正在規(guī)劃新路由準(zhǔn)備改線，管道標(biāo)識(shí)已補(bǔ)充完善。宏觀檢查結(jié)果如表 1所示。

表 1 燃?xì)夤艿纼纱魏暧^檢查情況對(duì)比

（2）土壤電阻率檢測(cè)。根據(jù)GB/T 19285―2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》，2017年共檢測(cè)9處土壤電阻率，其中2處土壤腐蝕性等級(jí)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(cè)結(jié)果與此差異不大。

（3）雜散電流干擾檢測(cè)。地鐵開通前檢測(cè)，2017年，鑒于當(dāng)時(shí)石家莊市區(qū)地鐵2號(hào)線即將開通，監(jiān)管部門要求對(duì)市區(qū)地段管線進(jìn)行雜散電流干擾全面評(píng)估，必要時(shí)安裝排流裝置。根據(jù)GB 19285―2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》第4.3.4條，采用電位波動(dòng)法檢測(cè)9處雜散電流波動(dòng)情況，7處雜散電流干擾等級(jí)為強(qiáng)，部分結(jié)果如圖 1所示。

圖 1 2017年市區(qū)管道雜散電流干擾檢測(cè)情況

地鐵開通后檢測(cè)，2020年9月再次開展雜散電流干擾測(cè)試， 測(cè)量參數(shù)包括：自然電位、通電電位、斷電電位、交流電壓。全線測(cè)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(cè)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(huán)境中，管道電位宜負(fù)于﹣750 mV（CSE）標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 21448―2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》第4.3.1.5條）要求，達(dá)到有效保護(hù)。

圖 2 全線管道測(cè)試樁處管道斷電電位及自然電位分布圖

結(jié)合2017年定期檢驗(yàn)結(jié)果，重點(diǎn)選取10處受雜散電流干擾影響較大的位置進(jìn)行24小時(shí)通、斷電電位檢測(cè)，典型結(jié)果如圖 3所示。

圖 3 4處測(cè)試樁24小時(shí)通、斷電電位檢測(cè)結(jié)果

從圖 3可知，4個(gè)位置的通電電位均受到一定程度的直流干擾，測(cè)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(dòng)。

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(dòng)，這是因?yàn)闄z測(cè)期間自身陰保不合格所致。2020年電位專項(xiàng)測(cè)試過程中，因陰保站恒電位儀運(yùn)行異常，部分測(cè)試樁斷電電位無法滿足陰保準(zhǔn)則要求，經(jīng)增大恒電位儀輸出，并配合犧牲陽極保護(hù)，之后監(jiān)測(cè)斷電電位一直負(fù)于﹣850 mV，滿足陰極保護(hù)要求。

（4）其他檢測(cè)結(jié)果。外防腐層檢測(cè)，2017年共發(fā)現(xiàn)疑似防腐層破損點(diǎn)8處（圖 4），已開挖修復(fù)。2022年外防腐層檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)破損點(diǎn)。陰極保護(hù)檢測(cè)，2017年定期檢驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)石家莊北二環(huán)附近管道由于離鹿泉陰保站的強(qiáng)制電流越來越遠(yuǎn)，其通電電位和斷電電位均達(dá)不到要求。后期經(jīng)調(diào)整恒電位儀輸出并在市區(qū)管段安裝犧牲陽極后，2022年再次檢驗(yàn)其斷電電位均負(fù)于﹣0.850 V，達(dá)到陰極保護(hù)要求（表 2）。

圖 4 2017年管道防腐層檢測(cè)結(jié)果示例

表 2 兩次定期檢驗(yàn)測(cè)試電位數(shù)據(jù)對(duì)比

2017年合于使用評(píng)價(jià)中，根據(jù)GB/T 30582―2014《基于風(fēng)險(xiǎn)的埋地鋼質(zhì)管道外損傷檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)》進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)管道缺陷點(diǎn)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(jié)論為管道符合升高輸送壓力條件。

2022年重點(diǎn)路段檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)疑似缺陷點(diǎn)，保守考慮，延用2017年剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果，最大允許操作壓力6.41 MPa，目前運(yùn)行壓力滿足輸送要求。

2  徑向穩(wěn)定性校核

由于市區(qū)管段在二環(huán)內(nèi)體育大街直埋敷設(shè)，管道存在沉降壓裂和斷裂風(fēng)險(xiǎn)，由中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司開展管道穩(wěn)定性校核，河北省特檢院在此基礎(chǔ)上進(jìn)行驗(yàn)算和修正。

依據(jù)GB 50251―2014《輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范》，當(dāng)管道埋設(shè)較深或外載荷較大時(shí)，按無內(nèi)壓狀態(tài)驗(yàn)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(yàn)算公式見式（1）（2），計(jì)算結(jié)果如表 3所示。

其中，W=γ×D×H+行駛車輛動(dòng)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(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，2.8 N/m2；W為作用在單位管長(zhǎng)上的總豎向載荷，N/m（參考JTG D60―2015《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)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(wěn)定性校核計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)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(dòng)載荷為25 t（三軸），滿足徑向穩(wěn)定性校核要求。

3  結(jié)論

（1）壓力管道定期檢驗(yàn)可有效保障管道安全運(yùn)行。通過提升管道壓力等級(jí)增加輸氣量，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行壓力管道定期檢驗(yàn)，必要時(shí)進(jìn)行壓力試驗(yàn)，有條件時(shí)開展專家論證。開展市區(qū)管道全面檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)著重進(jìn)行管線踏勘、管道宏觀檢查（重工業(yè)區(qū)占?jí)�、重型車輛運(yùn)行頻繁處）等，使檢驗(yàn)方案具有針對(duì)性。

（2）規(guī)劃管道路由時(shí)應(yīng)全面統(tǒng)籌，避免敷設(shè)交通樞紐路面下方，地鐵相鄰敷設(shè)區(qū)應(yīng)考慮排流設(shè)施等。

（3）按國(guó)家規(guī)范要求做好年度檢查工作，定期檢測(cè)/監(jiān)測(cè)有明顯雜散電流源的管道斷電電位數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)試陰極保護(hù)系統(tǒng)，配合安裝犧牲陽極使管道處于良好保護(hù)狀態(tài)。

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

作者簡(jiǎn)介：高輝，就職于河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院壓力管道部，從事壓力管道定期檢驗(yàn)研究15年，聯(lián)系方式：18032188165，21189135@qq.com。