摘　要：提出燃气管网潜能评估的概念，探讨了燃气管网潜能评估的必要性、理论、内容、使用的仪器和依据的规范。

关键词：燃气管网  潜能评估  管体  防腐层  阴极保护  土壤腐蚀性

Discussion on Gas Pipe Network Potential Evaluation Techniques

Abstract：The concept of gas pipe network potential evaluation is put forward．The necessity，theoty and content of gas pipe network potential evaluation，the used instruments and code are discussed．

Key words：gas pipe network；potential evaluation；pipe body；anticorrosive coating；cathodic protection；soil corrosivity

1　燃气管网潜能评估概念的提出

中国经济快速发展对燃气的需求量越来越大，多城市即将或已经面临现有燃气设施输气能力无法满足未来发展的问题。与此同时，越来越多的燃气管道已经或将要达到设计使用年限，形成了日益增长的燃气需求与管道将逐步达到设计使用年限的矛盾。

①运行压力对输气能力的限制

根据《2010年中国能源发展报告》，预计未来10余年，中国天然气需求将呈爆炸式增长，但在地下设施密布的城市里，通过寻找新的燃气管道位置，敷大管径、高压力级制燃气管道来提高管网输气能力是一件很难的事，而且可以预见会变得越来越艰难。因此，很有必要判断对于符合一定条件的管道(如路由合理且低于设计压力运行的管道)，能否在设计压力范围内提升运行压力，以及可以提升多少运行压力来增加管道的输送能力，即判断燃气管网输气的潜在能力是多大。

②管网逐步达到了设计使用年限

除了少数几个建国前就存在燃气管网的城市外，城市燃气管网的建设基本与改革开放同步，建设于20世纪70年代末和80年代初。根据GB50494—2009《城镇燃气技术规范》，燃气管道设计使用年限一般为30年。由此可以推算，部分燃气管道已经达到或者即将达到设计使用年限。对于燃气企业来说，如何对待达到设计使用年限的管道是一个棘手的问题，需要确定这类管道能否继续使用以及还能继续使用多久，即判断燃气管网使用年限的潜在能力是多大。

笔者将这类燃气管网潜在能力(输气潜在能力、使用年限潜在能力)确定的过程称为燃气管网潜能评估(Gas Pipeline Potential Evaluation，GPPE)。

2　燃气管网潜能评估的必要性

对于以上情况的燃气管网，除燃气企业面临供气困难外，政府对燃气设施的安全运行也提出了相应的要求。

TSG D7002—2008《公用管道定期检验规则——燃气管道》规定，运行工况发生显著改变从而导致运行风险提高的管道，应当立即进行检验。

GB 50494—2009《城镇燃气技术规范》第3．1．5条规定，在设计使用年限内，城镇燃气设施应保证在正常使用条件下的可靠运行。当达到设计使用年限时或遭遇重大灾害后，应对其进行评估。其目的主要是保障供气系统的安全性，评估后再确定是应该继续使用、改造还是更换，如继续使用应制定相应的安全保证措施。

由此可见，对燃气管道的输气潜能、使用年限潜能进行评估，不仅是燃气企业的需求，也是政府的要求。因此，对燃气管网进行潜能评估是十分必要的。

3　燃气管网潜能评估

3.1　燃气管网潜能评估理论

关于燃气管网的潜能评估，目前国内外均没有相应的规范。笔者根据国内外相关规范、燃气行业特点、实践经验、科学的统计方法，以系统安全工程^[1]为基本理论，结合断裂力学分析等理论进行研究，得出燃气管网潜能评估的内容、采用的仪器及依据的规范。

3.2　燃气管网潜能评估内容、仪器及规范

以钢质燃气管道为例，按照系统分析法将燃气管道潜能评估归纳为4部分评估，即管道本体、管道防腐层和阴极保护系统、管道附属设施、管道与周围环境。

①管道本体

a．管道化学组成

钢这种材质是管道腐蚀的内因，如钢的化学组分中非金属含量过高会影响管道性能。如S、P含量过高易发生腐蚀，C、Si含量过高易造成脆性开裂。分析当前管道的化学组成，与原有材质单进行对比，进而判断管道在敷设环境下化学组成是否发生了变化。管道的化学组成可采用真空直读光谱仪进行检测，依据的规范为GB／T 4336—2002《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法)》、GB／T 700—2006《碳素结构钢》等。

b．管道力学性能

对运行10年以上的燃气管道进行检测时，应对管道母材及焊接部位的力学性能进行检测。对截断的管道进行力学性能检测，检测焊缝抗拉强度是否大于母材抗拉强度，检测母材屈服强度是否大于材质单上的屈服强度来判断管道的力学性能。可采用液压试验机检测，依据的规范为GB／T 228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》、GB／T 232—1999《金属材料弯曲试验方法》等。

c．管道剩余有效壁厚

管道剩余有效壁厚是影响管道输气能力和剩余使用年限的重要参数。可采用超声波测厚仪、金相软件分析系统检测，依据的规范为SY／T 6151—2009《钢质管道管体腐蚀损伤评价方法》、GB／T13298—1991《金属昆微组织检验方法》、GB／T13299—1991《钢的显微组织评定方法》、GB／T224—2008{钢的脱碳层深度测定法》。

剩余壁厚可首先用超声波测厚仪进行初步测量，并观察管体是否有腐蚀产物。例如对怀疑有厌氧腐蚀的管道，如果厌氧细菌出现并且是活性的，管道表面会附着一层黑色的硫化铁，这种沉积物只会附着在防腐层缺陷处。若黑色物质是硫化铁，用稀盐酸溶液处理就会释放硫化氢气体，可以通过其特有的臭鸡蛋气味加以鉴别。在初步测量剩余壁厚后，对截断的管道内、外表面进行金相显微分析。管道的剩余有效壁厚为剩余壁厚减去内、外表面脱碳层组织发生变化部分的壁厚。

②管道防腐层和阴极保护系统

a．防腐层

管道防腐层的检测分为无损检测和开挖探坑检测^[2-3]。

防腐层无损检测是通过管道上方地面进行检测。国内外埋地金属管道外防腐层无损检测技术方法很多，就其信号源可归纳为直流法和交流法两种。可采用防腐层检测仪检测防腐层，依据的规范为CJJ 95—2003《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》。

开挖探坑检测是NACE RP0502—2002《Pipeline External Corrosion Direct Assessment Methodology》(中文译名为《管道外腐蚀直接评价方法》)中规定的直接检测方法，较间接检测法更加直观、准确。可采用电火花检漏仪、防腐层磁性测厚仪检测防腐层，依据的规范为SY／T 0063—1999《管道防腐层检漏试验方法》、SY／T 0447—96《埋地钢质管道环氧煤沥青防腐层技术标准》，以及其他防腐层标准。

防腐层开挖探坑检测内容包括：防腐层是否发生龟裂、破损、剥离、失去光泽，有无明显腐蚀和防腐层老化迹象；用防腐层磁性测厚仪在管道上、下、左、右4个点测量防腐层的厚度，判断防腐层等级；防腐涂层连续完整性用电火花检漏仪进行检测，以不打火花为合格。

b．阴极保护系统

阴极保护是实施埋地管道腐蚀控制的常规方法，它是使金属表面成为电化学电池的阴极而达到减小其腐蚀速率甚至消除腐蚀现象的一项技术。阴极保护有两种方式：强制电流法和牺牲阳极法^[4-5]。强制电流法是通过阴极保护电源和埋地辅助阳极地床将电流施加到被保护管道上。牺牲阳极法是利用比铁活性更强的金属(如锌、镁)与管道钢的电偶效应提供阴极保护所需要的电流。

在日常管道运行管理中，检测阴极保护系统运行状况的常规方法是用万用表测量管地电位。由于IR降的影响以及测试桩位置的局限，在实际检测中需要检测整条管道的断电电位，可使用密间距电位检测仪CIPS进行检测。这种方法不但可以检测管道任意位置上的保护电位，不受测试桩位置的局限。而且可以有效地消除IR降的影响。

应用PCM检测仪进行阴极保护系统的故障查找和定位效果相当好。PCM检测仪不但可以准确地找出管道因与其他金属搭接造成保护电流流失的位置、连接处绝缘失效等故障，还可以通过它特有的近直流信号，模拟管道上直流保护电流的分布状态。

③管道附属设施

对管道附属设施(如阀门、凝水缸等)中的代表、特殊部位的性能状况进行抽查检测。应检查阀门是否存在泄漏、损坏、关闭不严等问题；阀门井是否存在积水、塌陷、有妨碍阀门操作的堆积物等；凝水缸的护罩、排水装置是否存在泄漏、腐蚀和堵塞，是否存在妨碍排水作业的堆积物。依据的规范为CJJ 51—2006《城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程》、CJ／T 3055—95《燃气阀门的试验与检验》等。

④管道与周围环境

a．土壤腐蚀性

管道运行年限较长，地面环境等许多因素会发生变化，其中土壤的腐蚀性调查非常必要^[6-7]。土壤腐蚀性的经典评价方法有失重法和最大孔蚀深度法，这两种方法科学准确，但要通过埋设试片等待其自然腐蚀，等待的时间较长。受工期和经费等因素的制约，这两种方法在实际工程中不大可能使用。在实际工程中往往依据历史资料结合当前管道状况，对土壤腐蚀性的主要影响因素使用仪器进行测量。测量土壤电阻率、含水率和酸碱度是常规的土壤腐蚀性检测评价方法。

土壤电阻率是表征土壤导电性能的指标，是判断土壤腐蚀性的基本参数。可采用四极法的土壤电阻率测试仪，沿管道布点进行测量。也可采用电磁测量仪沿整条管道路由进行测量。

土壤含水率是反映土壤腐蚀性的另一指标。土壤腐蚀性随着湿度增加而增强，湿度达到某一临界值后，若再进一步增加，腐蚀性反而会减弱。

pH值代表了土壤的酸碱度，可以使用pH值测量仪或专用试纸进行测定。缺乏碱金属、碱土金属而大量吸附H⁺的pH值小于5的酸性土壤通常被认为是腐蚀性土壤。

b．杂散电流

大地中杂散电流对管道的干扰会造成管道局部腐蚀严重。杂散电流干扰可分为直流干扰和交流干扰。直流杂散电流主要是由电气化铁路、直流电机、电解和电镀等直流电气设备接地等引起。尽管交流杂散电流对金属阳极也有加速溶解的作用，但对管体的腐蚀危害相对较小。杂散电流的空间分布和来源复杂，流动方向和强度变化多样，又依此可将其分为静态和动态两种。第三方管道的外加电流保护系统设置不合理可能形成直流电流干扰，这种干扰形态稳定，属于静态干扰；电力机车给管道造成的电流干扰会随着机车的运行而变化，属于动态干扰。传统的检测设备及检测方法较陈旧，不能对动态杂散电流进行有效测量。

杂散电流测绘仪能够准确测定影响管道的杂散电流干扰位置、危害程度，还能够检测出杂散电流在管道上的分布状况，检测出受杂散电流影响的管段，还可配合PCM检测仪精确确定出杂散电流的流入点和流出点，是检测管道上是否存在动态杂散电流的一个有效方法。

c．占压

占压燃气管道是指在燃气管道上方修建建筑物和构筑物、堆放物品等。其危害性主要有两方面：一是影响安全检查。如果建筑物等占压了燃气管道等设施，会给正常的燃气安全检查带来困难，造成安全隐患不易被发现和排查，一旦出现险情，也不能及时进行抢修，进而危及公共安全。二是容易造成地基不规则沉降而损伤管道。在建筑物等的重压下，地面不均匀沉降会对被占压管道产生作用力，使燃气管道变形、受损、断裂。如果发生泄漏，泄漏的燃气积聚，很容易形成爆炸，造成人身伤害和财产损失。

d．安全间距

地下燃气管道与建筑物、构筑物或相邻管道之间的水平净距、垂直净距应符合GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》中表6．3．3—1、表6．3．3—2的规定。

4　结语

燃气管网潜能评估能使管理者在确保系统安全性、可靠性、稳定性的前提下，充分、有效地利用有限的资源，能更好地实现资源节约型社会。

参考文献：

[1]陈喜山．系统安全工程学[M]．北京：中国建材工业出版社，2006：2-3．

[2]孙彦磊．燃气管网防腐检测方法[J]．煤气与热力，2007，27(8)：57-59．

[3]肖炜，邝月芳．埋地钢质天然气管道腐蚀控制检测与对策[J]．煤气与热力，2010，30(8)：A34-A40．

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[6]张扬，李帆，管延文．埋地燃气钢管土壤腐蚀性模糊综合评价[J]．煤气与热力，2006，26(4)：12-14．

[7]张秀莲，李季，余冬良．土壤对埋地管道腐蚀性的调查与分析[J]．煤气与热力，2010，30(3)：A38-A42．

本文作者：马冬莲  王湘宁  冯俊涵  宋海宁

作者单位：中交煤气热力研究设计院有限公司

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