摘 要：介紹管道完整性管理的工作內(nèi)容和流程，結(jié)合杭州市燃?xì)夤艿劳暾怨芾憩F(xiàn)狀和存在的問題，對(duì)埋地燃?xì)怃撡|(zhì)管道腐蝕與防護(hù)的完整性管理進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞：燃?xì)夤艿溃?nbsp;鋼質(zhì)管道； 腐蝕； 防護(hù)； 完整性管理； 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
Integrity Management for Corrosion and Protection of Buried Gas Steel Pipelines in Hangzhou City
Abstract：The work content and process of pipeline integrity management are introduced．Combined with the present situation and the existing problems of gas pipeline integrity management in Hangzhou City，the integrity management for corrosion and protection of buried gas steel pipelines is discussed．
Keywords：gas pipeline；steel pipeline；corrosion；protection；integrity management；risk assessment
1 管道完整性管理的工作內(nèi)容和流程
加強(qiáng)對(duì)城市燃?xì)獍踩墓芾?，防范事故于未然，是燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)管理者的首要任務(wù)[1-2]。目前，國內(nèi)外許多文獻(xiàn)都從不同側(cè)面對(duì)管道的完整性進(jìn)行了概述，但對(duì)管道完整性定義還沒有達(dá)成一致?？傮w而言，管道完整性是指管道在物理上和功能上完整，始終處于安全可靠的受控狀態(tài)，管理人員不斷采取措施防止管道事故的發(fā)生[3]。由此可見，管道完整性是一個(gè)與時(shí)俱進(jìn)的持續(xù)過程。燃?xì)怃摴芡暾怨芾聿粌H是對(duì)管道本體管理，還綜合考慮影響燃?xì)夤艿劳暾缘乃幸蛩?，采取一體化管理模式[4]，其工作內(nèi)容包括：①擬定工作計(jì)劃，編制工作所依據(jù)的體系文件并規(guī)定相應(yīng)的工作流程。②采集燃?xì)夤艿郎芷趦?nèi)的數(shù)據(jù)，建立文檔管理系統(tǒng)。③根據(jù)相關(guān)信息進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，使運(yùn)營者能夠全面了解管道發(fā)生事故的可能性及事故后果，從而制定預(yù)防減緩和應(yīng)急搶險(xiǎn)措施。④按照擬定的工作訓(xùn)+劃，周期性對(duì)管道進(jìn)行完整性檢測(cè)與評(píng)價(jià)，掌握燃?xì)夤艿赖谋倔w狀況和薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)可能發(fā)生事故的部位和原因進(jìn)行分析、監(jiān)測(cè)和控制。⑤采取修復(fù)或減輕失效威脅的措施等。因此必須持續(xù)不斷地對(duì)管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析、檢測(cè)、維修等完整性管理工作，管道完整性管理的流程見圖1。
由圖1可以看出，在管道完整性管理的過程中，“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)”和“完整性檢測(cè)評(píng)價(jià)”是整個(gè)流程中的核心，而“采取維修、調(diào)整、預(yù)防措施”是關(guān)鍵內(nèi)容。
2 杭州燃?xì)夤艿劳暾怨芾憩F(xiàn)狀與問題
杭州市現(xiàn)有埋地燃?xì)夤艿?558.4km，其中中壓A鋼管779.743km，中壓B鋼管305.531km，低壓鋼管約500km，綜合測(cè)試樁2021個(gè)，電位測(cè)試樁626個(gè)，投運(yùn)10年以上的中壓鋼管182.438km，低壓鋼管約為420km，投運(yùn)10年以內(nèi)的中壓鋼管為902.836km，低壓鋼管約80km。杭州市大量燃?xì)夤艿赖牟粩嘟ǔ珊瓦\(yùn)行時(shí)間的延長，給管網(wǎng)安全運(yùn)行帶來了一定難度。
近幾年，隨著杭州燃?xì)夤艿劳暾怨芾淼闹鸩酵七M(jìn)，杭州市制定了各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，完成了管網(wǎng)建設(shè)數(shù)據(jù)采集，開發(fā)了數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，引入管道完整性管理咨詢機(jī)構(gòu)，以GIS為基礎(chǔ)建立了杭州燃?xì)夤芫W(wǎng)信息系統(tǒng)等。但在某些方面尤其是管道腐蝕與防護(hù)方面還存在以下問題：①管道防腐層質(zhì)量評(píng)價(jià)為“差”的鋼管，約占全部中壓鋼管的30％；②隨著防腐層的老化、破損，防腐層破損點(diǎn)逐年增加，因腐蝕引起的搶修次數(shù)呈逐年l二升的趨勢(shì)；③近3 000個(gè)測(cè)試樁長期以來缺少維護(hù)，致使測(cè)試樁的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)系統(tǒng)尚未建立；④在管道檢測(cè)和防腐層修復(fù)方面，還未建立全面的管理技術(shù)方案和標(biāo)準(zhǔn)。
3 杭州燃?xì)饴竦劁摴芨g與防護(hù)管理
3.1 建立埋地燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)
杭州市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司(以下簡稱杭燃公司)依托杭州燃?xì)夤芫W(wǎng)信息系統(tǒng)，開發(fā)了埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)(見圖2)。該系統(tǒng)以目前管道行業(yè)成熟的“穆氏評(píng)估原理”為原型，結(jié)合杭州燃?xì)夤芫W(wǎng)實(shí)際情況和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從實(shí)用、簡潔、靈活、高效出發(fā)，借助GIS技術(shù)空間化、圖形化的特點(diǎn)，提供一個(gè)安全?？?、操作簡便的埋地燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估平臺(tái)。它還成功地將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管網(wǎng)GIS高度集成，實(shí)現(xiàn)GIS管道屬性數(shù)據(jù)和風(fēng)險(xiǎn)分析數(shù)據(jù)相互調(diào)用，其內(nèi)容包含參數(shù)設(shè)置、評(píng)估指標(biāo)管理、街道及調(diào)查段信息管理、工程管理、風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)、評(píng)估管理、風(fēng)險(xiǎn)檢索和風(fēng)險(xiǎn)顯示預(yù)警及減緩措施、分析與報(bào)表等功能。該系統(tǒng)不僅收錄了新舊管網(wǎng)的防腐層數(shù)據(jù)，還包括管網(wǎng)所在的土壤腐蝕性、雜散電流、周圍環(huán)境情況及搶修數(shù)據(jù)等，能最大限度地準(zhǔn)確評(píng)估埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全狀況，預(yù)防事故的發(fā)生，及早識(shí)別危險(xiǎn)源，為用戶提供了更為直接的追蹤危險(xiǎn)管段的重要依據(jù)。
3.2 完善外防腐層完整性檢測(cè)體系
CJJ 95—2003《城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程》提出了“防腐層完整性”的概念，其第5．3．5條為強(qiáng)制性條文：“防腐管回填后必須對(duì)防腐層完整性進(jìn)行檢查”。GB／T 21448—2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》第9節(jié)也建議在陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行1年內(nèi)，宜進(jìn)行下列調(diào)查：防腐層檢漏、電流衰減測(cè)量、密間隔管地電位測(cè)量、直流電位梯度法檢測(cè)、管地電位缺陷定位測(cè)量、全線防腐層絕緣電阻率測(cè)試。
杭燃公司依托埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，2010年首次成立檢測(cè)班專職進(jìn)行埋地燃?xì)怃摴軝z測(cè)，制訂了《埋地鋼質(zhì)管道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了管網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集和管理工作，明確了管道沿線土壤腐蝕性檢測(cè)、土壤腐蝕電流密度檢測(cè)、管道沿線雜散電流干擾檢測(cè)、管道陰極保護(hù)狀況檢測(cè)、管道防腐層絕緣性能檢測(cè)及評(píng)估、管道防腐層缺陷檢測(cè)、管道埋深檢測(cè)等的檢測(cè)要求和檢測(cè)周期。截至2013年底，杭燃公司利用3年時(shí)間完成了兩個(gè)全覆蓋，即中低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)檢測(cè)范圍的全覆蓋和檢測(cè)內(nèi)容的全覆蓋。先后購置了C-SCAN埋地管線檢測(cè)系統(tǒng)和SL-5088PCM埋地管線外防腐層狀況綜合檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)(用于燃?xì)夤艿婪栏瘜泳C合質(zhì)量監(jiān)測(cè))、DCVG直流電壓梯度檢測(cè)儀、SL-2818(以及2098)埋地管道防腐層探測(cè)檢漏儀(用于燃?xì)夤艿婪栏瘜悠茡p點(diǎn)定位)以及UT71D智能型數(shù)字萬用表(用于燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)電位的檢測(cè))，檢測(cè)技術(shù)涵蓋交流電流衰減法、人體電容法及直流電位梯度法等，檢測(cè)內(nèi)容包含土壤腐蝕性、陰極保護(hù)電位、破損點(diǎn)、管線埋深及防腐層絕緣電阻率等。對(duì)于檢測(cè)環(huán)境惡劣、干擾因素眾多的埋地管網(wǎng)，多種檢測(cè)方法可相互補(bǔ)充。
CJJ 95—2003規(guī)定“處于干擾腐蝕地區(qū)的管道，應(yīng)采取防干擾的排流保護(hù)措施”。2013年伴隨著杭州市地鐵的到來，為研究杭州地鐵雜散電流對(duì)埋地燃?xì)怃摴艿挠绊?，杭燃公司引入了SCM雜散電流檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)地鐵開通前后沿線埋地燃?xì)怃摴苌系碾s散電流進(jìn)行了檢測(cè)，并出具了檢測(cè)報(bào)告，以便將來制定相應(yīng)的排流措施。此外杭燃公司還在地鐵沿線有代表性的站點(diǎn)附近安裝陰極保護(hù)電位遠(yuǎn)傳系統(tǒng)(見圖3)，實(shí)現(xiàn)全天候24h自動(dòng)測(cè)量埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)管地電位。
3.3 完善陰極保護(hù)系統(tǒng)的有效性
CJJ 95—2003規(guī)定“新建的高壓、次高壓、公稱直徑大于或等于100mm的中壓管道或公稱直徑大于或等于200mm的低壓管道必須采用防腐層輔以陰極保護(hù)的腐蝕控制系統(tǒng)。管道運(yùn)行期間陰極保護(hù)不應(yīng)間斷”，還規(guī)定“僅有防腐層保護(hù)的高壓、次高壓和公稱直徑大于或等于150mm的中壓在役管道應(yīng)逐步追加陰極保護(hù)系統(tǒng)”。GB／T 21448—2008對(duì)陰極保護(hù)的有效性和防腐層性能非常關(guān)注。但是以上2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都沒有規(guī)定防腐層一旦受損，對(duì)防腐層立即采取修補(bǔ)措施。實(shí)際操作中過分強(qiáng)調(diào)防腐層的作用，要求沒有破損很難實(shí)現(xiàn)，因而陰極保護(hù)的有效性評(píng)價(jià)和管道實(shí)際的腐蝕程度更應(yīng)該受到重視。此時(shí)有效的陰極保護(hù)系統(tǒng)和定期的腐蝕檢測(cè)評(píng)價(jià)就町以減小或避免防腐層不足可能導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。
①測(cè)試樁普查及維修
管地電位的測(cè)量有3種意義[5]：未施加陰極保護(hù)的管地電位是衡量土壤腐蝕性的一個(gè)參數(shù)；施加陰極保護(hù)的管地電位是判斷陰極保護(hù)程度的一個(gè)重要參數(shù)；當(dāng)有干擾時(shí)，管地電位的變化是判斷干擾程度的重要指標(biāo)。
由此可見，正確測(cè)量陰極保護(hù)電位對(duì)判斷埋地鋼管的陰極保護(hù)程度起到至關(guān)重要的作用。但在測(cè)量管道陰極保護(hù)電位時(shí)，不可避免地存在IR降誤差。按美國NACE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用斷電法測(cè)量陰極保護(hù)電位，能在一定程度上消除IR降。對(duì)采用犧牲陽極陰極保護(hù)的埋地燃?xì)怃摴?，只能采用的變通方法是近參比法測(cè)量，即采用綜合測(cè)試樁或電位測(cè)試樁測(cè)量。杭燃公司為徹底弄清現(xiàn)有埋地燃?xì)夤艿罍y(cè)試樁的數(shù)目及運(yùn)行情況，保障埋地燃?xì)夤艿赖陌踩\(yùn)行，2013年初對(duì)杭州市測(cè)試樁進(jìn)行了系統(tǒng)普查，對(duì)調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析后，我們發(fā)現(xiàn)85％以上的測(cè)試樁存在丟失、線路板氧化等各種問題，由此杭燃公司制訂了測(cè)試樁維修方案并分批予以實(shí)施。
②防腐層破損點(diǎn)與閥門漏電點(diǎn)修復(fù)
防腐層存在破損點(diǎn)或閥門存在漏電點(diǎn)會(huì)使陰極保護(hù)電流流失，造成保護(hù)距離縮短，保護(hù)效果變差，進(jìn)而造成犧牲陽極壽命縮短或陰極保護(hù)失效。因此，防腐層破損點(diǎn)修復(fù)在確保埋地燃?xì)夤艿腊踩\(yùn)行及埋地燃?xì)怃摴芡暾怨芾碇姓加惺种匾牡匚?。杭燃公司?duì)歷年檢測(cè)出的防腐層缺陷點(diǎn)建立檔案管理，包括缺陷點(diǎn)的類別、位置或樁號(hào)、采用何種防腐層，并根據(jù)缺陷點(diǎn)的所在城市位置劃分修復(fù)的難易程度，根據(jù)防腐層類別制訂了不同的維修方案。其次，為了減小防腐層缺陷點(diǎn)修復(fù)時(shí)的審批難度，杭燃公司在2013年引進(jìn)了美國燃?xì)饧夹g(shù)研究院(GTI)的微孔開挖技術(shù)，大大提升了防腐層缺陷點(diǎn)的維修效率，做到當(dāng)年發(fā)現(xiàn)的破損點(diǎn)當(dāng)年修復(fù)，杭燃公司2010年至2013年期間累計(jì)維修管道防腐層Ⅰ、Ⅱ類破損點(diǎn)785個(gè)，閥門漏電點(diǎn)105個(gè)。
③適時(shí)增設(shè)犧牲陽極
根據(jù)杭州的相關(guān)規(guī)定“新建道路五年內(nèi)不得進(jìn)行開挖”，考慮到此類道路上的管道防腐層破損點(diǎn)影響犧牲陽極的消耗，杭燃公司在修復(fù)管道防腐層破損點(diǎn)的同時(shí)檢測(cè)鋼管陰極保護(hù)電位，對(duì)陰極保護(hù)電位高于-1.00V的鋼管適時(shí)增設(shè)鎂陽極，確保此類管道在1～3年內(nèi)通過增設(shè)鎂陽極而不會(huì)出現(xiàn)搶修事故，2010—2013年共增設(shè)鎂陽極923支。
3.4 加強(qiáng)埋地鋼制腐蝕與防護(hù)文檔管理
在腐蝕與防護(hù)文檔管理方面，杭燃公司除了對(duì)歷年破損點(diǎn)進(jìn)行梳理統(tǒng)計(jì)建檔外，還注重加強(qiáng)陰極保護(hù)電位檢測(cè)計(jì)劃的制訂，計(jì)劃詳細(xì)到每個(gè)月每周需要完成的工作量，同時(shí)規(guī)定道路上的燃?xì)怃摴苡袦y(cè)試樁的通過測(cè)試樁檢測(cè)，無測(cè)試樁的通過閥門井檢測(cè)。所有埋地燃?xì)怃摴艿年帢O保護(hù)電位按500m測(cè)一處，不足500m按500m計(jì)。
在加強(qiáng)日常管理工作之外，杭燃公司還制訂了各種操作規(guī)范規(guī)程，如《杭州市燃?xì)饧瘓F(tuán)新建管道防腐層驗(yàn)收規(guī)范》、《杭州市燃?xì)饧瘓F(tuán)埋地管道防腐層破損點(diǎn)修復(fù)技術(shù)規(guī)范》、《杭州市燃?xì)饧瘓F(tuán)微孔開挖技術(shù)操作規(guī)范》及《杭州市燃?xì)饧瘓F(tuán)埋地管道陰極保護(hù)電位檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》等。各類操作規(guī)范規(guī)程詳細(xì)規(guī)定了各操作的技術(shù)參數(shù)及操作注意事項(xiàng)等，如《杭州市燃?xì)饧瘓F(tuán)埋地管道防腐層破損點(diǎn)修復(fù)技術(shù)規(guī)范》詳細(xì)規(guī)定了基坑開挖、表面處理、防腐膠帶纏繞施工的相關(guān)要求等。
4 結(jié)語
杭燃公司基于埋地管網(wǎng)完整性加強(qiáng)鋼質(zhì)管道的腐蝕與防護(hù)管理，實(shí)施以預(yù)防性維護(hù)為主的安全管理模式，包括管道防腐層檢測(cè)、破損點(diǎn)檢測(cè)、管道陰極保護(hù)系統(tǒng)管理等。由于城市燃?xì)夤艿婪栏瘜雍椭苓吳闆r變化較快，因此必須周期性地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，適時(shí)制訂、修改數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，完善數(shù)據(jù)文檔管理，周期性地開展風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果安排維修維護(hù)，同時(shí)對(duì)相關(guān)管理人員進(jìn)行持續(xù)、系統(tǒng)地培訓(xùn)。
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