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(chǎng)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(jìn)行管道定期檢驗和合于使用評價(jià)，結果發(fā)現除缺失三樁一牌、占壓、防腐層破損等常規問(wèn)題外，應監管部門(mén)要求還需開(kāi)展雜散電流專(zhuān)項評估、體育大街路段的穩定性校核。委托專(zhuān)業(yè)單位進(jìn)行了穩定性校核，在石家莊地鐵2號線(xiàn)開(kāi)通后進(jìn)行了雜散電流專(zhuān)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(shí)輸氣管道改線(xiàn)或熱電廠(chǎng)搬遷。

關(guān)鍵詞：燃氣管道；升壓運行；定期檢驗；安全評價(jià)

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(xiàn)、2座站場(chǎng)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(cháng)28.1 km，其中郊區近22 km，市區約6 km，全線(xiàn)采用三層PE加強級防腐，管道設計為GB1級，全線(xiàn)設陰極保護站1座，建在鹿泉門(mén)站內，郊區管道陰保方式為強制電流，市區為犧牲陽(yáng)極。

隨著(zhù)石家莊熱電廠(chǎng)用氣量持續增加，需要通過(guò)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(chē)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(cháng)輸（油氣）管道》第五條規定：“運行工況顯著(zhù)改變導致風(fēng)險提高，應立即進(jìn)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(jiǎn)稱(chēng)河北特檢院）對該管道進(jìn)行定期檢驗和合于使用評價(jià)，并于2022年對重點(diǎn)部位再次進(jìn)行檢測。

1  歷次定期檢驗結果

（1）宏觀(guān)檢查。2017年宏觀(guān)檢查發(fā)現管道沿線(xiàn)人員、車(chē)輛活動(dòng)頻繁，有直接占壓9處，部分“三樁一牌”缺少和偏移。2022年宏觀(guān)檢查發(fā)現管道周?chē)�人員活動(dòng)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(chēng)龍溪東苑）管段正在規劃新路由準備改線(xiàn)，管道標識已補充完善。宏觀(guān)檢查結果如表 1所示。

表 1 燃氣管道兩次宏觀(guān)檢查情況對比

（2）土壤電阻率檢測。根據GB/T 19285―2014《埋地鋼質(zhì)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(kāi)通前檢測，2017年，鑒于當時(shí)石家莊市區地鐵2號線(xiàn)即將開(kāi)通，監管部門(mén)要求對市區地段管線(xiàn)進(jìn)行雜散電流干擾全面評估，必要時(shí)安裝排流裝置。根據GB 19285―2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗》第4.3.4條，采用電位波動(dòng)法檢測9處雜散電流波動(dòng)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(kāi)通后檢測，2020年9月再次開(kāi)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(xiàn)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(mǎn)足土壤電阻率在100 Ω·m至1000 Ω·m環(huán)境中，管道電位宜負于﹣750 mV（CSE）標準（GB/T 21448―2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規范》第4.3.1.5條）要求，達到有效保護。

圖 2 全線(xiàn)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(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，典型結果如圖 3所示。

圖 3 4處測試樁24小時(shí)通、斷電電位檢測結果

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)，這是因為檢測期間自身陰保不合格所致。2020年電位專(zhuān)項測試過(guò)程中，因陰保站恒電位儀運行異常，部分測試樁斷電電位無(wú)法滿(mǎn)足陰保準則要求，經(jīng)增大恒電位儀輸出，并配合犧牲陽(yáng)極保護，之后監測斷電電位一直負于﹣850 mV，滿(mǎn)足陰極保護要求。

（4）其他檢測結果。外防腐層檢測，2017年共發(fā)現疑似防腐層破損點(diǎn)8處（圖 4），已開(kāi)挖修復。2022年外防腐層檢測未發(fā)現破損點(diǎn)。陰極保護檢測，2017年定期檢驗中，發(fā)現石家莊北二環(huán)附近管道由于離鹿泉陰保站的強制電流越來(lái)越遠，其通電電位和斷電電位均達不到要求。后期經(jīng)調整恒電位儀輸出并在市區管段安裝犧牲陽(yáng)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(jià)中，根據GB/T 30582―2014《基于風(fēng)險的埋地鋼質(zhì)管道外損傷檢驗與評價(jià)》進(jìn)行剩余強度評價(jià)，發(fā)現管道缺陷點(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。初步結論為管道符合升高輸送壓力條件。

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

2  徑向穩定性校核

由于市區管段在二環(huán)內體育大街直埋敷設，管道存在沉降壓裂和斷裂風(fēng)險，由中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司開(kāi)展管道穩定性校核，河北省特檢院在此基礎上進(jìn)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(shí)，按無(wú)內壓狀態(tài)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(jiàn)式（1）（2），計算結果如表 3所示。

其中，W=γ×D×H+行駛車(chē)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，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(chēng)壁厚，m；Es為土壤變形模量，2.8 N/m2；W為作用在單位管長(cháng)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(chē)輛的單軸最大動(dòng)載荷為25 t（三軸），滿(mǎn)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(guò)提升管道壓力等級增加輸氣量，應及時(shí)進(jìn)行壓力管道定期檢驗，必要時(shí)進(jìn)行壓力試驗，有條件時(shí)開(kāi)展專(zhuān)家論證。開(kāi)展市區管道全面檢驗時(shí)，應著(zhù)重進(jìn)行管線(xiàn)踏勘、管道宏觀(guān)檢查（重工業(yè)區占壓、重型車(chē)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(shí)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(dòng)態(tài)調試陰極保護系統，配合安裝犧牲陽(yáng)極使管道處于良好保護狀態(tài)。

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

作者簡(jiǎn)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(lián)系方式：18032188165，21189135@qq.com。