埋地鋼質管道全面檢驗及合于使用評價的工程實踐

·試驗檢測埋地鋼質管道全面檢驗及合于使用評價的工程實踐*□ 左延田□ 湯曉英 □ 顧福明上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院上海200333摘要：埋地管道在石油·試驗檢測埋地鋼質管道全面檢驗及合于使用評價的工程實踐*□ 左延田□ 湯曉英 □ 顧福明上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院上海200333摘要：埋地管道在石油、天然氣等液體和氣體介質的輸送中得到廣泛使用，TSGD70042021?壓力管道定期檢驗規(guī)那么—長輸〔油氣〕管道?、TSGD70032021?壓力管道定期檢驗規(guī)那么—公用管道?規(guī)定了埋地鋼質管道的檢驗項目，包括：敷設環(huán)境調查、環(huán)境腐蝕性檢測、管道外防腐層不開挖檢測、陰極保護有效性檢測、開挖直接檢驗、合于使用評價等，在某埋地C3C4管道進行了工程實踐，確認了這些檢驗項目能較好地反映管道的實際安全情況，對管道的安全運行起著重要作用。關鍵詞：埋地鋼質管道全面檢驗中圖分類號:TH816；U177合于使用實踐文獻標識碼:A文章編號：1000－4998(2021)02－0047－05〔油氣〕管道?、TSGD7003-2021?壓力管道定期檢驗規(guī)那么—公用管道?兩個檢驗規(guī)那么。在其中闡述了埋地鋼質管道定期檢驗的一般項目，包括：敷設環(huán)境調查、環(huán)境腐蝕性檢測、管道外防腐層不開挖檢測、陰極保護有效性檢測、開挖直接檢驗、合于使用評價等，但是與之配套的標準方法和評價體系有待進一步完善。1概述目前，我國煉油、化工、電力、石油、供熱、供水等行業(yè)生產管道和市政在用管線總長度超過50萬km，其中，大部分管線使用年限已有10～20年或更長，達到事故發(fā)生幾率的高峰期，燃氣管道泄漏、爆管是直接危害廣大居民的惡性事故，需要盡快建立可靠的檢驗技術。如能定期對在用管道進行全面檢驗，那么可科學地制定防腐、維修規(guī)范及更換危險管段，防患于未然，避免嚴重泄漏爆管事故。2021年8月國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局分別頒布TSGD7004-2021?壓力管道定期檢驗規(guī)那么—長輸2檢驗內容某公司埋地管道的埋地段總長21.45km，2006年4月竣工投入使用，介質為C3C4，管道規(guī)格為準168.3×6.4mm，設計壓力為2.29MPa，運行壓力為1.52MPa，設計溫度為60℃，運行溫度為15℃，材質為L245，采用3PE加陰極〔外加電流〕聯(lián)合保護措施。我院根據(jù)*國家自然科學基金資助工程編號5120525〕國家質檢總局公益工程編號2021-5〕收稿日期：2021年9月TSGD7004-2021?壓力管道定期檢驗規(guī)那么—長輸〔油氣〕管道?、TSGD7003-2021?壓力管道定期檢驗規(guī)的工件缺陷檢測是一種非常有效的方法，此方法可有效抑制提離信號，減小雜波的干擾。被檢測表面不需處理，不需耦合劑等。此技術利用平面阻抗圖分析，具有適用性好、檢測速度快、靈敏度高、測試結果準確等特點。可非常直觀地對各種信號進行分析，各種信息很便于區(qū)分?？捎行У匕l(fā)現(xiàn)裂紋等示〕。2號裂紋的缺陷波形在幅值上比1號裂紋的缺陷波形要大，其形狀明顯與1號波形不同。可見：1號裂紋、2號裂紋的缺陷波形在幅值上和圖形形狀上都可清晰辨出。缺陷，完全可應用于工程實際檢測中，從而提高生產效率。參考文獻［1］［2］吳前驅.表面無損檢測［M］.北京：水利電力出版社，1991.任吉林.電磁無損檢測［M］.北京：航空工業(yè)出版社，1989.葺編輯 丁 〕5結束語檢測結果表明，采用交變磁場技術對此種情況下機械制造51卷第582期2021／247裂紋深015mm寬0.12mm長4mm 12裂紋深0.35mm寬0.12mm長6mm▲圖51號缺陷與2號▲圖4對比試樣 缺陷的比照圖形·試驗檢測那么—公用管道?對該公司的埋地C3C4管道進行了全面檢驗及合于使用評價工程實踐。2.1 C3C4管道敷設環(huán)境調查 沿線環(huán)境調查表2土壤電阻率測試數(shù)據(jù)表C3C4與丙烯、C8同溝敷設，水平間距約0.5m，管道從緯六·試驗檢測那么—公用管道?對該公司的埋地C3C4管道進行了全面檢驗及合于使用評價工程實踐。2.1 C3C4管道敷設環(huán)境調查 沿線環(huán)境調查表2土壤電阻率測試數(shù)據(jù)表C3C4與丙烯、C8同溝敷設，水平間距約0.5m，管道從緯六路西側下管架，埋地向東穿過緯六路折向北，經板橋路、金山大道，繼續(xù)向北穿A4高速，沿A4北側一直向東敷設，穿過松金公路、亭衛(wèi)公路、亭漕公路、張涇河、龍泉港、金山鐵路支線、莊胡公路西側和A4高速，沿莊胡公路西側向南，穿過運石河、滬杭公路到達化學工業(yè)區(qū)。這些區(qū)段有荒草地、小樹林、農田、苗圃、菜地、綠化帶、公路、水塘、生活區(qū)和管架區(qū)等。管道沿線，特別是新衛(wèi)公路段和莊胡公路段施工活動頻繁，車流、人流大，地下設施較多，屬于四類地區(qū)，其余為三類地區(qū)。位置、定位及埋深探查大部分C3C4管道埋深滿足 土壤腐蝕性檢測土壤腐蝕性評價采用了土壤電阻率測試方法，測試了土壤電阻率、氧化還原電位、管地電位、土壤pH值、土壤質地、土壤含水率、土壤含鹽量、土壤Cl-含量等8個參數(shù)，其中土壤電阻率、管地電位進行了現(xiàn)場測試，其余6個參數(shù)送實驗室化驗分析。管道沿線共測試了土壤電阻率20處，數(shù)據(jù)見表2，根據(jù)SY/T0087.1-2006?鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準埋地鋼質管道外腐蝕直接評價?］確定其中強級15處，占75％；中級為5處，占25％，結合實驗室分析探坑開挖土壤的其它6個數(shù)據(jù)，可進一步綜合分析土壤的腐蝕性。 雜散電流測試利用SMART-LOGGER數(shù)據(jù)記錄儀進行了雜散電GB50253-2003?輸油管道工程設計規(guī)范?］標準要求，但有兩處埋深不夠，分別是9＃測試樁-410m處〔0.8m，到管中心距離〕、14＃測試樁-100m處〔0.8m，到管中心距離〕。 占壓情況C3C4管道存在占壓現(xiàn)象，直接連續(xù)占壓的地段見表1。表1管道沿線占壓統(tǒng)計流測試，共采集數(shù)據(jù)點13個。依據(jù)SY/T0087.1-2006備注以上是直接占壓的統(tǒng)計。?鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準埋地鋼質管道外腐蝕大氣腐蝕性調查參照標準GB/T15957-1995?大氣環(huán)境腐蝕性分類?］對該管道敷設段的大氣腐蝕性進行了調查，發(fā)現(xiàn)是城市大氣、工業(yè)大氣和海洋大氣，其大氣腐蝕環(huán)境為中腐蝕大氣，該管道全程采用3PE防腐層，該防腐層類型能滿足大氣環(huán)境，在跨越段檢驗中未發(fā)現(xiàn)外表面腐蝕。2.2環(huán)境腐蝕性檢測鋼質埋地管道段包括土壤腐蝕性以及雜散電流測0500100015002000試，鋼質管道跨越段應進行大氣腐蝕性調查。機械制造51卷第582期2021／2P/S(V)48-1050-1100-1150-1200-1250-1300-1350-1400t/s▲圖1雜散電流測試成果圖序號位置占壓大概長度/m14＃測試樁東約120m處蔬菜大棚50222號標志樁附近203運石河邊504市政公路養(yǎng)護單位大院50序號位置管道周圍情況描述土壤電阻率/(Ωm)腐蝕性級別1公司入土端荒草地1656強21＃測試樁旁小樹林2120中32＃測試樁旁荒地1987強43＃測試樁旁農田1737強54＃測試樁旁油菜地1548強65＃測試樁旁油菜地2210中76＃測試樁旁廢品收購站門口2050中87＃測試樁旁油菜地1419強99＃測試樁旁東約100m開挖點農田1713強1010＃測試樁旁草地1386強1111＃測試樁旁草地1666強1212＃測試樁旁菜地1357強1313＃測試樁旁公路綠化草地2370中1414＃測試樁旁池塘田埂上1856強1515＃測試樁旁油菜地1453強1617＃測試樁旁水稻田1295強1718＃測試樁旁魚塘邊1525強1819＃測試樁旁水稻田1809強1920＃測試樁旁油菜地2010中2021＃測試樁旁荒地1850強·試驗檢測層破損點進行了檢測〔見圖2〕，該管道共檢測出信號點多處。實際開挖了其中的4處，總體上看，該管道的外防腐層破損點較少。從開挖的情況看，防腐層破損的原因主要是：〔1〕施工質量控·試驗檢測層破損點進行了檢測〔見圖2〕，該管道共檢測出信號點多處。實際開挖了其中的4處，總體上看，該管道的外防腐層破損點較少。從開挖的情況看，防腐層破損的原因主要是：〔1〕施工質量控制不好，造成防腐層損傷，如管道下溝時的石塊劃傷、運輸過程中的損傷、管體未經有效打磨直接噴涂防腐層等；〔2〕第三方破壞造成的損傷。表3防腐層質量分級表/m防腐層厚度測試利用涂層測厚儀對該管道埋地部分防腐層厚度測試共計4處，24點。防直接評價?，可知C3C4管道的沿線雜散電流存在干腐層厚度測試值最大為2.84mm，最小值2.62mm，大部分厚度在2.70mm左右，可滿足該管道設計的相關標準。2.4陰極保護有效性檢測為有效評價整條管線的陰保電位分布情況，根據(jù)現(xiàn)行標準與規(guī)范的規(guī)定，采用管地電位測試及密間隔電位測試〔CIPS〕兩種方法。測試樁測試管地電位20處通過測試樁共測量管地電位20處。測試數(shù)據(jù)見表4，測試樁管地均低于-0.85V的標準保護電位］，其中最大值-0.912V〔13＃測試樁〕，最小值-1.365V(1＃測試樁)，電位都存在一定的波動，測試處受到明顯的外部雜散電流的干擾，嚴重處建議進行排流設施。3#測試樁~4#測試樁的測試結果圖3是3#測試樁～4#測試樁的CIPS測試結果圖，測量間距為1.5~3.0m，檢測距離為800m。發(fā)現(xiàn)檢測管道有陰極保護。信號突變處，經開挖驗證，防腐層發(fā)現(xiàn)有破損點。擾。2.3圖1為典型雜散電流測試成果圖。外防腐層不開挖檢測外防腐層整體質量狀況檢測根據(jù)電流衰減率，采用PCM6］方法，對所檢測的21.45km的C3C4管道埋地部分防腐層整體質量狀況進行了分析評價，分級標準參照?埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗?〔GB/T19285〕的相關規(guī)定，表3列出了防腐層質量分級統(tǒng)計情況。防腐層破損點檢測采用交流電壓梯度法〔ACVG〕6］對該管道的防腐表4管地電位測量表-500-2500-100-50002.5 腐蝕防護系統(tǒng)綜合評價利用GB/T19285-2003?埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗?］，依據(jù)全面檢驗數(shù)據(jù)，根據(jù)該管道的外防腐層狀況、陰極保護有效性、土壤腐蝕性、雜散電流及排流效果進行綜合評定，可把C3C4管道分為3段?！?〕C3C4管道從緯六路西側下管架，埋地向東穿機械制造51卷第582期2021／2電位/V梯度/V49-3000 -600-2000 -400-1500 -300-1000 -200-0 0500 10010000 10020030040050060070080200距離/m▲圖3某管段CIPS測試結果圖序號檢測位置地形地貌描述保護電位/V地表近11＃測試樁小樹林-1365/22＃測試樁荒地-1291/33＃測試樁農田-1363/44＃測試樁油菜地-1322/55＃測試樁油菜地-1246/66＃測試樁廢品收購站門口-1204/77＃測試樁油菜地-1203/88＃測試樁小樹林-1204/99＃測試樁農田-1239/1010＃測試樁草地-1235/1111＃測試樁草地-1245/1212＃測試樁菜地-1221/1313＃測試樁公路綠化草地-0912/1414＃測試樁池塘田埂上-1056/1515＃測試樁油菜地-1020/1616＃測試樁水稻田-1020/1718＃測試樁魚塘邊-1043/1819＃測試樁水稻田-1018/1920＃測試樁油菜地-0970/2021＃測試樁旁荒地-1102/▲圖2防腐層破損點現(xiàn)場照片C3C4一級二級三級四級長度百分比長度百分比長度百分比長度百分比89215463578935451058648562344·試驗檢測過緯六路折向北，經板橋路、金山大道，繼續(xù)向北穿A4高速路到4＃測試樁段的管道腐蝕·試驗檢測過緯六路折向北，經板橋路、金山大道，繼續(xù)向北穿A4高速路到4＃測試樁段的管道腐蝕防護系統(tǒng)綜合評價為2級。外防腐層整體質量為2、3級的較多，外防腐破損率相對較小，該管段陰極報告達到標準要求，存在一定的雜散電流干擾，土壤腐蝕性為強或中，是造成該段管道腐蝕防護系統(tǒng)綜合評價為2級的主要原因。〔2〕4＃測試樁至19＃測試樁段的管道腐蝕防護系統(tǒng)綜合評價為1級。外防腐除了9＃測試往上海石化方向約1km段防腐層質量為2、3級外，其余的外防腐層質量為1、2級的居多，存在一定的雜散電流干擾，土壤腐蝕性為強或中，所占權重也較高。但外防腐破損點較小，陰保有效率高，經過開挖檢測，驗證破損處未發(fā)現(xiàn)管體外腐蝕，故管道腐蝕防護系統(tǒng)狀況良好，正常檢查即可。〔3〕19＃測試樁沿莊胡公路西側，穿過A4高速，沿莊胡公路西側向南，穿過運石河、滬杭公路到達化學工業(yè)區(qū)管架段的管道腐蝕防護系統(tǒng)綜合評級為2級。管道防腐層為3PE，所有開挖探坑檢測點的防腐層都存在不同程度的破損失效情況，進行了防腐層檢測及涂層電火花檢測，檢測結果均滿足要求。3.3 管體腐蝕外觀直接檢查開挖探坑失效處，由于有陰極保護系統(tǒng)的保護，未發(fā)現(xiàn)管體腐蝕，未發(fā)現(xiàn)機械損傷等其它類型的管體缺陷。3.4 超聲波測厚對開挖探坑檢測點的管道進行了壁厚測試，該管道未發(fā)現(xiàn)管體減薄，開挖探坑處該管道的實測最小壁厚為6.5mm。3.5 MsS導波管道腐蝕檢測C3C4管道進行了1處MsS導波檢測，在所檢測的區(qū)域內，未發(fā)現(xiàn)管體明顯腐蝕減薄信號。圖4為導波檢測處的信號圖。外防腐層質量為2、3級較多，存在一定的雜散電流干擾，土壤腐蝕為強或中，外防腐層破損率相對較低，陰保也達到了保護，但是保護電位接近了保護的邊緣，故該段管道的腐蝕防護系統(tǒng)綜合評價為2級。-20-15 -10-5 051015200開挖直接檢驗根據(jù)外防腐層不開挖檢測結果、管道敷設環(huán)境調查〔如穿越公路、河流〕及管道結構〔如彎頭〕、環(huán)境腐蝕性檢測、陰極保護有效性檢測結果和外部開挖協(xié)調難度，選擇了4處〔其中彎頭1處，直管段3處〕有代表性的管線點開挖進行直接檢測。檢測結果發(fā)現(xiàn)14＃探坑均有防腐層脫落、劃傷或鼓包現(xiàn)象，但未發(fā)現(xiàn)管體發(fā)生外腐蝕，原因可能是破損段陰保有效，具體情況見表5。344.1合于使用評價風險評價參照GB/T27512-2021?埋地鋼質管道風險評估方法?］，根據(jù)檢測結果、綜合人口密度、環(huán)境狀況等將管道區(qū)域段劃分22段?！?〕從總體上看，該管道失效可能性得分為17.51～19.91；失效后果得分為106～127，得分相差不大；計算風險值得分為1887.86～2320.04，總體為低風險絕對等級。〔2〕從總體上看，所評價管道的各種相對風險等級以低風險和中等風險為主，高風險相對3.1土壤腐蝕性檢測本次4個開挖點檢測點位于農田、荒地、田埂上，土壤以粉性黏土、淤泥質粉質黏土、砂質粉質黏土為主，地下水位較高，開挖處有不同程度的地下水，各檢測點環(huán)境腐蝕性為強或中等。3.2 防腐層檢查表5直接開挖檢驗結果等級區(qū)段較少。〔3〕失效可能性方面，整體得分較低。沿線人口密度、建設活動繁忙、管道占壓的嚴重程度是第三方破壞的主要因素；土壤電阻率和外防腐層狀況的不同是腐蝕防護得分差異的主要原因；該管道裝置較簡單及統(tǒng)一管理使設備及操作得分相同且不高；相同的設計、施工、監(jiān)理及相關的管理使本體安全得分相同。失效后果方面，管線機械制造51卷第582期2021／2電壓幅值/V反射率/%50序號開挖坑位置坑號管件類型檢測結果管地電位/V管體缺陷116＃警示牌東2＃探坑直管1點和6點間有個5cm的劃傷，有泥土滲入。-1.333未見外部腐蝕24＃測試樁旁3＃探坑直管防腐層性能滿足設計要求。-1332未見外部腐蝕344＃標志樁旁4＃探坑直管防腐層性能滿足設計要求。-1238未見外部腐蝕419＃彎頭處8＃探坑彎頭1(7)位置處有一約5cm防腐層破損點。-1134未見外部腐蝕50403020100105-05-1-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20距離/m▲圖4MsS現(xiàn)場導波信號圖·試驗檢測〔3〕雜散電流會引起明顯的電化學腐蝕，尤其是管道防腐層破損點處，因此需開展針·試驗檢測〔3〕雜散電流會引起明顯的電化學腐蝕，尤其是管道防腐層破損點處，因此需開展針對性的雜散電流專項測試與分析，搞清雜散電流的來源、大小、方向，從而根據(jù)具體情況，確定需在管道沿線增加排流裝置的地點，以有效降低雜散電流的影響。〔4〕對占壓的構筑物應予以清理，同時做好預防工作，盡量不產生新的占壓。對無法進行清理的應加強監(jiān)控和巡查，并加大宣傳和教育力度。表6管體剩余強度評估與剩余壽命預測表失效后經濟損失較大，失效后果得分主要來源于人員傷亡的財產損失及停產損失?！?〕通過對風險的分析，建議通過拆除占壓、對檢出的外防腐層破損修復、加強對沿線居民管線安全宣傳力度、進行氣體泄露檢測等措施來減小失效可能性，進一步降低管道風險等級。〔5〕對高風險段加強管理。參考文獻國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.TSGD70042021壓力管道定期檢驗規(guī)那么—長輸〔油氣〕管道［S］.國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.TSGD70032021壓力管道定期檢驗規(guī)那么—公用管道［S］.建設部，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB502532003輸油管道工程設計標準［S］.國家技術監(jiān)督局.GBT159571995大氣環(huán)境腐蝕性分類［S］.國家開展和改革委員會.SYT0087.12006鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準埋地鋼質管道外腐蝕直接評價［S］.左延田，沈功田，曾鳴.在用埋地管道不開挖檢測技術［J］.無損檢測，2006，28(4)：203208.NACE.S05022021，ipelineExernalCorrosionDirectAssessmentehodology［S］.國家標準化委員會.GBT192852003埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗［S］.國家標準化委員會.GBT275122021埋地鋼質管道風險［1］［2］4.2剩余強度及剩余壽命預測評估了剩余強度及進行了剩余壽命預測。表6為［3］管體剩余強度評估與剩余壽命預測表。4.3 合于評價結果根據(jù)上述檢驗檢測與計算結果，并在及時對第二部分“管道運行、維護維修建議〞所提出的內容進行改造的前提下，參照TSGD7003-2021?壓力管道定期檢驗規(guī)那么—長輸〔油氣〕管道?，依據(jù)該管道的檢驗檢測結果，確認管道的合于使用評價結論為：在現(xiàn)有的操作條件下，允許使用，但要注意以下幾點?！?〕管道埋深不夠處，增加覆土深度，并加強巡線，防止第三方破壞。〔2〕部分管段的陰保電位隨時間有波動現(xiàn)象，應開展陰保電位隨時間波動情況的檢測與評價，獲得真實的管道保護