長輸管道外損傷檢驗與評價工程實踐*

左延田　裘愛東

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院）（中國航空油料有限責(zé)任公司華東公司）

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長輸管道外損傷檢驗與評價工程實踐*

左延田**裘愛東

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院）（中國航空油料有限責(zé)任公司華東公司）

摘要國標GB/T 30582—2014規(guī)定了長輸管道的外損傷檢驗一般項目，包括外損傷不開挖檢驗、外損傷開挖檢驗、合于使用評價、外損傷綜合評價等。在某長輸天然氣管道上進行了工程實踐，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(guān)鍵詞長輸管道外損傷檢驗工程實踐防腐層開挖焊接

*本項目受上海市質(zhì)檢局系統(tǒng)項目No.2013—54資助。

**左延田，男，1980年生，碩士，高級工程師。上海市，200333。

0　概述

長輸管道廣泛應(yīng)用于石油、天然氣等液體、氣體介質(zhì)的輸送。我國煉油、化工、石油、市政等行業(yè)壓力管道總長度已超過50萬公里，其中大部分管道使用年限已達10～20年以上，處于事故發(fā)生的高峰期，燃氣管道的泄漏、爆管等惡性事故常有發(fā)生。因此，迫切需要采用可靠的檢驗與評價技術(shù)，定期對在用管道進行外損傷檢驗，科學(xué)地進行防腐、維修及更換危險管段，防患于未然，避免嚴重事故的發(fā)生。2014年12月，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》[1]正式實施，其對長輸管道外損傷檢驗與評價做了較為詳細的規(guī)定，給出了基于風(fēng)險的外損傷檢驗流程、檢驗項目及相應(yīng)的評價方法。本文針對某長輸管道，制定了詳細的實施方案，進行了外損傷檢驗與評價工程實踐。

1外損傷不開挖檢驗

該段管道長度為64.244 km，2003年12月竣工投入使用，介質(zhì)為天然氣，管道規(guī)格為?813× 15.9，設(shè)計壓力為6.0 MPa，運行壓力為3.0～5.0 MPa，設(shè)計溫度為-5～50℃，運行溫度為常溫，材質(zhì)為X60鋼，采用了3PE與陰極保護（外加電流）的聯(lián)合保護防腐措施。

1.1敷設(shè)環(huán)境調(diào)查

1.1.1沿線環(huán)境調(diào)查

（1）16號測試樁至奉賢站

該段管道從16號測試樁開始至奉賢閥室結(jié)束，沿S4高速公路北側(cè)鋪設(shè)，沿途有建國路S4跨線橋、建沙路、莊胡公路S4跨線橋、湖濱路S4跨線橋、萬華路S4跨線橋、滬杭公路等，經(jīng)過了荒草地、蘆葦蕩、農(nóng)田、菜地、公路、河流、水塘、綠化帶、墓地等。沿線種植活動頻繁，屬于三類地區(qū)。管道沿線南側(cè)有南京輸油處的輸油管道，北側(cè)部分段與賽科化工管道、漕吳乙烯管道、焦化合成氣管道并行，2次與南京輸油處的輸油管道交叉，17號測試樁上方及湖濱路S4跨線橋處上方有高壓線，附近有高壓鐵塔。管道沿途的魚塘及并行管道干擾較多。

（2）16號測試樁至MVA18閥室

該段管道從16號測試樁開始至MVA18閥室結(jié)束，沿S4、G15高速公路北側(cè)鋪設(shè)，南側(cè)有南京輸油處的輸油管道、金閔輸油管道，北側(cè)有賽科的化工管道，沿途有漕廊公路、MVA21閥室、亭衛(wèi)公路、長甸路、MVA19閥室、龍泉港、茸衛(wèi)公路跨線橋、MVA18閥室、S19新衛(wèi)高速，屬于三類地區(qū)。管道沿線北側(cè)除部分段與賽科化工管道并行外，北側(cè)200 m左右有多條高壓線穿越亭衛(wèi)公路。亭衛(wèi)公路東側(cè)有液化氣、乙烯管道，西側(cè)金閔輸油管道與之交叉，另外還有光纜、高壓電纜，與賽科管道有交叉重疊現(xiàn)象。管道沿途的魚塘及并行管道干擾較多。

1.1.2地面標志檢查

對管道沿線的地面標志（如測試樁、閥門房、標志樁、警示牌等）進行了外部宏觀檢查，結(jié)果如表1所示。

表1　測試樁宏觀檢查統(tǒng)計表——16號測試樁至奉賢站閥室（部分）

奉賢站到16號測試樁和閥室MVA22、23、24到閥室MVA29、30管段有15個測試樁，有缺損與銹蝕現(xiàn)象。18號測試樁遙測裝置缺失，3座閥門室完好。沿途有標志樁，約100 m一根，有少部分標志樁缺損。警示牌有2處有鐵框無警示牌。根據(jù)GB 50369—2014《油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范》[2]中有關(guān)規(guī)定，建議修復(fù)缺少的“三樁一牌”，并加強巡線，避免第三方非故意破壞。

該管段共有12個閥室，其中11個房屋結(jié)構(gòu)完好，MVA57、58閥室屋外墻體有沉降裂縫現(xiàn)象；3個閥井，結(jié)構(gòu)完好；金山首站，場站完好。

管道埋設(shè)段地質(zhì)為沙性黏質(zhì)土壤，地下水位比較高，這就使管道周圍土壤環(huán)境變得更具腐蝕性，建議加強巡查。

1.1.3穿越管段調(diào)查

奉賢站到16號測試樁管段主要穿越公路、河流及立交橋等，其中有池涇港、中運河、呂朱公路、干巷塘、新張涇河、秦望河、山塘支河、山塘河、張?zhí)凉?、定向河、紅旗河、牡丹路、中錢大路及若干小型河道、魚塘等。閥室MVA22至MVA29管段主要穿越了龍泉港、金山支線鐵路、張漕公路、張涇河、松金公路、竹港河、上橫涇、同三國道、莘奉金公路、公路立交、亭衛(wèi)公路、亭漕公路、橫浦河、戰(zhàn)斗港等。

1.1.4占壓情況調(diào)查

管道存在占壓現(xiàn)象，直接連續(xù)占壓的地段見表2。

1.1.5位置、方位及埋深探查

管道大部分管段的埋深滿足GB 50253—2003《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范》[3]的要求，有四處埋深不夠，詳見表3。

1.1.6大氣腐蝕性調(diào)查

參照GB/T 15957—1995《大氣環(huán)境腐蝕性分類》[4]，對該管道的大氣腐蝕性進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該管道位于城市大氣、工業(yè)大氣和海洋大氣之中，其大氣腐蝕環(huán)境為中腐蝕大氣。該管道埋地段全程采用3PE防腐層，架空段采用防銹油漆，防腐層類型滿足大氣環(huán)境，露管段及跨越段檢驗中未發(fā)現(xiàn)管道外表面存在腐蝕。

表2　沿線占壓統(tǒng)計

表3　埋深不足統(tǒng)計表

1.2環(huán)境腐蝕性檢測

對于長輸埋地管道段，其環(huán)境腐蝕性檢測包括土壤腐蝕性檢測以及雜散電流測試。

1.2.1土壤腐蝕性檢測

關(guān)于土壤腐蝕性，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(zhì)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、氧化還原電位進行了現(xiàn)場測試，其余5個參數(shù)送實驗室進行化驗分析。管道沿線共測試了土壤電阻率和管地電位實測20處，土壤電阻率數(shù)值在12.95～23.70 Ωm之間，管地電位數(shù)值在-1.371～-0.918 V之間，土壤氧化還原電位在350～450 mV之間。根據(jù)GB/T 19285—2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗》[5]，土壤腐蝕性評價得分在（11，19]之間，土壤腐蝕性為中。

1.2.2雜散電流測試

是否存在雜散電流，可通過測定一定時間段內(nèi)的管地電位，以其穩(wěn)定情況（例如是否存在波動等）來定性評價。利用SMART-LOGGER數(shù)據(jù)記錄儀進行了雜散電流測試，共采集數(shù)據(jù)點12個。依據(jù)GB/T 19285—2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗》，測試處存在雜散電流干擾。圖1為某測試處雜散電流測試數(shù)據(jù)圖。

圖1　雜散電流測試數(shù)據(jù)圖

該處測試時間段共采集數(shù)據(jù)244個，每10 s采集一個數(shù)據(jù)，電位范圍為（-1367，-1231）mV，平均電位為-1303.45 mV，管地電位波動值?V為127.1 mV。參照GB/T 19285—2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗》的表5、表6中交流、直流干擾程度的判斷指標，該測試處、測試時間段交流干擾程度為弱、直流干擾程度為中。

1.3外防腐層不開挖檢測

1.3.1外防腐層整體質(zhì)量狀況檢測

采用管中電流測繪法（PCM）[6]，對所檢測的管道埋地段防腐層整體質(zhì)量狀況進行分析評價，分級標準參照GB/T 19285—2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗》的相關(guān)規(guī)定。表4列出了防腐層質(zhì)量分級統(tǒng)計情況，圖2為天然氣管道防腐層質(zhì)量狀況分級圖。

表4　防腐層質(zhì)量分級表

圖2　天然氣管道防腐層質(zhì)量狀況分級圖

1.3.2防腐層破損點檢測

采用交流電壓梯度法（ACVG）[6]對該管道的防腐層破損點進行了檢測。該管道共檢測出信號點22處。實際開挖了其中的10處，10處均有不同程度的破損。部分防腐層破損照片見圖3。防腐層破損的原因主要是：（1）施工質(zhì)量控制不好，造成了防腐層損傷，如管道下溝時的機械損傷、運輸過程中的損傷、管體未經(jīng)有效打磨直接噴涂防腐層等；（2）第三方破壞造成的損傷。

圖3　防腐層破損點現(xiàn)場部分照片

1.3.3防腐層質(zhì)量檢查

（1）防腐層厚度測試。利用涂層測厚儀對每個開挖處的管道防腐層厚度進行測試，管道的每個時鐘位置測試1點，共計12點。防腐層厚度測試最大值為3.58 mm，最小值為3.17 mm，大部分厚度在3.20 mm左右，滿足該管道設(shè)計的相關(guān)標準。

（2）防腐層外觀檢查及粘結(jié)力測試。防腐層整體外觀較好，未見明顯老化現(xiàn)象；開挖處部分防腐層存在剝離現(xiàn)象。

1.4陰極保護有效性檢測

為有效評價整條管道的陰極保護電位分布情況，采用管地電位測試及密間隔電位測試兩種方法。測量測試樁管地電位115處，數(shù)據(jù)在-1.571～-0.958 V之間，測試樁管地電位均低于-0.85 V的標準保護電位[7]，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，嚴重處建議增加排流設(shè)施。圖4是5號測試樁至7號測試樁的直流電位梯度法（DCVG）和CIPS法測試成果圖，測量間距為1.5～3.0 m，檢測距離約為2000 m。對信號突變處進行開挖驗證，結(jié)果顯示防腐層存在破損點。

圖4　某管段DCVG/CIPS測試成果圖

1.5腐蝕防護系統(tǒng)綜合評價

依據(jù)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，該管道的腐蝕防護系統(tǒng)綜合評價為2級，腐蝕防護系統(tǒng)防護效果較好。

2外損傷開挖直接檢驗

根據(jù)管道敷設(shè)環(huán)境及管道結(jié)構(gòu)情況，同時根據(jù)外防腐層不開挖檢測結(jié)果、環(huán)境腐蝕性檢測結(jié)果、陰極保護有效性檢測結(jié)果和外部開挖協(xié)調(diào)難度，選擇了10處有代表性的管道點開挖進行直接檢測。開挖處均有防腐層脫落、劃傷或鼓包現(xiàn)象，但未發(fā)現(xiàn)管體發(fā)生外腐蝕。其原因可能是破損段陰極保護有效。1號、2號坑開挖直接檢驗結(jié)果見表5。

表5　開挖直接檢驗的結(jié)果

2.1土壤腐蝕性檢測

本次2個開挖檢測點位于農(nóng)田、荒地、田埂上，土壤以粉性黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉質(zhì)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)境腐蝕性為中。

2.2防腐層檢查

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(jié)果均滿足要求。

2.3管體腐蝕外觀直接檢驗

對于防腐層破損處進行開挖直接檢驗。由于有陰極保護系統(tǒng)的保護，未發(fā)現(xiàn)管體外腐蝕，也未發(fā)現(xiàn)管體有機械損傷等其它類型的缺陷。

2.4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，開挖探坑處管道的實測最小壁厚為15.9 mm。

2.5焊接接頭的超聲相控陣檢測

對探坑管道的對接焊接接頭進行了超聲相控陣檢測。圖5為某道焊接接頭超聲相控陣檢測信號分析圖，經(jīng)過分析認為，所示缺陷為點狀圓形缺陷，其缺陷尺寸的大小滿足相關(guān)標準的要求。

圖5　超聲相控陣檢測信號分析

3　合于使用評價

合于使用評價主要根據(jù)剩余強度和剩余壽命的預(yù)測。根據(jù)NACE SP0502[7]的基于腐蝕的剩余壽命評價方法，進行了剩余強度和剩余壽命的預(yù)測，有關(guān)計算公式見式（1）。表6列出了管體的剩余強度評估與剩余壽命預(yù)測。

式中RL——腐蝕壽命，a；

C——校正系數(shù)，C=0.85；

pf——計算失效壓力，MPa；pf=2Sft/D，Sf為剩余強度，MPa；D為管道外徑，mm；

pmax——最大允許工作壓力，MPa；

表6　管體剩余強度評估與剩余壽命預(yù)測

ps——屈服壓力，MPa；

Cr——腐蝕速率，mm/a；

t——公稱厚度，mm。

4外損傷綜合評價

該管道的腐蝕防護系統(tǒng)等級為2級，管道本體評價等級為1級，綜合分析管道外損傷綜合評價等級為2級。評價結(jié)果是：在現(xiàn)有的操作條件下，允許使用；下次全面檢驗周期為3～6年，結(jié)合單位管理因素、單位的檢維修計劃，給出了下次外損傷檢驗的周期為5年。

5結(jié)論

（1）根據(jù)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》的要求，成功實施了檢驗和評價，其規(guī)定的檢驗內(nèi)容能較好地反映管道實際的安全情況。

（2）對檢測過程的相關(guān)數(shù)據(jù)需進行規(guī)范統(tǒng)計，必要時還應(yīng)增加未檢測管段相關(guān)情況的說明。

（3）管道全面檢驗方法給了檢驗人員很大的靈活性，比如檢測工具的選擇、檢測管段的劃分等。但是，要求相關(guān)人員具有足夠的專業(yè)知識，這樣才能使檢測準確高效。

（4）為準確高效地記錄、處理檢測數(shù)據(jù)，應(yīng)設(shè)計合適的現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄表格、編制專業(yè)的管道腐蝕防護綜合評價系統(tǒng)軟件及管道本體安全評估軟件。

參考文獻

[1]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[S].北京：中國標準出版社，2014.

[2]GB 50369—2014油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[3]GB 50253—2003輸油管道工程設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[4]GB/T 15957—1995大氣環(huán)境腐蝕性分類[S].北京：中國標準出版社，1995.

[5]GB/T 19285—2014埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗[S].北京：中國標準出版社，2014.

[6]左延田，沈功田，曾鳴.在用埋地管道不開挖檢測技術(shù)[J].無損檢測，2006，28（4）：203-208.

[7]NACE SP0502-2008，Pipeline external corrosion direct assessment methodology[S].Houston: NACE International，2008.

化機制造

Engineering Practice of Inspection and Assessment for External Damage of Long Distance Pipeline

Zuo Yantian Qiu Aidong

Abstract：The general projects of the external damage inspection for the long distance pipeline are specified in GB/T 30582—2014,which include the non-excavation inspection,excavation inspection,fitness-for-service assessment,comprehensive assessment and so on.The engineering practice is carried out on a long distance natural gas pipeline and it confirms that these inspection projects,which is crucial to the safe running of the pipeline,preferably reflect the practical safety situation.

Key words：Long distance pipeline; External damage; Inspection; Engineering practice; Erosion resistant coating; Excavation; Welding

收稿日期：（2015-08-29）

中圖分類號TQ 055.8

DOI：10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.04.014