天然氣管道安全性分析及泄漏檢測

陳 敏，盧東波，李 明

（山東中大建筑設(shè)計(jì)院有限公司，山東濟(jì)南 250000）

1 天然氣管道工程危險(xiǎn)有害因素分析

無論是在施工還是日常維護(hù)的過程中，天然氣管道的安全都是十分重要的，因?yàn)橛性S多的原因會(huì)導(dǎo)致天然氣管道出現(xiàn)問題從而引發(fā)事故，例如在天然氣管道的輸送過程中有可能會(huì)因?yàn)檩斔凸芫€過長、設(shè)計(jì)不合理，施工質(zhì)量存在問題，沒有做好防腐蝕工作等原因出現(xiàn)管線、閥門等被腐蝕或出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致管道泄漏。以及在施工過程中由于天氣原因、地質(zhì)災(zāi)害等出現(xiàn)管道基坑塌陷，出現(xiàn)事故。所以為了保證天然氣管道施工和運(yùn)行過程中的安全，需要對(duì)天然氣管道工程進(jìn)行危險(xiǎn)有害因素分析。

1.1 設(shè)備設(shè)施危險(xiǎn)有害因素分析

天然氣是易燃易爆氣體，因此天然氣管道的密閉性就極其重要。本文對(duì)青寧管道項(xiàng)目沿途管道、閥室、輸氣站等進(jìn)行危險(xiǎn)有害因素分析，青寧管道輸氣工程為長輸氣管道工程，天然氣輸氣距離較長，而輸送的天然氣有具有一定的危險(xiǎn)性。所以在運(yùn)行管理過程中，可能存在設(shè)計(jì)不合理，因腐蝕、疲勞等因素，容易造成管線、閥門、儀器儀表等設(shè)備設(shè)施及連接部位泄漏而引起火災(zāi)、爆炸事故。防腐工作不完善，管道發(fā)生腐蝕有可能大面積減薄管道壁厚，導(dǎo)致過度變形或工作壓力下爆破，也有可能導(dǎo)致管道穿孔地上管線由于氣候原因，可能引起管道保護(hù)層破壞，造成管道點(diǎn)化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕等。

1.2 土質(zhì)條件有害因素分析

項(xiàng)目工程管線位置以平原為主，土質(zhì)大部分為砂土、黏土、粉質(zhì)黏土。黏土可塑性強(qiáng)，水分子不容易通過，一般黏土地帶管線較為安全不易發(fā)生危險(xiǎn)。而砂土顆粒大，可能會(huì)發(fā)生砂土液化現(xiàn)象，砂土液化會(huì)導(dǎo)致孔隙水在超孔隙水壓力下自下向上運(yùn)動(dòng)。在砂土層上方?jīng)]有滲透性更差的覆蓋層情況下，地表會(huì)大面積出現(xiàn)地下水。地震、爆炸、機(jī)械振動(dòng)等都可以引起砂土液化現(xiàn)象，在管道施工過程中砂土液化會(huì)導(dǎo)致管道基坑坍塌，致使管道滑落，造成事故。在粉質(zhì)黏土上施工時(shí)，需要注意粉質(zhì)黏土的時(shí)效性，管道焊接時(shí)一般用土坑將管道架起，一旦粉質(zhì)黏土發(fā)生變形，管道就非常有可能滑落，砸傷施工人員。

1.3 自然環(huán)境有害因素分析

管道施工有可能會(huì)受到氣候影響，山東江蘇兩省中的連云港、宿遷兩市為臨海城市，夏季臺(tái)風(fēng)多發(fā)季節(jié)，如果有臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)會(huì)造成多日陰雨天氣，導(dǎo)致管道基坑積水嚴(yán)重，施工人員無法確定坑中積水情況貿(mào)然施工極易發(fā)生事故，并且因?yàn)榉e水問題部分用于架接管道的土坑容易坍塌，導(dǎo)致管道從土坑上滑落造成事故。并且檢測、焊接等工作無法在陰雨天氣及積水嚴(yán)重地點(diǎn)工作，所以為了保證不延誤工期，需要在施工前確定好天氣條件，先施工降水量大，降雨頻繁地點(diǎn)。

2 天然氣管道泄漏檢測方法研究

2.1 天然氣管道檢測方法介紹

無損檢測是一種現(xiàn)代工業(yè)、機(jī)械業(yè)常用的檢測方式。無損檢測可以通過物理、化學(xué)手段在不破壞物質(zhì)結(jié)構(gòu)的情況下對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行安全性檢測，現(xiàn)在常用的無損檢測有射線、超聲、滲透3種檢測方法，以及最新的相控陣檢測（PAUT）。

此次青寧項(xiàng)目用到的相控陣檢測法是近年來才開始使用的檢測法，還處于試用階段，本文主要介紹相控陣檢測與常規(guī)檢測的差異。天然氣管道的泄漏檢測主要為應(yīng)用無損檢測的方法來確保管道的安全性

2.1.1 射線檢測

射線檢測已經(jīng)是一項(xiàng)非常成熟的檢測技術(shù)，起初射線檢測利用X射線對(duì)工業(yè)機(jī)械業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行無損檢測，經(jīng)過多年的發(fā)展現(xiàn)在的射線檢測基本都是利用γ射線對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行無損檢測。但是無論是X射線或是γ射線都會(huì)對(duì)人產(chǎn)生輻射危害，所以為了避免射線輻射對(duì)檢測人員的傷害，國家大力研究及發(fā)展超聲相控陣檢測技術(shù)。

2.1.2 超聲相控陣檢測

相控陣檢測雖然檢測技術(shù)相對(duì)于射線不夠成熟，甚至沒用相對(duì)明確統(tǒng)一的檢測標(biāo)準(zhǔn)，但是相控陣檢測技術(shù)檢測更加全面，系統(tǒng)對(duì)管道上可能出現(xiàn)的問題也更加敏感。隨著社會(huì)發(fā)展與科技進(jìn)步，相控陣檢測法的全面性與對(duì)管道缺陷，傷口的探查得敏感性會(huì)讓這種還不夠成熟的檢測技術(shù)成為以后無損檢測的主要檢測方法。

2.1.3 液體滲透檢測

液體滲透檢測是通過液體對(duì)固體的潤濕能力和毛細(xì)現(xiàn)象來完成的，需要先將滲透液滲入被檢產(chǎn)品檢測部位，然后在被檢測產(chǎn)品的表面涂抹一層具有吸附力的白色顯像劑，將產(chǎn)品內(nèi)的滲透液吸出，在顯像劑表面就可以得到檢測的結(jié)果，最后觀察結(jié)果，得出檢測結(jié)論就完成了對(duì)產(chǎn)品的液體滲透無損檢測。

2.2 天然氣管道無損檢測

無損檢測原理：無損檢測是指利用材料的聲、光、磁、電等特性，在不損害或影響被檢測物使用性能的前提下，檢測被檢測物是否存在缺陷或不均勻，并提供缺陷大小、位置性質(zhì)和數(shù)量。與破壞性檢測相比，無損檢測具有以下特點(diǎn)。第一種是無損檢測，檢測時(shí)不會(huì)損害被檢測物的使用性能；第二種是綜合性的，因?yàn)闄z測是無損的，所以需要對(duì)被檢測物進(jìn)行100%的綜合檢測，這是不可能進(jìn)行破壞性檢測的；第三種是全量程的，破壞性試驗(yàn)一般只適用于對(duì)原材料的檢測，如拉伸、壓縮、彎曲等過程中普遍采用的力學(xué)，對(duì)制造用原材料進(jìn)行破壞性試驗(yàn)。對(duì)于成品和在用物品，除非不準(zhǔn)備繼續(xù)使用，否則不能進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，而非破壞性試驗(yàn)不損害被試物的使用性能。所以，它不僅可對(duì)制造用原材料、各中間工藝環(huán)節(jié)，直至最終產(chǎn)成品進(jìn)行全程檢測，也可對(duì)服役中的設(shè)備進(jìn)行檢測[1]。

2.3 相控陣探傷檢測與超聲探傷，射線檢測的區(qū)別

在工程項(xiàng)目中相控陣檢測法用處基本與射線檢測法相同，通過與射線檢測法的結(jié)果對(duì)比來確定相控陣檢測法的結(jié)果。相控陣探傷檢測法原理與超聲探傷檢測相似有不同，超聲相控陣技術(shù)的基本思想來自雷達(dá)電磁波相控陣技術(shù)。

（1）相控陣檢測難點(diǎn)。國內(nèi)有關(guān)相控陣探傷無損檢測還沒有相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，在此次的青寧管道工程項(xiàng)目中相控陣檢測標(biāo)準(zhǔn)暫時(shí)沿用中石化有關(guān)超聲探傷檢測的標(biāo)準(zhǔn)，在工程開工之前，需要先將此標(biāo)準(zhǔn)上報(bào)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，征得同意后再與項(xiàng)目所經(jīng)的山東、江蘇兩省各地安監(jiān)局備案后才可以按照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。

（2）相控陣探傷機(jī)的組成。超聲相控陣是超聲探頭晶片的組合，由多個(gè)壓電晶片按一定的規(guī)律分布排列，然后逐次按預(yù)先規(guī)定的延遲時(shí)間激發(fā)各個(gè)晶片，所有晶片發(fā)射的超聲波形成一個(gè)整體波陣面，能有效地控制發(fā)射超聲束（波陣面）的形狀和方向，能實(shí)現(xiàn)超聲波的波束掃描、偏轉(zhuǎn)和聚焦。采用機(jī)械掃描和電子掃描相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)圖像成像。

（3）超聲相控陣與射線檢測對(duì)比。與射線檢測相比，超聲波探傷優(yōu)點(diǎn)更加明顯，檢測更加快捷方便。如圖1、圖2所示相控陣檢測只需要一個(gè)相控陣檢測儀器即可，而射線檢測需要管道爬行器在管道中工作，工作人員需要根據(jù)爬行器報(bào)警的“滴滴”聲來確定爬行器位置，準(zhǔn)確地將效果圖拍攝放在管道外的底片。并且射線檢測需要用到的爬行器遠(yuǎn)大于超聲相控陣探傷儀，也更加沉重，工作時(shí)不易攜帶，不慎掉落可能會(huì)砸傷檢測人員。

（4）相控陣探傷儀的優(yōu)點(diǎn)。相比之下，超聲相控陣探傷儀更加小巧方便，易于攜帶，也更加安全。相控陣探傷儀雖然相較于超聲探傷儀更加全面，相較于射線檢測更加簡便安全，并且沒有射線檢測的復(fù)雜后期工作。相控陣探傷儀會(huì)將管道情況記錄在探傷儀中的儲(chǔ)存卡呢，評(píng)片人只需要將儲(chǔ)存卡內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上就可以準(zhǔn)確地觀察問題。而如此方便快捷的檢測方法沒有完全普及徹底代替射線檢測法的原因是因?yàn)橄嗫仃囂絺麑?duì)管道情況十分敏感，有許多在相控陣探傷儀上表現(xiàn)出來的問題并不是缺陷，所以此次青寧項(xiàng)目同時(shí)使用相控陣探傷與射線檢測的原因就是通過對(duì)比確定相控陣碳上的準(zhǔn)確性與標(biāo)準(zhǔn)。

3 天然氣管道泄漏危害及安全控制措施

3.1 天然氣管道泄漏危害

與其他燃燒能源相比，天然氣更加環(huán)保安全，但是天然氣依舊是一種易揮發(fā)的無色易燃易爆氣體，當(dāng)天然氣在空氣中的濃度達(dá)到5%以上就可能會(huì)發(fā)生爆炸?？諝庵休^小濃度的天然氣一般不會(huì)對(duì)人體造成傷害，但濃度一旦達(dá)到10%以上，就會(huì)對(duì)人體有害，會(huì)造成呼吸困難、眩暈虛弱、昏迷甚至失去生命。當(dāng)天然氣中具有一定量的硫化氫氣體時(shí)，如當(dāng)空氣中的硫化氫達(dá)到0.31mg/L時(shí)，人的眼、口、鼻等就會(huì)因受到強(qiáng)烈的刺激而引起怕光、流淚、嘔吐、頭痛等癥狀，而當(dāng)空氣中的硫化氫含量達(dá)到1.54mg/L時(shí)，便會(huì)讓人死亡。再就是燃燒不夠充分的天然氣也會(huì)讓一氧化碳等有損人體健康的氣體得以產(chǎn)生。

3.2 天然氣管道安全控制措施

3.2.1 按要求確定管線位置

作為長輸氣管道工程，按照國家要求在設(shè)計(jì)選線時(shí)盡量避開城鄉(xiāng)規(guī)劃區(qū)。并且與大部分公路，鐵路保持一定的安全距離。與鄰近鐵路線路的防火間距分別不應(yīng)小于25m和50m，且距鐵路用地界不小于3.0m。低壓可燃?xì)怏w管道與鄰近鐵路線路的防火間距不應(yīng)小于5m。并且不同管線平行埋設(shè)時(shí)間距不小 于6m[2]。

3.2.2 建立健全安全管理制度

對(duì)于天然氣長輸管道系統(tǒng)的管理，建立安全生產(chǎn)責(zé)任制，實(shí)施責(zé)任落實(shí)制度，對(duì)杜絕安全風(fēng)險(xiǎn)，避免發(fā)生安全事故，做出突出貢獻(xiàn)的崗位員工予以獎(jiǎng)勵(lì)，而由于人為的違章操作等因素，引發(fā)安全事故，造成經(jīng)濟(jì)損失的情況，予以處罰，崗位員工提高安全意識(shí)，盡心盡力地做好安全工作，提高長輸管道的生產(chǎn)管理水平，保證提高生產(chǎn)效率。建立健全各種規(guī)章制度，嚴(yán)格執(zhí)行這些規(guī)章制度，并要求崗位員工遵守各項(xiàng)安全操作規(guī)程，學(xué)習(xí)長距離管道輸氣的知識(shí)，解決生產(chǎn)實(shí)際問題。

4.2.3 實(shí)施HSE管理體系

針對(duì)天然氣長輸管道系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)天然氣生產(chǎn)現(xiàn)場的集輸管網(wǎng)系統(tǒng)、集氣系統(tǒng)以及城市用戶等系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量管理。按照HSE管理體系的要求，建立基礎(chǔ)資料，并設(shè)置專業(yè)的安全監(jiān)督管理人員，發(fā)現(xiàn)安全隱患，及時(shí)處理。避免發(fā)生違章指揮及違章操作的行為，保證健康、安全穩(wěn)定地完成天然氣輸送的任務(wù)。對(duì)于石油天然氣生產(chǎn)企業(yè)，按照HSE管理體系的要求，合理組織生產(chǎn)施工，并執(zhí)行二書一表的管理模式，以領(lǐng)導(dǎo)承諾、全員參與的方式，提高安全生產(chǎn)管理水平。保證天然氣輸送全過程的安全，按照管理目標(biāo)和體系的要求，做好基礎(chǔ)資料的整理工作，及時(shí)進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理，制定事故應(yīng)急預(yù)案，并實(shí)時(shí)進(jìn)行應(yīng)急演練，一旦發(fā)生安全生產(chǎn)事故，能夠?qū)p失降到最小，使天然氣生產(chǎn)企業(yè)減少損失。HSE管理體系是比較成熟的安全管理體系，針對(duì)天然氣長距離管道輸送系統(tǒng)的特點(diǎn)，采取必要的改進(jìn)措施，優(yōu)化管理體系的內(nèi)涵，使其滿足長輸管道的需要。對(duì)于天然氣的生產(chǎn)過程實(shí)施安全管理，減少各種跑冒滴漏的現(xiàn)象，避免造成環(huán)境污染，防止引起火災(zāi)、爆炸等事故的發(fā)生，達(dá)到天然氣長輸管道系統(tǒng)的安全管理目標(biāo)，提高天然氣生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[4]。

5 結(jié)論

通過對(duì)焊接及管道檢測過程中的危險(xiǎn)有害因素分析以及安全檢查表確定工作中的危險(xiǎn)源，確認(rèn)施工、檢測及維護(hù)過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，確認(rèn)安全管理制度，選擇最佳施工地質(zhì)條件，做好施工現(xiàn)場保護(hù)措施。確認(rèn)天氣環(huán)境，密切關(guān)注周邊氣候情況，避免施工時(shí)遇到不安全的天氣狀況。確保施工器械、檢測儀器和施工車輛安全狀態(tài)，設(shè)備出現(xiàn)問題需要及時(shí)檢修。確認(rèn)施工人員和檢測人員的工作狀態(tài)，建立完善的獎(jiǎng)懲制度，避免由于施工和檢測人員的不安全狀態(tài)、不安全行為出現(xiàn)施工、檢測問題，導(dǎo)致事故發(fā)生。

根據(jù)項(xiàng)目工程中應(yīng)用的主要檢測方法，射線檢測以及超聲波探傷檢測的檢測情況對(duì)比，超聲探傷檢測結(jié)果更加全面，檢測度更加靈敏并且操作更加方便，檢測結(jié)果易保存，所以在未來的無損檢測行業(yè)發(fā)展超聲波相控陣探傷檢測將是主要的發(fā)展方向。

在實(shí)際工作中，對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行無損技術(shù)檢驗(yàn)，可以預(yù)防一些焊接缺陷問題出現(xiàn)，是保證其安全運(yùn)行的重要措施。因此在實(shí)際工作中，應(yīng)該重視無損技術(shù)的應(yīng)用，確立好天然氣管道工程的安全控制措施，以保證長輸氣管的在安裝以及運(yùn)行過程中的安全。