天然氣管道安全運(yùn)行危害因素及防范措施

 近年來國內(nèi)天然氣產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展，城鎮(zhèn)氣化率快速提高，不僅大中城市天然氣已經(jīng)普及，經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)也已經(jīng)敷設(shè)了大量的天然氣管道，這些埋設(shè)在地下的天然氣管道經(jīng)常受到人為及其他原因的損壞¨乞0。例如，2006年，湖北省黃岡市穿越長江的天然氣管道發(fā)生破裂，導(dǎo)致城區(qū)約1×10⁴戶家庭用氣受到影響。2010年4月，武漢市三環(huán)線 漢口姑嫂樹立交橋處，某勘測單位鉆探施工時，不慎將0711的天然氣高壓B管道鉆破，導(dǎo)致沿線逾60×10⁴戶居民、工商用戶用氣受到影響。

根據(jù)國內(nèi)較早使用天然氣的四川地區(qū)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及國外的研究成果，危害天然氣管道安全、引起管道事故的因素很多，主要包括天然氣自身的易燃易爆性、管道的腐蝕、設(shè)計與施工缺陷二次建設(shè)工程的破壞或第三方破壞、自然災(zāi)害、材料及設(shè)備缺陷、錯誤操作等。上述危害因素可分為內(nèi)因和外因，天然氣的易燃易爆性是天然氣管道發(fā)生事故的內(nèi)因，但它是不可以改變的。其他因素則是天然氣事故發(fā)生的外因，可以采取措施進(jìn)行預(yù)防，將事故發(fā)生的概率降低到最小。按照造成事故的主體可分為自然災(zāi)害和人為災(zāi)害，如地震、滑坡等屬于自然災(zāi)害，而管道的腐蝕、設(shè)計與施工缺陷、第三方破壞、材料及設(shè)備缺陷、錯誤操作等則屬于人為災(zāi)害。隨著國內(nèi)天然氣管道的逐年發(fā)展，很有必要分析管道的危害因素并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。本文從設(shè)計和施工的角度，對幾種常見的危害因素及相應(yīng)的措施進(jìn)行分析。

    管道的選線是設(shè)計中的先導(dǎo)性、基礎(chǔ)性工作，不僅決定著工程造價，而且決定著管道的運(yùn)行安全。如果設(shè)計中不注意管道所經(jīng)地區(qū)的地質(zhì)條件、地震情況、水文資料以及所經(jīng)區(qū)域的發(fā)展規(guī)劃，就可能使管道敷設(shè)在不穩(wěn)定地層、地下采空區(qū)、泥石流滑坡地區(qū)、未來城市中心區(qū)等，均會導(dǎo)致管道運(yùn)行時由于自然災(zāi)害和人為因素而發(fā)生管道事故。管道選線的基本指導(dǎo)原則應(yīng)是保持管道敷設(shè)土層穩(wěn)定可靠、減少人類活動對管道的影響這L安全第一原則。選線時應(yīng)通過基礎(chǔ)資料(如地質(zhì)勘探資料、水文資料、未來規(guī)劃等)，選定管道的平面位置，有必要時，還需要進(jìn)行選線勘查(可行性研究階段勘查)，探明地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、水文地質(zhì)等概況，并判斷可能產(chǎn)生的自然災(zāi)害及人為危害因素，采取相應(yīng)的措施。如，管道上下坡段，為減少坡面侵蝕，應(yīng)采用擋土墻(漿砌、灰土等)作為深層防沖措施(見圖1)，同時采用+q-合成材料(土工格室、植生帶)作為淺層護(hù)面措施，防止坡面降雨的擊濺侵蝕。對于坡腳，通常采用護(hù)坡或擋墻作為防止坡腳侵蝕的措施。穿越巖質(zhì)河床，則采用混凝土連續(xù)澆注。對于鵝卵石河道，則采用淤土壩作為防沖切的深層保護(hù)措施(見圖2)。沿河敷設(shè)的管道采用砌筑護(hù)坡或漿砌護(hù)岸(見圖3)。若經(jīng)過現(xiàn)狀或規(guī)劃的三、四級地區(qū)，則應(yīng)采取增大管道壁厚、提高焊縫檢驗比例、管道上敷設(shè)混凝土蓋板等措施防止人類活動對管道的影響(見圖4)。如上述武漢市高壓B管道被鉆破事件，若管道之上敷設(shè)有混凝土蓋板，既可有效防止此類事故發(fā)生，又可減少挖掘機(jī)等機(jī)械破壞。

    管道壁厚和材料選擇主要根據(jù)GB 5025l一2003《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》或GB 50028--2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》。管道強(qiáng)度計算校核時，對管道的受力分析不當(dāng)，或地區(qū)等級分級不準(zhǔn)造成強(qiáng)度設(shè)計系數(shù)取值錯誤，將使強(qiáng)度計算結(jié)果及管材(鋼級)、壁厚的選用不恰當(dāng)，彎管未考慮壁厚增大系數(shù)等。例如，管道強(qiáng)度設(shè)計系數(shù)是根據(jù)管道所經(jīng)地區(qū)的建筑物密集程度及人類活動的影響程度或管道穿跨越公路等級、河流大小等情況進(jìn)行地區(qū)分級選取的，如果管道沿線勘察資料不詳或沒有勘察資料，會造成地區(qū)分級不準(zhǔn)確，強(qiáng)度設(shè)計系數(shù)選取不恰當(dāng)。若這種失誤導(dǎo)致管道壁厚計算值偏高，則會造成管道造價的無謂加大，造成浪費(fèi)；若這種失誤導(dǎo)致管道壁厚計算值偏低，將不能滿足管道的安全性需求。

    若管道應(yīng)力分析、強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性、抗震校核失誤，會造成管道在特定條件發(fā)生時變形、彎曲甚至斷裂。如對當(dāng)?shù)氐牡卣鹪O(shè)防烈度、地震斷層等參數(shù)調(diào)查不清，則會導(dǎo)致所選用的材料(鋼級)不當(dāng)，或彎管的曲率半徑不符合要求，降低了對地震等災(zāi)害的抵御程度。當(dāng)?shù)卣鹪O(shè)防烈度較高時，應(yīng)采用較低鋼級的管道并加大壁厚，以增強(qiáng)鋼管的延展性能，并采用彎曲半徑為管道直徑6倍的彎管。

穿越設(shè)計時，當(dāng)設(shè)計壓力大于等于4．0 MPa時，所選用的鋼管應(yīng)符合GB 9711．2—1999《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第2部分：B級鋼管》的規(guī)定。設(shè)計壓力小于4．O MPa時，所選用的鋼管應(yīng)符合GB 9711．1一t999《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第l部分：A級鋼管》、GB9711．2—1999《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件  第2部分：B級鋼管》和GB／T 8163_2008《輸送流體用無縫鋼管》、GB 6479--2000《高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》、GB 5310—1995《高壓鍋爐用無縫鋼管》的規(guī)定。

天然氣管道相當(dāng)大比例為鋼質(zhì)管道，鋼質(zhì)管道的腐蝕不可避免，腐蝕不僅造成每年大量的鋼鐵資源的腐蝕消耗，而且是在役天然氣管道發(fā)生事故的主要因素之一。腐蝕既有可能大面積減薄管道的壁厚，又有可能導(dǎo)致管道穿孔，引發(fā)事故。埋地管道不僅受到土壤中化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)腐蝕，還有電化學(xué)腐蝕、細(xì)菌腐蝕和雜散電流腐蝕等。避免腐蝕造成危害的主要措施就是從設(shè)計、施工階段做起，選用合適的防腐層，精心測量土壤腐蝕控制參數(shù)并設(shè)計安裝陰極保護(hù)系統(tǒng)，同時在運(yùn)行階段還要做好定期的腐蝕檢測工作，防患于未然。輸氣管道防腐設(shè)計應(yīng)符合GB／T 21447--2008《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，陰極保護(hù)設(shè)計應(yīng)符合GB／T 21448—2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

天然氣管道屬于易燃易爆的壓力管道，施工企業(yè)必須具有國家或行業(yè)主管部門認(rèn)定的施工資質(zhì)，并嚴(yán)禁采用工程分包、資質(zhì)掛靠等手段承攬工程。不具備資質(zhì)的施工企業(yè)一般無天然氣管道施工經(jīng)驗，無專用運(yùn)輸設(shè)備、焊接設(shè)備等機(jī)具，無相關(guān)的材料設(shè)備到場驗收、保管制度和經(jīng)驗，無合格的焊接人員，甚至無專業(yè)的施工員，因此施工質(zhì)量必定無法保證。因此，在天然氣管道的建設(shè)過程中，必須按照國家相關(guān)規(guī)定對工程進(jìn)行招投標(biāo)，選擇具有相應(yīng)實力的施工企業(yè)承擔(dān)施工任務(wù)。

    管道常見的焊接缺陷有裂紋、夾渣、未熔合、焊瘤、氣孔和咬邊等。管道一旦建成投產(chǎn)，一般情況下

都是連續(xù)運(yùn)行，管道中若存在焊接缺陷，不但難以發(fā)現(xiàn)，而且不容易修復(fù)，會給管道安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。因此，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接操作規(guī)程，焊接前必須做焊接工藝評定并制定焊接工藝指導(dǎo)書，選用合格的焊工進(jìn)行焊接操作，焊接完成后應(yīng)按照規(guī)范和設(shè)計要求進(jìn)行無損檢驗，無損檢驗人員必須由第三方擔(dān)任，且檢驗費(fèi)用必須由業(yè)主直接支付，以確保檢驗結(jié)果的

  公正司靠。

  3．3防腐層補(bǔ)口與補(bǔ)傷

    管道防腐層的補(bǔ)口與補(bǔ)傷是防止管道腐蝕危害的重要工序。在施工過程中由于各種原因造成鋼管外表面的防腐涂層損壞要進(jìn)行補(bǔ)傷，鋼管的接頭處應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)口。補(bǔ)口與補(bǔ)傷材料選擇不當(dāng)、質(zhì)量不良會影響管道耐腐蝕性能，從而引起管道的腐蝕。因此，管道補(bǔ)口、補(bǔ)傷完畢后必須進(jìn)行外防腐層的電阻測試，合格后方允許回填。

    若管溝開挖深度或穿越深度不夠，或管溝地基不穩(wěn)定，當(dāng)回填壓實，特別是采用機(jī)械壓實時，將造成管道向下彎曲變形。地下水位較高而管溝內(nèi)未及時排水就敷設(shè)管道，會造成管道底部懸空；管底存在較大范圍的流沙層且固沙措施不當(dāng)，也會造成管道底部懸空。如果夯實不嚴(yán)，極易造成管道上拱變形。

  回填土的土質(zhì)達(dá)不到規(guī)范要求時，其中的石塊等可能刺傷防腐層�；靥罡叨�、夯實程度達(dá)不到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求時，會造成管道埋深不夠、管溝地基不實等問題，導(dǎo)致管道受力不均勻和管道變形，容易帶來安全隱患。

  3．5管道穿跨越

    管道往往不可避免地要穿跨越城鎮(zhèn)道路、高速公路、國道(省道)、鐵路(見圖5)及江河或其他特殊設(shè)施。對于穿跨越管道，由于管道運(yùn)行后難以再實施檢修工作或檢修工作難度大、費(fèi)用高，因此管道穿跨越施工及措施的好壞直接影響著管道穿跨越的質(zhì)量。穿跨越河流段的管道(見圖6)，當(dāng)河床受水流沖刷而使其覆土厚度逐漸減小，將可能造成管道懸空。對于通航河道，如果進(jìn)行疏�；虼�舶拋錨時，將對管道構(gòu)成危害。如果管道配重(見圖7)不足，將會造成管道的上浮而破壞。因此，應(yīng)特別注意穿越深度及穿越層的穩(wěn)定，同時應(yīng)修建適當(dāng)?shù)臉?biāo)志物、護(hù)岸、護(hù)底、配重塊等保護(hù)設(shè)施，使管道免于破壞。

  4結(jié)語    ‘

    通過分析管道設(shè)計和施工不當(dāng)可能對天然氣管道產(chǎn)生的危害，并提出防范的措施，可以從源頭上避免或減少事故的發(fā)生。此外，后續(xù)的管道運(yùn)行維護(hù)也很重要，任何疏忽都有可能對天然氣管道造成危害。因此，對天然氣管道應(yīng)進(jìn)行全過程和全生命周期內(nèi)管理和維護(hù)，****程度地降低對天然氣管道造成的危害，保證天然氣管道安全平穩(wěn)運(yùn)行，促進(jìn)天然氣產(chǎn)業(yè)更好更快地發(fā)展。