热电厂天然气输气管道定期检验分析与建议

高辉1 董斌2 李志楠3

1.河北省特种设备监督检验研究院；

2.中国航空油料有限责任公司河北分公司；

3.湖北众深科技有限公司

摘要：为保证热电厂输气管道在升压后安全运行，依据压力管道定期检验规则，于2017年首次进行管道定期检验和合于使用评价，结果发现除缺失三桩一牌、占压、防腐层破损等常规问题外，应监管部门要求还需开展杂散电流专项评估、体育大街路段的稳定性校核。委托专业单位进行了稳定性校核，在石家庄地铁2号线开通后进行了杂散电流专项评估。2022年再次定期检验结果表明，管道升压后可以安全稳定运行，建议有条件时输气管道改线或热电厂搬迁。

关键词：燃气管道；升压运行；定期检验；安全评价

石家庄热电天然气输气管道由华北石油勘察设计研究院设计、中国石油天然气管道局施工，于2006年11月投用，包括1条干线、2座站场和3座阀室。该管道输气规模为13×108 m3/a，设计压力为4.0 MPa，管道规格为610 mm×7.1/9.5/11.9 mm，采用螺旋缝埋弧焊钢管，全长28.1 km，其中郊区近22 km，市区约6 km，全线采用三层PE加强级防腐，管道设计为GB1级，全线设阴极保护站1座，建在鹿泉门站内，郊区管道阴保方式为强制电流，市区为牺牲阳极。

随着石家庄热电厂用气量持续增加，需要通过提升管道压力等级增加输气量。市区约2 km管道在体育大街直埋敷设，此处人员密集，车辆较多，存在一定安全隐患。根据TSG D 7003―2010《压力管道定期检验规则 长输（油气）管道》第五条规定：“运行工况显著改变导致风险提高，应立即进行全面检验”。按照《河北省特种设备安全监察规定》程序，河北省特种设备监督检验研究院（以下简称河北特检院）对该管道进行定期检验和合于使用评价，并于2022年对重点部位再次进行检测。

1 历次定期检验结果

（1）宏观检查。2017年宏观检查发现管道沿线人员、车辆活动频繁，有直接占压9处，部分“三桩一牌”缺少和偏移。2022年宏观检查发现管道周围人员活动依旧频繁，但大部分占压已清理拆除，占压严重的西湖一品小区（现称龙溪东苑）管段正在规划新路由准备改线，管道标识已补充完善。宏观检查结果如表 1所示。

表 1 燃气管道两次宏观检查情况对比

（2）土壤电阻率检测。根据GB/T 19285―2014《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》，2017年共检测9处土壤电阻率，其中2处土壤腐蚀性等级为中（44.6Ω.m和22.7Ω.m） ；7处为弱（83.3 Ω.m ～166.1 Ω.m），土壤腐蚀性总体为弱。2022年检测结果与此差异不大。

（3）杂散电流干扰检测。地铁开通前检测，2017年，鉴于当时石家庄市区地铁2号线即将开通，监管部门要求对市区地段管线进行杂散电流干扰全面评估，必要时安装排流装置。根据GB 19285―2014《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》第4.3.4条，采用电位波动法检测9处杂散电流波动情况，7处杂散电流干扰等级为强，部分结果如图 1所示。

图 1 2017年市区管道杂散电流干扰检测情况

地铁开通后检测，2020年9月再次开展杂散电流干扰测试， 测量参数包括：自然电位、通电电位、断电电位、交流电压。全线测试桩处管道断电电位及自然电位分布如图 2所示。从图 2可以看出，L073测试桩处断电电位正于﹣850 mV（CSE），但此处满足土壤电阻率在100 Ω·m至1000 Ω·m环境中，管道电位宜负于﹣750 mV（CSE）标准（GB/T 21448―2017《埋地钢质管道阴极保护技术规范》第4.3.1.5条）要求，达到有效保护。

图2 全线管道测试桩处管道断电电位及自然电位分布图

结合2017年定期检验结果，重点选取10处受杂散电流干扰影响较大的位置进行24小时通、断电电位检测，典型结果如图 3所示。

图 3 4处测试桩24小时通、断电电位检测结果

从图 3可知，4个位置的通电电位均受到一定程度的直流干扰，测试桩L073、L077、L107、L115通电电位分别在﹣1200 mV～﹣1700 mV、﹣1200 mV～﹣2000 mV、﹣600 mV～﹣1800 mV、﹣1320 mV～﹣1460 mV波动。

L073、L077和L115桩的断电电位基本不受直流干扰影响，L107桩断电电位在﹣800 mV左右波动，这是因为检测期间自身阴保不合格所致。2020年电位专项测试过程中，因阴保站恒电位仪运行异常，部分测试桩断电电位无法满足阴保准则要求，经增大恒电位仪输出，并配合牺牲阳极保护，之后监测断电电位一直负于﹣850 mV，满足阴极保护要求。

（4）其他检测结果。外防腐层检测，2017年共发现疑似防腐层破损点8处（图 4），已开挖修复。2022年外防腐层检测未发现破损点。阴极保护检测，2017年定期检验中，发现石家庄北二环附近管道由于离鹿泉阴保站的强制电流越来越远，其通电电位和断电电位均达不到要求。后期经调整恒电位仪输出并在市区管段安装牺牲阳极后，2022年再次检验其断电电位均负于﹣0.850 V，达到阴极保护要求（表 2）。

图 4 2017年管道防腐层检测结果示例

表 2 两次定期检验测试电位数据对比

2017年合于使用评价中，根据GB/T 30582―2014《基于风险的埋地钢质管道外损伤检验与评价》进行剩余强度评价，发现管道缺陷点最大允许操作压力（MAWP）为6.41 MPa，局部金属损失缺陷可接受。初步结论为管道符合升高输送压力条件。

2022年重点路段检测未发现疑似缺陷点，保守考虑，延用2017年剩余强度评价结果，最大允许操作压力6.41 MPa，目前运行压力满足输送要求。

2 径向稳定性校核

由于市区管段在二环内体育大街直埋敷设，管道存在沉降压裂和断裂风险，由中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司开展管道稳定性校核，河北省特检院在此基础上进行验算和修正。

依据GB 50251―2014《输气管道设计规范》，当管道埋设较深或外载荷较大时，按无内压状态验算管道在外力作用下的变形量，要求最大变形量Δx≤0.03 D， 验算公式见式（1）（2），计算结果如表 3所示。

其中，W=γ×D×H+行驶车辆动载荷；Δx 为钢管水平方向最大变形量，m；D为钢管外径，610 mm；Dm为钢管平均直径，m；Z为管变形滞后系数，取1.5；K为基床系数，0.103；E为钢材弹性模量，N/m2；I为单位管壁截面惯性矩，2.08×10-8m4/m；δn为钢管公称壁厚，m；Es为土壤变形模量，2.8 N/m2；W为作用在单位管长上的总竖向载荷，N/m（参考JTG D60―2015《公路桥涵设计通用规范》）；γ为土壤容重，MN/m3，取0.017；H为管顶回填土高度，m。

表 3 管道稳定性校核计算结果

由计算结果可以得出，直埋于体育大街下的4处管顶埋深分别为2.54 m、3.44 m、3.20 m、3.03 m，体育大街公路通行车辆的单轴最大动载荷为25 t（三轴），满足径向稳定性校核要求。

3 结论

（1）压力管道定期检验可有效保障管道安全运行。通过提升管道压力等级增加输气量，应及时进行压力管道定期检验，必要时进行压力试验，有条件时开展专家论证。开展市区管道全面检验时，应着重进行管线踏勘、管道宏观检查（重工业区占压、重型车辆运行频繁处）等，使检验方案具有针对性。

（2）规划管道路由时应全面统筹，避免敷设交通枢纽路面下方，地铁相邻敷设区应考虑排流设施等。

（3）按国家规范要求做好年度检查工作，定期检测/监测有明显杂散电流源的管道断电电位数据，动态调试阴极保护系统，配合安装牺牲阳极使管道处于良好保护状态。

（4）尝试考虑多部门联合管理，比如控制体育大街车速，减少冲击系数，可降低管道总竖向和径向载荷，有条件时考虑热电厂搬迁或市区管道改线、增加壁厚等，共同保障管道安全运行。

本文来源：《管道保护》2023年第1期（总第68期）