城市埋地燃气管道腐蚀状况地面检测的问题与建议

1.引言

 

城市埋地燃气管道安全事故所造成的经济损失和环境污染令人震撼，政府部门以及有关权属单位对此十分关注。截止2000年底，我国城市燃气管道总长度已达89473公里，其中煤气管道48384km，占54.08%;天然气管道33655km，占37.61%;液化石油气管道7434km，占8.31%。就材质而言，沧州欧谱铸铁管约占39.86%;钢管约占38.49%;镀锌管约占20.76%;水泥管仅仅占0.19%;聚乙烯管也仅占0.7%，可见绝大多数是金属管道。虽然城市埋地燃气管道安全运行故障种类较多，故障致因也比较复杂，但从统计分析的结果来看，约有三分之一的运行故障和安全事故与管道金属腐蚀有关。

 

管体金属腐蚀是一种不可抗拒的自然现象，它只能被阻缓而不能消灭。针对在线管道腐蚀问题，防腐工作者做了不懈的努力，研发了多种防护技术和防腐产品;无损检测工作者也开发、引进了一些各具特征的腐蚀检测技术和评估手段。这些防护与检测技术的实施，为国家挽回了巨额损失，创造了不可低估的社会、经济效益。

 

然而，防腐层在逐年老化，加之新、原建管线之间阴极保护系统难于做到排流合理、恰当、完全协调，管道腐蚀造成的泄漏事故仍然在不断发生，如不采取有效措施，必然会导致愈演愈烈的结果。因此，对城市在线埋地燃气管道的腐蚀状况进行检测，预估其安全险段、继而采取有效的防护和维修措施是迫在眉睫的任务。

 

2.城市埋地燃气管道腐蚀致因

 

(1)管道所输送的燃气介质具腐蚀性是管内壁发生腐蚀(厚度减薄且不均匀)的根本原因;

 

(2)原始(补口质量、防腐层与回填工艺等)缺陷是管道外部腐蚀的诱发因素;

 

(3)天然震动和频繁的周期性人文振动(如道路交叉口)使应力沧州欧谱不均匀的管件结合部位疲劳损伤，继而产生电偶腐蚀;

 

(4)防腐层自然老化，阴极(牺牲阳极)保护能力减弱、排流条件发生变化而未及时调整，都会导致腐蚀速率趋高;

 

(5)复杂分布而又方向多变的工业游散电流以及化工废液渗漏等人文因素的影响;

 

(6)其它行业埋设地下构、建筑物时难以避免的开挖影响等。

3.城市埋地燃气管道腐蚀状况地面检测的主要任务

 

与长输管道不同，城市埋地燃气管道腐蚀检测工作绝大多数情况下只能在地面进行，但就其检测任务而言，却是基本相同的。具体说来有三个方面：

 

(1)评价管体及其配设管件的金属腐蚀或疲劳损伤状况(定性)与程度(定量);

 

(2)探查防护措施(内涂敷层、外包覆层、阴极保护或牺牲阳极保护等)是否老化、失效或者遭破坏;

 

(3)确定管道安全运行故障和隐患的空间位置，包括：

 

① 管体及其配设管件腐蚀或疲劳损伤段(点);

 

② 防腐层剥离、老化、破损以及阴极(或牺牲阳极)保护失效部位;

 

③ 应力变型与堵塞、折断、泄漏等运行故障点;

 

④ 瑕疵、裂纹、蚀孔等管道缺陷。

 

相对而言，由折断、开裂、穿孔导致的燃气泄漏危害巨大，是急待解决的问题。目前在一些城市里针对埋地燃气管道腐蚀问题开展的地面检测工作，其内容绝大多数是防腐层破损点定位和防腐层绝缘程度测评，但这仅仅是埋地管道腐蚀检测工作中的一部分。

 

4.城市燃气管道腐蚀状况地面检测所面临的技术难题

 

(1)腐蚀检测的实施环境条件复杂、各类干扰严重

 

① 与其他(如供水、排水、供热等)管网和通讯、沧州欧谱电力等线缆在同一空间上交错分布，从中区分、辨识出检测目标(燃气管道)的难度大;

 

② 楼物、房舍、厂棚等建筑物和花圃、草坪、水池等文化设施密集分布，有的甚至直接(违章)覆盖在管道上方;人潮蜂拥、车流不断，检测环境十分复杂，检测条件变化很大;此外，水泥或沥青地面和路面也限制了某些(如气漏检测等)方法的应用;

 

③ 各类干扰严重，其他(非然气)埋地管线及其附属设施是主要的检测信息干扰源，另外还有天电、动力与通讯线路、工业游散电流以及地表随机出现的干扰体等。

 

(2)基础图纸资料问题较多，维修纪录、文档严重不全

 

城市埋地燃气管网系统不仅管路结构复杂，而且具有管材型号多样、防腐措施差异、敷设时间不同且年份跨度较大的特点。腐蚀检测工作应是建立在待测管道(包括管道的各种附属设施)已查明的基础之上，而且还必须参阅有关的运行文档，特别是故障资料和维修纪录。遗憾的是，由于历史原因，相当部分城市的埋地管网资料更新速度跟不上建设发展的需要：没有完整的地下管网分布图和相应的管网管理数据库;或者图纸陈旧，图面表示的内容与当前实际情况出入很大、问题较多以至难以实用或者不能使用;缺少连续、系统的管网运行文档，维修纪录零散而且严重不全。

 

(3)相当一部分检测手段限于复杂的检测环境而难于实施

 

管内漏磁检测、超声检测等内窥式检测技术在长输管道的腐蚀检测中可以精准地描述管道内壁的腐蚀状况。然而，限于城市埋地管道自身结构(连接关系)复杂和变径、变坡、变向、变深等随处可见的实际情况，除了少量主干管道可考虑采用以外，内窥式检测技术很难实施。其他几种常用的检测手段，面临复杂的检测作业环境和严重的电磁干扰，除了必须采用有效的抗干扰措施以外，也都还必须克服方法自身固有的困难，例如：“皮尔逊法”面对水泥或沥青覆盖(路)面产生了“接地难”的问题;“多频管中电流法” 和 “变频-选频法”都遇到了“线传输函数理论模型”在管路结构复杂情况下难以适用的问题;“脉冲瞬变场法”也不能在平行或重叠分布的管群中区分出待测管道的金属蚀失量。至于包括依据红外、磁力、声波以及气敏等原理的检测技术在内的其他检测手段，也都在复杂的施测环境中显得力不从心或者无能为力。

 

5.关于城市燃气管道腐蚀状况地面检测的几项建议

 

(1)进行腐蚀检测工作时，应当使用新、全的图纸和相关资料。

 

如果需要，首先应当进行地下管网探测工作。如果没有完整的地下管网分布图，或者现有的图纸年代久远、当前实有地物与图面不符、管道的结构标注不全等，都会给腐蚀检测工作带来一定的困难，影响检测结果的可信程度。此外，还应注意了解管路(网)运行历史，查阅有关维修纪录和故障致因分析资料，以便针对性地采用有效的检测方法和技术措施。

 

(2)选择适用的检测方法，通过实验制订科学的检测流程

 

国内外已经发布和应用的地下管道腐蚀检测方法与技术有数十种之多，它们有其各自的优势和不足，对检测条件的要求以及适用范围也不尽相同。迄今为止，尚未出现可以全面解决城市埋地燃气管道腐蚀检测问题的方法或者技术方案。检测工作者首先应当在熟悉现有方法优势和应用条件的基础上，根据检测对象的实际情况选择适用的检测方法或者方法组合，继而通过试验来确定一个科学、合理、经济的检测工作流程。应特别强调的是，无论是在确定检测方案之前，或者是在施测过程之中，都必须注意调查裸露管体、沧州欧谱管件以及其他附属设施的腐蚀状况，搜集有关的信息，采集有关的数据，以便对管道腐蚀状况作出准确、完整的评价。

 

(3)实施检测工作时要采用有效的抗干扰措施

 

通常情况下，对主动源类检测手段可以参照以下抗干扰技术措施：

 

① 在复杂分布的多种埋地管线中仔细地分辨出待检测的地下目标管道;

 

② 使用大功率激励源发射检测信号，尽可能地压制电磁干扰和杂散电流干扰，提高信噪比;

 

③ 布置数据(信息)采集(观测)点时尽可能地避开干扰体(如高压线路、埋地电缆等);

 

④ 采集(观测)数据时避开车流和人潮的高峰期或者高峰时段;

 

⑤ 每个数据(观测)采集点上都要进行多次重复采集(观测)，取其偏差最小的2-3次读数的平均值作为该点的数据采集(观测)结果。

 

⑥ 坚持对数据(观测)采集环节进行一定比例的抽样检查，确保原始数据采集(观测)质量。

 

(4)根据检测实际和具体规律确定判别准则，检测结果必须通过开挖验证

 

采用物理或者化学的方法在地面上对地下埋设的燃气管道进行腐蚀检测，其实质一方面是在研究管体和管件由于腐蚀作用而发生的物理变化或者化学变化，另一方面是在研究腐蚀产物的物理或者化学表象。对埋地管道腐蚀检测工作做一个不甚恰当的比喻，类似医生诊断阑尾炎：阑尾炎可以引起发烧和腹痛，但是仅凭发烧和腹痛就诊断为阑尾炎可能会产生误诊。因此，要把物理参量或者化学组分的数量分布及其变化规律与管体、管件的腐蚀状况联系起来还必须确定辨识标志和建立辨识标准，这是至为关键的技术环节。应当指出的是，通过与实体对照分析建立起来的辨识标准，是从有限个具体检测环境和检测对象中归纳出来的某种规律，由于干扰环境的时空特征变化很大而且不可重复或者模拟，也就不可能产生“绝对准确”的判别结论。因此，对检测判别结果安排适量的开挖验证显然是必要的。

 

(5)继续开发腐蚀检测评价新技术和隐患监测预警新技术

 

鉴于城市埋地燃气管道腐蚀检测任务的艰巨性和检测环境的复杂性，目前，除了仍然需要继续研究开发准确、快速、轻便、经济、不影响管道运行的地面无损检测评价手段以外，还应当花大力气研究、应用腐蚀监测和隐患监测预警新技术。笔者近几年研究和应用“管体视综合参数异常评价技术”正是基于这种认识。

 

该方法的检测机理如下：

 

① 如果腐蚀导致被检测管段的管壁减薄，在其它条件不变的情况下,管体等效电阻率增大的幅度超过等效磁导率减小的幅度，相对于管壁未减薄管段而言，管体视综合参数增大;

 

② 如果发生裂纹、腐蚀穿孔、沟槽腐蚀等现象，被测管段的应力结构发生变异，其磁导率将会在地磁场的作用下发生复杂变化，等效磁导率和等效电阻率都增大，相对于完好管段而言，被测管段的视综合参数增大;

 

③ 如果被测管段长期处在荷载或周期性应力环境中，其磁导率将在地磁场的作用下渐趋增高(磁记忆效应)，电阻率也会由于热效应而增大，被测管段(一般位于管道的弯拐或者管件接合部位)的视综合参数增大。

 

检测实践和应用效果证明：该方法可在地面上(不开挖)检测管体腐蚀状况，条件具备时还可以给出量化结果。与其他方法的区别在于“管体视综合参数异常评价技术”是一种既针对管体腐蚀状况、又兼顾防腐层性能的检测手段;既是对现有地面检测方法的一个重要补充，又是需要群策群力继续完善的和推广应用的新技术。

 

城市埋地燃气管道腐蚀状况的地面检测既是一项迫切需要做的实际工作，也是一项难度相当大的科研任务。希望检测界的同仁共同努力，开发出更多的新方法和新技术，为保障城市埋地燃气管道安全运行做出贡献。

 

参考文献

 

[1] 中国腐蚀与防护学会，《腐蚀科学与防腐蚀工程技术新进展》，1999年，北京

 

[2] 中国腐蚀与防护学会及防腐蚀工程专业委员会，《`99全国第三届埋地管线防腐蚀工程技术交流会论文集》，1999年，昆明

 

[3] 李永年等，《腐蚀检测技术与监测评估方法科研报告》，冶金地球物理勘查院，1999年12月

 

[4] 李永年等，国内外埋地管道腐蚀状况物理检测技术现状，《岩土工程界》，2000年第五期

 

[5] 李永年等，用脉冲瞬变法检测埋地金属管道腐蚀程度，《`2000国际表面工程与防腐蚀技术研讨会 论文集》，2000年九月

 

[6] 李永年等，埋地管道金属蚀失量检测技术，《中国石油化工》，2001年(上卷)

 

[7] 冶金地球物理勘查院，瞬变法在管道腐蚀检测中几个问题的探讨,《防腐保温技术》，2001 . No.1

 

[8] 李永年等，TEM法管道腐蚀检测中的几个问题，《中国石油化工》，2001年(下卷)

 

[9] 李永年等，地下管道腐蚀检测中的几个问题，中国地球物理学会第十七届年会论文，昆明，2001年十月

 

[10] 李永年等，城市埋地管道腐蚀状况地面检测的任务与方法，中国地球物理学会第十七届年会论文(演示稿)，昆明，2001年十月