摘要：埋地管道失效引起的突发事故会造成严重的财产损失、人员伤亡和环境破坏，针对管道的事故可能性进行评估，可以明确影响管道安全的主要因素，采取有效的措施减小事故的发生。基于安全评估思想和可靠的数学模型，对管道的腐蚀破坏、外力破坏和误操作破坏进行评估，对含缺陷管道进行剩余强度评价和剩余寿命预测，编制了基于GIS平台的评估软件“北京市埋地燃气管道安全状况评估系统”。利用现场检测数据及调查结果进行安全状况等级的评估，评估结论可靠，能直观显示管道的安全等级并提示薄弱环节，提供维护建议，对评估内容和结果适时进行统计分析，操作简单，实用性强。
关键词：安全状况评估；腐蚀破坏；外力破坏；误操作破坏；剩余强度评价；剩余寿命预测
Study on Gas Pipeline Safety Evaluation System
Beijing Gas Group，Co.，Ltd.，Beijing China Ma Ning，Xu Tong，
School of Material Science and Engineering，University of Science and Technology Cao Bei
Beijing ZhongFu Corrosion & Protection，Co.，Ltd.Li Chan，Fu Shanlin
1 引言
近年来，随着北京市的城市建设向现代化、国际化方向发展，城市燃气事业的发展突飞猛进。现北京市拥有燃气管线7000多km，每年以10%左右的速度发展。不同时代管线建设和运行管理的技术水平存在差异，导致不同服役年限的管道安全状况参差不齐。由于管道腐蚀、外力破坏、操作失误等原因导致的各种管道突发事故屡有发生，给抢修抢险工作带来很大压力，也给燃气安全生产和城市公共安全造成极大威胁。因此，急需对北京市在役管道的健康和安全状况做认真细致的调查研究，以了解情况、发现问题、提出对策和解决问题，有效提高城市燃气管道安全运行的效率和效益。
2 项目介绍
2004年北京市燃气集团提出立项开展“北京市埋地燃气管道安全状况评估系统”的研究。通过对2004年-2006年部分老旧管道更新改造工程的跟踪测试、取样分析、实验室研究等，大量采集数据和分析总结规律，对北京市不同服役时段的在役燃气管道的腐蚀控制状况、管体焊缝缺陷和管材适用性等方面做了研究和总结分析。根据国内外管道安全评估技术的应用发展，充分结合北京市的实际情况，开展了相关开发研究，完成了“北京市埋地燃气管道安全状况评估系统”的算法模型研究和软件开发，经过部分工程的实际应用，实现了规划设计的各项功能。
该项目由北京市燃气集团、北京中腐公司、北京科技大学、中国腐蚀与防护学会等单位共同参加完成，组织了课题所涉专业如城市燃气、材料学、腐蚀与防护、安全评价、信息科学等领域的不同层次的数十位国内知名专家和技术人员共同参与。项目组经过两年时间的辛勤劳动和努力工作。密切跟踪国内外管道完整性评估技术的发展，并充分结合北京市燃气管道运行管理的现状和发展方向，成功研发了“北京市埋地燃气管道安全状况评估系统(Gas Pipeline Safety Evaluation System，GPSES-2006)”。
3 项目主要内容
3.1 现场检测
对北京市燃气集团2004年-2006年部分老旧管道更新改造工程进行了现场检测和取样分析，主要包括：(1)管道土壤环境腐蚀性检测分析：土壤类型、土壤电阻率、杂散电流、管地电位、氧化还原电位等现场测试，土壤理化性能分析、土壤环境腐蚀性原位极化试验研究等方面。(2)防腐层状况在线检测：采用相关监测仪器设备和数据分析评价系统检测评价在役埋地管道的防腐层运行状态和防腐层性能质量，为防腐层直接评价提供依据。本项目采用C-SCAN、RD400-PCM、选频变频定量测试技术和SL-2088等完成相关检测工作。(3)防腐层性能质量探坑内局部检测分析：清理防腐层、外观检测及数码照相、厚度检测、附着力检测等内容。(4)管体腐蚀状况检测分析：管体剩余厚度检测、管体腐蚀外观检测、管体腐蚀面积几何尺寸测量和腐蚀产物分析等内容。
经过两年多的紧张有序的工作，截止到2006年10月初，通过对30多个改造工程200多km管线的全面跟踪检测，对具备比较完备检测条件、重点跟踪检测的具有代表性的29个改造工程约140km管线，进行了数据整理、统计分析和分析评价。通过对现场检测的数据分析研究，总结了导致城市燃气管道破坏的各种原因，并从中提取部分代表性数据信息，为安全评估系统的研究开发提供数据信息资源支持。
3.2 管体焊缝缺陷检测分析
结合30余项更新改造的管道工程项目，选择不同使用年限、不同管径的在役埋地天然气管线现场管体取样，对其管体对接焊缝及螺旋焊缝(包括部分直焊缝1进行射线及超声波无损检测。无损检测同时采用射线检测和超声波检测两种方法。射线检测的目的是直观评定不同年限施工的焊缝质量，超声波检测目的是确定缺陷存在的深度范围。共检测约150km管道的300多个取样管段，由于管道建设年代久远，运行时间很长，焊缝质量隐患较大，环焊缝和纵焊缝均存在较多缺陷，情况堪忧。
3.3 实验室分析
项目通过对200多km老旧管道的调研测试，采集了300多段管体样本，对其中有代表性的60段开展了认真细致的实验室研究分析，包括化学成分测定、硬度测试、金相试验、拉伸强度试验、冲击试验和材料断裂韧性的测试等，积累了数万个检测试验数据和图形资料信息。
分析结果表明，某些管道焊缝处存在魏氏组织，直接影响到焊缝的力学性能，使焊缝变脆，成为在役管道较危险的部位。焊缝夹杂较多，夹杂物主要是Si、Mn、Ti、S、Al等元素的含铁氧化物。另外，管道的母材和焊缝的硬度值比较正常，基本符合材料使用标准。多数管道的冲击韧性较差，韧脆转变温度相对较高，部分在0℃以上。部分管道的冲击韧性不能满足实际使用的要求。就同一根管道而言，其焊缝部位的冲击韧性相对较差，可能成为管道服役过程中较脆弱部位。通过对焊缝探伤部位的验证试验，观察到部分管道焊缝处存在较大缺陷，严重影响管道服役寿命，成为管道使用过程中的危险点。
3.4 安全评估
引进国际先进的安全评估思想，结合北京市燃气管道现状，深入开展相关研究。对于城市燃气管道，提出管道的安全评估应分为两个方面，如图1所示。
炼油装置中管道硫化氢腐蚀及防护
长输燃气管道的安全保护距离
