摘 要：介绍管道完整性管理的工作内容和流程，结合杭州市燃气管道完整性管理现状和存在的问题，对埋地燃气钢质管道腐蚀与防护的完整性管理进行探讨。
关键词：燃气管道； 钢质管道； 腐蚀； 防护； 完整性管理； 风险评估
Integrity Management for Corrosion and Protection of Buried Gas Steel Pipelines in Hangzhou City
Abstract：The work content and process of pipeline integrity management are introduced．Combined with the present situation and the existing problems of gas pipeline integrity management in Hangzhou City，the integrity management for corrosion and protection of buried gas steel pipelines is discussed．
Keywords：gas pipeline；steel pipeline；corrosion；protection；integrity management；risk assessment
1 管道完整性管理的工作内容和流程
加强对城市燃气安全的管理，防范事故于未然，是燃气输配管网管理者的首要任务[1-2]。目前，国内外许多文献都从不同侧面对管道的完整性进行了概述，但对管道完整性定义还没有达成一致。总体而言，管道完整性是指管道在物理上和功能上完整，始终处于安全可靠的受控状态，管理人员不断采取措施防止管道事故的发生[3]。由此可见，管道完整性是一个与时俱进的持续过程。燃气钢管完整性管理不仅是对管道本体管理，还综合考虑影响燃气管道完整性的所有因素，采取一体化管理模式[4]，其工作内容包括：①拟定工作计划，编制工作所依据的体系文件并规定相应的工作流程。②采集燃气管道生命周期内的数据，建立文档管理系统。③根据相关信息进行风险评价，使运营者能够全面了解管道发生事故的可能性及事故后果，从而制定预防减缓和应急抢险措施。④按照拟定的工作训+划，周期性对管道进行完整性检测与评价，掌握燃气管道的本体状况和薄弱环节，对可能发生事故的部位和原因进行分析、监测和控制。⑤采取修复或减轻失效威胁的措施等。因此必须持续不断地对管道进行风险分析、检测、维修等完整性管理工作，管道完整性管理的流程见图1。
由图1可以看出，在管道完整性管理的过程中，“风险评价”和“完整性检测评价”是整个流程中的核心，而“采取维修、调整、预防措施”是关键内容。
2 杭州燃气管道完整性管理现状与问题
杭州市现有埋地燃气管道3558.4km，其中中压A钢管779.743km，中压B钢管305.531km，低压钢管约500km，综合测试桩2021个，电位测试桩626个，投运10年以上的中压钢管182.438km，低压钢管约为420km，投运10年以内的中压钢管为902.836km，低压钢管约80km。杭州市大量燃气管道的不断建成和运行时间的延长，给管网安全运行带来了一定难度。
近几年，随着杭州燃气管道完整性管理的逐步推进，杭州市制定了各项标准规范，完成了管网建设数据采集，开发了数据管理平台，引入管道完整性管理咨询机构，以GIS为基础建立了杭州燃气管网信息系统等。但在某些方面尤其是管道腐蚀与防护方面还存在以下问题：①管道防腐层质量评价为“差”的钢管，约占全部中压钢管的30％；②随着防腐层的老化、破损，防腐层破损点逐年增加，因腐蚀引起的抢修次数呈逐年l二升的趋势；③近3 000个测试桩长期以来缺少维护，致使测试桩的运行状态数据系统尚未建立；④在管道检测和防腐层修复方面，还未建立全面的管理技术方案和标准。
3 杭州燃气埋地钢管腐蚀与防护管理
3.1 建立埋地燃气管道风险评估系统
杭州市燃气集团有限公司(以下简称杭燃公司)依托杭州燃气管网信息系统，开发了埋地燃气管网风险评估系统(见图2)。该系统以目前管道行业成熟的“穆氏评估原理”为原型，结合杭州燃气管网实际情况和相关标准，从实用、简洁、灵活、高效出发，借助GIS技术空间化、图形化的特点，提供一个安全叮靠、操作简便的埋地燃气管道风险评估平台。它还成功地将风险评估与管网GIS高度集成，实现GIS管道属性数据和风险分析数据相互调用，其内容包含参数设置、评估指标管理、街道及调查段信息管理、工程管理、风险数据、评估管理、风险检索和风险显示预警及减缓措施、分析与报表等功能。该系统不仅收录了新旧管网的防腐层数据，还包括管网所在的土壤腐蚀性、杂散电流、周围环境情况及抢修数据等，能最大限度地准确评估埋地燃气管网的安全状况，预防事故的发生，及早识别危险源，为用户提供了更为直接的追踪危险管段的重要依据。
3.2 完善外防腐层完整性检测体系
CJJ 95—2003《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》提出了“防腐层完整性”的概念，其第5．3．5条为强制性条文：“防腐管回填后必须对防腐层完整性进行检查”。GB／T 21448—2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》第9节也建议在阴极保护系统运行1年内，宜进行下列调查：防腐层检漏、电流衰减测量、密间隔管地电位测量、直流电位梯度法检测、管地电位缺陷定位测量、全线防腐层绝缘电阻率测试。
杭燃公司依托埋地燃气管网风险评估系统，2010年首次成立检测班专职进行埋地燃气钢管检测，制订了《埋地钢质管道安全风险评估系统数据采集标准》，该标准规范了管网安全风险评估系统基础数据的采集和管理工作，明确了管道沿线土壤腐蚀性检测、土壤腐蚀电流密度检测、管道沿线杂散电流干扰检测、管道阴极保护状况检测、管道防腐层绝缘性能检测及评估、管道防腐层缺陷检测、管道埋深检测等的检测要求和检测周期。截至2013年底，杭燃公司利用3年时间完成了两个全覆盖，即中低压燃气管网检测范围的全覆盖和检测内容的全覆盖。先后购置了C-SCAN埋地管线检测系统和SL-5088PCM埋地管线外防腐层状况综合检测评估系统(用于燃气管道防腐层综合质量监测)、DCVG直流电压梯度检测仪、SL-2818(以及2098)埋地管道防腐层探测检漏仪(用于燃气管道防腐层破损点定位)以及UT71D智能型数字万用表(用于燃气管道阴极保护电位的检测)，检测技术涵盖交流电流衰减法、人体电容法及直流电位梯度法等，检测内容包含土壤腐蚀性、阴极保护电位、破损点、管线埋深及防腐层绝缘电阻率等。对于检测环境恶劣、干扰因素众多的埋地管网，多种检测方法可相互补充。
CJJ 95—2003规定“处于干扰腐蚀地区的管道，应采取防干扰的排流保护措施”。2013年伴随着杭州市地铁的到来，为研究杭州地铁杂散电流对埋地燃气钢管的影响，杭燃公司引入了SCM杂散电流检测系统，对地铁开通前后沿线埋地燃气钢管上的杂散电流进行了检测，并出具了检测报告，以便将来制定相应的排流措施。此外杭燃公司还在地铁沿线有代表性的站点附近安装阴极保护电位远传系统(见图3)，实现全天候24h自动测量埋地燃气管网管地电位。
3.3 完善阴极保护系统的有效性
CJJ 95—2003规定“新建的高压、次高压、公称直径大于或等于100mm的中压管道或公称直径大于或等于200mm的低压管道必须采用防腐层辅以阴极保护的腐蚀控制系统。管道运行期间阴极保护不应间断”，还规定“仅有防腐层保护的高压、次高压和公称直径大于或等于150mm的中压在役管道应逐步追加阴极保护系统”。GB／T 21448—2008对阴极保护的有效性和防腐层性能非常关注。但是以上2个标准都没有规定防腐层一旦受损，对防腐层立即采取修补措施。实际操作中过分强调防腐层的作用，要求没有破损很难实现，因而阴极保护的有效性评价和管道实际的腐蚀程度更应该受到重视。此时有效的阴极保护系统和定期的腐蚀检测评价就町以减小或避免防腐层不足可能导致的风险。
①测试桩普查及维修
管地电位的测量有3种意义[5]：未施加阴极保护的管地电位是衡量土壤腐蚀性的一个参数；施加阴极保护的管地电位是判断阴极保护程度的一个重要参数；当有干扰时，管地电位的变化是判断干扰程度的重要指标。
由此可见，正确测量阴极保护电位对判断埋地钢管的阴极保护程度起到至关重要的作用。但在测量管道阴极保护电位时，不可避免地存在IR降误差。按美国NACE标准规定，采用断电法测量阴极保护电位，能在一定程度上消除IR降。对采用牺牲阳极阴极保护的埋地燃气钢管，只能采用的变通方法是近参比法测量，即采用综合测试桩或电位测试桩测量。杭燃公司为彻底弄清现有埋地燃气管道测试桩的数目及运行情况，保障埋地燃气管道的安全运行，2013年初对杭州市测试桩进行了系统普查，对调查结果统计分析后，我们发现85％以上的测试桩存在丢失、线路板氧化等各种问题，由此杭燃公司制订了测试桩维修方案并分批予以实施。
②防腐层破损点与阀门漏电点修复
防腐层存在破损点或阀门存在漏电点会使阴极保护电流流失，造成保护距离缩短，保护效果变差，进而造成牺牲阳极寿命缩短或阴极保护失效。因此，防腐层破损点修复在确保埋地燃气管道安全运行及埋地燃气钢管完整性管理中占有十分重要的地位。杭燃公司对历年检测出的防腐层缺陷点建立档案管理，包括缺陷点的类别、位置或桩号、采用何种防腐层，并根据缺陷点的所在城市位置划分修复的难易程度，根据防腐层类别制订了不同的维修方案。其次，为了减小防腐层缺陷点修复时的审批难度，杭燃公司在2013年引进了美国燃气技术研究院(GTI)的微孔开挖技术，大大提升了防腐层缺陷点的维修效率，做到当年发现的破损点当年修复，杭燃公司2010年至2013年期间累计维修管道防腐层Ⅰ、Ⅱ类破损点785个，阀门漏电点105个。
③适时增设牺牲阳极
根据杭州的相关规定“新建道路五年内不得进行开挖”，考虑到此类道路上的管道防腐层破损点影响牺牲阳极的消耗，杭燃公司在修复管道防腐层破损点的同时检测钢管阴极保护电位，对阴极保护电位高于-1.00V的钢管适时增设镁阳极，确保此类管道在1～3年内通过增设镁阳极而不会出现抢修事故，2010—2013年共增设镁阳极923支。
3.4 加强埋地钢制腐蚀与防护文档管理
在腐蚀与防护文档管理方面，杭燃公司除了对历年破损点进行梳理统计建档外，还注重加强阴极保护电位检测计划的制订，计划详细到每个月每周需要完成的工作量，同时规定道路上的燃气钢管有测试桩的通过测试桩检测，无测试桩的通过阀门井检测。所有埋地燃气钢管的阴极保护电位按500m测一处，不足500m按500m计。
在加强日常管理工作之外，杭燃公司还制订了各种操作规范规程，如《杭州市燃气集团新建管道防腐层验收规范》、《杭州市燃气集团埋地管道防腐层破损点修复技术规范》、《杭州市燃气集团微孔开挖技术操作规范》及《杭州市燃气集团埋地管道阴极保护电位检测技术规程》等。各类操作规范规程详细规定了各操作的技术参数及操作注意事项等，如《杭州市燃气集团埋地管道防腐层破损点修复技术规范》详细规定了基坑开挖、表面处理、防腐胶带缠绕施工的相关要求等。
4 结语
杭燃公司基于埋地管网完整性加强钢质管道的腐蚀与防护管理，实施以预防性维护为主的安全管理模式，包括管道防腐层检测、破损点检测、管道阴极保护系统管理等。由于城市燃气管道防腐层和周边情况变化较快，因此必须周期性地进行数据采集，适时制订、修改数据采集标准，完善数据文档管理，周期性地开展风险分析与评价，并根据评价结果安排维修维护，同时对相关管理人员进行持续、系统地培训。
参考文献：
[1]隋楠，魏立新，隋溪，等．城市燃气管网风险评价体系研究[J]．油气储运，2010，29(1)：12-14．
[2]尤秋菊，朱伟，白永强，等．北京市燃气管网危险因素的事故树分析[J]．油气储运，2009，28(9)：27-30．
[3]王亚平，张国志，屠柳青，等．埋地燃气钢管外防腐层完整性检查标准探讨[J]．煤气与热力，2009，29(2)：B07-B09．
[4]王婷，郑洪龙，宋汉成，等．城市燃气管网的完整性管理[J]．油气储运，2012，31(3)：184-187．
[5]胡士信．阴极保护工程手册[M]．北京：化学工业出版社，1999：194．
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