浦哲1,2 任彬1,2 魏星3

1.上海市特種設備監督檢驗技術(shù)研究院； 2.上海壓力管道智能檢測工程技術(shù)研究中心；3.上海天然氣管網(wǎng)有限公司

 

摘  要：天然氣站場(chǎng)管道的檢驗是站場(chǎng)完整性管理工作的重要環(huán)節,研究制定針對站場(chǎng)管道的檢驗方案，對降低管道風(fēng)險極為必要。介紹了站場(chǎng)管道的特點(diǎn)及主要失效形式，據此提出了針對性的檢驗流程；詳述了站場(chǎng)管道外檢測及剩余壽命計算，為站場(chǎng)管道全面檢驗提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：天然氣站場(chǎng)；管道；檢驗；外檢測；剩余壽命

 

 

天然氣站場(chǎng)是長(cháng)輸干線(xiàn)管道的中轉站和樞紐，站場(chǎng)管道是保障天然氣輸配的重要組成部分。由于分支管較多，地下接地體互相連通，用電設備產(chǎn)生干擾，設計標準不統一，導致站場(chǎng)管道的檢測與評價(jià)比長(cháng)輸管道要復雜很多。 2020年9月1日即將實(shí)施的《壓力管道監督檢驗規則》（TSG D7006―2020）要求長(cháng)輸管道站場(chǎng)內的壓力管道，按照工業(yè)管道安裝的監督檢驗專(zhuān)項要求執行[1]。因此，有必要研究制定一套具有針對性的站場(chǎng)管道檢驗方案，識別并控制管道的失效風(fēng)險，保證站場(chǎng)管道安全。

1 天然氣站場(chǎng)工藝流程

天然氣站場(chǎng)包含過(guò)濾區、調壓區、計量區、加熱爐區、加壓區、排污區等單元。過(guò)濾區主要是對進(jìn)入站場(chǎng)的天然氣進(jìn)行初步雜質(zhì)過(guò)濾，經(jīng)過(guò)調壓區降低管道內天然氣壓力和溫度，空氣中的水分冷凝于管道外，易形成腐蝕環(huán)境。加熱爐區通過(guò)水浴式加熱爐提高天然氣的溫度，有效解決調壓區“冒汗”問(wèn)題[2]。天然氣站場(chǎng)典型工藝流程如圖 1所示。

2 站場(chǎng)管道特點(diǎn)及檢驗流程

2.1 特點(diǎn)及主要失效形式

站場(chǎng)內管道分為架空和埋地兩個(gè)部分。與長(cháng)輸主干管線(xiàn)單一線(xiàn)性結構不同，站場(chǎng)埋地管道敷設更為復雜，直管段長(cháng)度較短，而彎頭、三通、分支管較多；站場(chǎng)架空管道上閥門(mén)、儀表等電氣設備的接地均與站場(chǎng)整體接地網(wǎng)相連通，干擾區域陰極保護系統的有效運行，且埋地管道定位及防腐層檢測也更為困難。站場(chǎng)管道的主要失效形式包含腐蝕失效、焊縫缺陷、 應力腐蝕和疲勞損傷[3]。

2.2 檢驗流程

站場(chǎng)管道的檢驗工作流程如圖 2所示。

站場(chǎng)在役管道不停輸檢驗針對埋地和架空管道分別進(jìn)行，架空管道的檢驗與常規的工業(yè)管道沒(méi)有太大區別，以下著(zhù)重分析埋地管道的檢驗。管道內檢測雖是最為有效的檢測方法，但站場(chǎng)管道一般不具備內檢測條件，故檢測與評價(jià)均基于外檢測而言。

3 埋地管道檢測

3.1 外腐蝕損傷不開(kāi)挖（間接）檢測

3.1.1 外防腐層檢測

站場(chǎng)管道長(cháng)度短、支管多、管道接地點(diǎn)密集，施加的電流信號通過(guò)接地體流入整個(gè)管道和接地系統，導致管道在某些位置出現電流疊加，因此不能按照電流衰減來(lái)計算防腐層整體質(zhì)量,對于采用三層聚乙烯復合結構防腐層的埋地管道，可以根據表 1對埋地管道外防腐層進(jìn)行分級評價(jià)[4]。

埋地管道外防腐層破損點(diǎn)檢測一般采用交流電位梯度法（Alternating Current Voltage Gradient，ACVG），檢測原理如圖 3所示。拆除接地裝置后，檢測出的異常也可能是干擾信號，僅作為參考[5]。當無(wú)法實(shí)施ACVG檢測時(shí)，因埋地管道敷設環(huán)境、施工條件相似，采取開(kāi)挖抽查直接檢測，基本能反映防腐層的狀況。

                    

受接地網(wǎng)、相鄰管道、電纜、用電設備的影響，站場(chǎng)內埋地管道的定位存在很多困難，采用“短接法”可以提高其定位精度[6]。但需要注意，當接地網(wǎng)產(chǎn)生的回路電阻小于埋地管道形成的回路，需要斷開(kāi)接地回路，否則“短接法”定位的為接地網(wǎng)的位置，如圖 4所示。

3.1.2 陰極保護有效性檢測

站場(chǎng)管道的陰極保護有效性檢測主要包含：保護電位檢測，絕緣法蘭（接頭）檢測以及陰極保護設施狀況檢測等。測試方法依據GB/T 19285―2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗》附錄I。當難以拆除犧牲陽(yáng)極或者存在雜散電流干擾嚴重區域時(shí)，采用極化探頭或陰極保護檢查片測試斷電電位[7]。同時(shí)需要對站內和站外分割處絕緣法蘭（接頭）的絕緣性能進(jìn)行檢測。陰極保護設施狀況檢測主要為站場(chǎng)內的犧牲陽(yáng)極參數測試，包含開(kāi)路電位測試、閉路電位測試、輸出電流測試等。

3.1.3 環(huán)境腐蝕檢測

環(huán)境腐蝕檢測包括土壤腐蝕性測試和雜散電流測試。測試指標包括:土壤電阻率、 pH值、含水量、土壤質(zhì)地、氯離子含量、土壤總含鹽量等[4]。站場(chǎng)雜散電流主要來(lái)源于站內用電設備漏電以及絕緣接頭失效導致的站外陰極保護系統對站內的干擾。雜散電流干擾體現為管地電位正向偏移或異常波動(dòng)�，F場(chǎng)檢測時(shí)，利用雜散電流測試儀連續監測管道的直流雜散電流和交流雜散電流干擾管地電位以及土壤表面梯度，判斷雜散電流干擾源特性。

3.1.4 排流系統有效性檢測

當站場(chǎng)中含有排流保護設施時(shí)，還需要進(jìn)行排流有效性檢測。直流排流設施保護的管道的管地電位應達到陰極保護電位標準或者接近沒(méi)有受到干擾的狀態(tài)，如果無(wú)法滿(mǎn)足上述要求，需要通過(guò)電位平均值進(jìn)行進(jìn)一步評價(jià)[4]。交流排流設施有效性通過(guò)測量土壤電阻率、交流干擾電壓以及交流電流密度來(lái)進(jìn)行判斷。

3.2 外損傷開(kāi)挖（直接）檢測

3.2.1 土壤腐蝕性檢測

記錄土壤的深度、顏色、植物根系、地下水以及地形地貌描述等情況，并對探坑處管道周?chē)�的土壤取樣進(jìn)行理化檢測。

3.2.2 外防腐層直接檢測

站場(chǎng)探坑處埋地管道防腐層檢測包括:外觀(guān)檢查、防腐層厚度檢測、黏結力（附著(zhù)力）檢測。

3.2.3 近參比管地電位檢測

在開(kāi)挖探坑處，采用硫酸銅作為參比電極，對埋地管道的管地電位進(jìn)行檢測。將參比電極放置于管道附近，采用近參比管地電位檢測可以有效消除IR降的影響。

3.2.4 管體腐蝕檢測

開(kāi)挖管道外防腐層破損位置處，記錄管體的腐蝕產(chǎn)物，腐蝕坑深度，最小剩余壁厚，最大縱向和環(huán)向長(cháng)度，并記錄腐蝕形貌。傳統的超聲波測厚方法容易出現漏檢，對重要管道需采用低頻導波進(jìn)行檢測。低頻導波信號通過(guò)彎頭后，導致回波信號的靈敏度和分辨力下降,故低頻導波檢測的有效距離一般不超過(guò)2個(gè)彎頭間距離[8]。外壁漏磁檢測利用固定的磁鐵在管道中產(chǎn)生漏磁通，如果管道管壁中沒(méi)有缺陷，磁力線(xiàn)是平行的。相反，管道中的缺陷附近的磁力線(xiàn)會(huì )發(fā)生畸變，一部分磁通漏到管壁外，利用漏磁檢測器的傳感器測量被磁化管道缺陷處的磁通量，以此評估管道腐蝕程度[9]，對于含有保溫層結構的管道，可以采用脈沖渦流 (Pulse Eddy Current， PEC)檢測技術(shù)進(jìn)行管體腐蝕檢測， PEC檢測可以不拆除保溫層直接進(jìn)行腐蝕檢測，該方法對大面積的均勻腐蝕具有很高的靈敏性，但對于局部點(diǎn)蝕不敏感，該方法檢測的是某一區域的平均金屬損失[10]。

4 合于使用評價(jià)

站場(chǎng)管道合于使用評價(jià)包括：剩余強度評價(jià)、剩余壽命預測、材料適用性評價(jià)。剩余強度評價(jià)是在缺陷檢測的基礎上依據SY/T 6477―2017《含缺陷油氣輸送管道剩余強度評價(jià)方法》進(jìn)行，包含裂紋型缺陷、體積型缺陷、彌散型腐蝕損傷、凹陷及溝槽缺陷等情況下的評價(jià)。剩余壽命預測包含管道腐蝕剩余壽命預測、含缺陷管道疲勞壽命預測、機械損傷凹坑管道剩余壽命預測。管道腐蝕剩余壽命預測其實(shí)就是預測管道的腐蝕發(fā)展趨勢，由于受實(shí)際環(huán)境影響因素制約，評價(jià)腐蝕剩余壽命存在很多不確定性，埋地鋼制管道外腐蝕剩余壽命預測方法有很多種， GB/T 30582―2014《基于風(fēng)險的埋地鋼質(zhì)管道外損傷檢驗與評價(jià)》附錄F介紹了壁厚法、 MAWP法、極值統計方法等。 TSG D7003―2010《壓力管道定期檢驗規則—長(cháng)輸（油氣）管道》規定腐蝕剩余壽命預測采用式（1）計算。

 

式中RL 腐蝕壽命， a年； C 年校正系數； P f計算失效壓力， MPa； MAOP最大允許工作壓力， MPa；Pyield屈服壓力， MPa； GR腐蝕速率， mm/a)； t名義壁厚， mm。

對材質(zhì)不明，可能發(fā)生硫化氫等應力腐蝕，或者使用年限已經(jīng)超過(guò)15年并且發(fā)生過(guò)與應力腐蝕、焊接缺陷有關(guān)的修理改造的管道，還應當進(jìn)行管道材料適用性評價(jià)。

5 結束語(yǔ)

天然氣站場(chǎng)埋地管道是安全管理的高風(fēng)險區域，針對站場(chǎng)管道的檢驗方案，綜合運用多種檢測技術(shù)，一定程度提高了其缺陷的檢出率，為站場(chǎng)管道的全面檢驗提供參考借鑒。

 

參考文獻：

[1] 國家市場(chǎng)監督管理總局.壓力管道監督檢驗規則:TSGD7006-2020[S].北京：新華出版社： 13-14.

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[4] 國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局.埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗： GB/T 19285-2014 [S].北京：中國標準出版 社： 4-10

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[7] 國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局.埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規范： GB/T 21448-2017 [S].北京：中國標準出版社： 16-17

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[9] 熊昌勝，何仁洋，陳華偉，等.鋼質(zhì)管道外壁爬行漏[5][6][7][8][9]磁檢測技術(shù)在工程中的應用[J].管道技術(shù)與設備，2010(1)： 25-26.

[10] 國家能源局.承壓設備無(wú)損檢測 第13部分 脈沖渦流檢測： NB/T 47013.13-2015 [S].北京：新華出版社：456-457.

 

資助項目：上海市優(yōu)秀技術(shù)帶頭人計劃， No. 19XD1432600。

作者簡(jiǎn)介：浦哲， 1986年生，工程師，主要從事特種設備的檢驗檢測與研究工作。聯(lián)系方式： 021-32584900，郵箱： puzhe@ssei.cn。