浦哲1,2 任彬1,2 魏星3

1.上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院； 2.上海壓力管道智能檢測(cè)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(yàn)是站場(chǎng)完整性管理工作的重要環(huán)節(jié),研究制定針對(duì)站場(chǎng)管道的檢驗(yàn)方案，對(duì)降低管道風(fēng)險(xiǎn)極為必要。介紹了站場(chǎng)管道的特點(diǎn)及主要失效形式，據(jù)此提出了針對(duì)性的檢驗(yàn)流程；詳述了站場(chǎng)管道外檢測(cè)及剩余壽命計(jì)算，為站場(chǎng)管道全面檢驗(yàn)提供參考借鑒。

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

天然氣站場(chǎng)是長(zhǎng)輸干線管道的中轉(zhuǎn)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(shè)備產(chǎn)生干擾，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，導(dǎo)致站場(chǎng)管道的檢測(cè)與評(píng)價(jià)比長(zhǎng)輸管道要復(fù)雜很多。 2020年9月1日即將實(shí)施的《壓力管道監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》（TSG D7006―2020）要求長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)內(nèi)的壓力管道，按照工業(yè)管道安裝的監(jiān)督檢驗(yàn)專項(xiàng)要求執(zhí)行[1]。因此，有必要研究制定一套具有針對(duì)性的站場(chǎng)管道檢驗(yàn)方案，識(shí)別并控制管道的失效風(fēng)險(xiǎn)，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)包含過濾區(qū)、調(diào)壓區(qū)、計(jì)量區(qū)、加熱爐區(qū)、加壓區(qū)、排污區(qū)等單元。過濾區(qū)主要是對(duì)進(jìn)入站場(chǎng)的天然氣進(jìn)行初步雜質(zhì)過濾，經(jīng)過調(diào)壓區(qū)降低管道內(nèi)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(qū)通過水浴式加熱爐提高天然氣的溫度，有效解決調(diào)壓區(qū)“冒汗”問題[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(yàn)流程

2.1 特點(diǎn)及主要失效形式

站場(chǎng)內(nèi)管道分為架空和埋地兩個(gè)部分。與長(zhǎng)輸主干管線單一線性結(jié)構(gòu)不同，站場(chǎng)埋地管道敷設(shè)更為復(fù)雜，直管段長(zhǎng)度較短，而彎頭、三通、分支管較多；站場(chǎng)架空管道上閥門、儀表等電氣設(shè)備的接地均與站場(chǎng)整體接地網(wǎng)相連通，干擾區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的有效運(yùn)行，且埋地管道定位及防腐層檢測(cè)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(yīng)力腐蝕和疲勞損傷[3]。

2.2 檢驗(yàn)流程

站場(chǎng)管道的檢驗(yàn)工作流程如圖 2所示。

站場(chǎng)在役管道不停輸檢驗(yàn)針對(duì)埋地和架空管道分別進(jìn)行，架空管道的檢驗(yàn)與常規(guī)的工業(yè)管道沒有太大區(qū)別，以下著重分析埋地管道的檢驗(yàn)。管道內(nèi)檢測(cè)雖是最為有效的檢測(cè)方法，但站場(chǎng)管道一般不具備內(nèi)檢測(cè)條件，故檢測(cè)與評(píng)價(jià)均基于外檢測(cè)而言。

3 埋地管道檢測(cè)

3.1 外腐蝕損傷不開挖（間接）檢測(cè)

3.1.1 外防腐層檢測(cè)

站場(chǎng)管道長(zhǎng)度短、支管多、管道接地點(diǎn)密集，施加的電流信號(hào)通過接地體流入整個(gè)管道和接地系統(tǒng)，導(dǎo)致管道在某些位置出現(xiàn)電流疊加，因此不能按照電流衰減來計(jì)算防腐層整體質(zhì)量,對(duì)于采用三層聚乙烯復(fù)合結(jié)構(gòu)防腐層的埋地管道，可以根據(jù)表 1對(duì)埋地管道外防腐層進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)[4]。

埋地管道外防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)一般采用交流電位梯度法（Alternating Current Voltage Gradient，ACVG），檢測(cè)原理如圖 3所示。拆除接地裝置后，檢測(cè)出的異常也可能是干擾信號(hào)，僅作為參考[5]。當(dāng)無法實(shí)施ACVG檢測(cè)時(shí)，因埋地管道敷設(shè)環(huán)境、施工條件相似，采取開挖抽查直接檢測(cè)，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(shè)備的影響，站場(chǎng)內(nèi)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(dāng)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(hù)有效性檢測(cè)

站場(chǎng)管道的陰極保護(hù)有效性檢測(cè)主要包含：保護(hù)電位檢測(cè)，絕緣法蘭（接頭）檢測(cè)以及陰極保護(hù)設(shè)施狀況檢測(cè)等。測(cè)試方法依據(jù)GB/T 19285―2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》附錄I。當(dāng)難以拆除犧牲陽極或者存在雜散電流干擾嚴(yán)重區(qū)域時(shí)，采用極化探頭或陰極保護(hù)檢查片測(cè)試斷電電位[7]。同時(shí)需要對(duì)站內(nèi)和站外分割處絕緣法蘭（接頭）的絕緣性能進(jìn)行檢測(cè)。陰極保護(hù)設(shè)施狀況檢測(cè)主要為站場(chǎng)內(nèi)的犧牲陽極參數(shù)測(cè)試，包含開路電位測(cè)試、閉路電位測(cè)試、輸出電流測(cè)試等。

3.1.3 環(huán)境腐蝕檢測(cè)

環(huán)境腐蝕檢測(cè)包括土壤腐蝕性測(cè)試和雜散電流測(cè)試。測(cè)試指標(biāo)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)雜散電流主要來源于站內(nèi)用電設(shè)備漏電以及絕緣接頭失效導(dǎo)致的站外陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)站內(nèi)的干擾。雜散電流干擾體現(xiàn)為管地電位正向偏移或異常波動(dòng)。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，利用雜散電流測(cè)試儀連續(xù)監(jiān)測(cè)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(tǒng)有效性檢測(cè)

當(dāng)站場(chǎng)中含有排流保護(hù)設(shè)施時(shí)，還需要進(jìn)行排流有效性檢測(cè)。直流排流設(shè)施保護(hù)的管道的管地電位應(yīng)達(dá)到陰極保護(hù)電位標(biāo)準(zhǔn)或者接近沒有受到干擾的狀態(tài)，如果無法滿足上述要求，需要通過電位平均值進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)價(jià)[4]。交流排流設(shè)施有效性通過測(cè)量土壤電阻率、交流干擾電壓以及交流電流密度來進(jìn)行判斷。

3.2 外損傷開挖（直接）檢測(cè)

3.2.1 土壤腐蝕性檢測(cè)

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(duì)探坑處管道周圍的土壤取樣進(jìn)行理化檢測(cè)。

3.2.2 外防腐層直接檢測(cè)

站場(chǎng)探坑處埋地管道防腐層檢測(cè)包括:外觀檢查、防腐層厚度檢測(cè)、黏結(jié)力（附著力）檢測(cè)。

3.2.3 近參比管地電位檢測(cè)

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

3.2.4 管體腐蝕檢測(cè)

開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(zhǎng)度，并記錄腐蝕形貌。傳統(tǒng)的超聲波測(cè)厚方法容易出現(xiàn)漏檢，對(duì)重要管道需采用低頻導(dǎo)波進(jìn)行檢測(cè)。低頻導(dǎo)波信號(hào)通過彎頭后，導(dǎo)致回波信號(hào)的靈敏度和分辨力下降,故低頻導(dǎo)波檢測(cè)的有效距離一般不超過2個(gè)彎頭間距離[8]。外壁漏磁檢測(cè)利用固定的磁鐵在管道中產(chǎn)生漏磁通，如果管道管壁中沒有缺陷，磁力線是平行的。相反，管道中的缺陷附近的磁力線會(huì)發(fā)生畸變，一部分磁通漏到管壁外，利用漏磁檢測(cè)器的傳感器測(cè)量被磁化管道缺陷處的磁通量，以此評(píng)估管道腐蝕程度[9]，對(duì)于含有保溫層結(jié)構(gòu)的管道，可以采用脈沖渦流 (Pulse Eddy Current， PEC)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行管體腐蝕檢測(cè)， PEC檢測(cè)可以不拆除保溫層直接進(jìn)行腐蝕檢測(cè)，該方法對(duì)大面積的均勻腐蝕具有很高的靈敏性，但對(duì)于局部點(diǎn)蝕不敏感，該方法檢測(cè)的是某一區(qū)域的平均金屬損失[10]。

4 合于使用評(píng)價(jià)

站場(chǎng)管道合于使用評(píng)價(jià)包括：剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)、剩余壽命預(yù)測(cè)、材料適用性評(píng)價(jià)。剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)是在缺陷檢測(cè)的基礎(chǔ)上依據(jù)SY/T 6477―2017《含缺陷油氣輸送管道剩余強(qiáng)度評(píng)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(píng)價(jià)。剩余壽命預(yù)測(cè)包含管道腐蝕剩余壽命預(yù)測(cè)、含缺陷管道疲勞壽命預(yù)測(cè)、機(jī)械損傷凹坑管道剩余壽命預(yù)測(cè)。管道腐蝕剩余壽命預(yù)測(cè)其實(shí)就是預(yù)測(cè)管道的腐蝕發(fā)展趨勢(shì)，由于受實(shí)際環(huán)境影響因素制約，評(píng)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(yù)測(cè)方法有很多種， GB/T 30582―2014《基于風(fēng)險(xiǎn)的埋地鋼質(zhì)管道外損傷檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)》附錄F介紹了壁厚法、 MAWP法、極值統(tǒng)計(jì)方法等。 TSG D7003―2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則—長(zhǎng)輸（油氣）管道》規(guī)定腐蝕剩余壽命預(yù)測(cè)采用式（1）計(jì)算。

式中RL 腐蝕壽命， a年； C 年校正系數(shù)； P f計(jì)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(duì)材質(zhì)不明，可能發(fā)生硫化氫等應(yīng)力腐蝕，或者使用年限已經(jīng)超過15年并且發(fā)生過與應(yīng)力腐蝕、焊接缺陷有關(guān)的修理改造的管道，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行管道材料適用性評(píng)價(jià)。

5 結(jié)束語

天然氣站場(chǎng)埋地管道是安全管理的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，針對(duì)站場(chǎng)管道的檢驗(yàn)方案，綜合運(yùn)用多種檢測(cè)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(yàn)提供參考借鑒。

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資助項(xiàng)目：上海市優(yōu)秀技術(shù)帶頭人計(jì)劃， No. 19XD1432600。

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