管道穿越道路的可靠性评估

郭雪松　宋皓洁

【摘 要】 穿越道路管道的可靠性是保证长输管道的可靠的重要影响因素，为有效的预防穿越道路管道的突发性事故，需要合理的运用评价方法对管道穿越道路的可靠性进行评估，从而实现经济和社会效益。本文通过对管道穿越道路安全性及相关因素进行分析，运用管道穿越道路的应力和强度的方法，对管道穿越道路的载荷和穿越道路管道进行安全分析及评估。密切关注服役多年的穿越道路管道，满足一定埋深条件下可以取消新建的穿越道路管道的套管。

【关键词】 管道；穿越道路；可靠度；失效分析；评估；综合评判

随着经济的发展，管道输送的可靠性越来越受到重视，在施工中要求管道要具备安全、高效的性能以避免因事故导致经济损失和危害环境的后果。目前我国穿越道路的管道从设计到施工都存在着很多问题，随着经济社会的发展，公路铁路的建设增多，对管道穿越带来了巨大的影响，管道受到来自第三方破坏、管道施工缺陷、管材初始缺陷、管道内外腐蚀等因素的影响，管道的承受的应力在增加的同时其强度却在逐渐降低，可靠性也在随之出现下滑趋势。因此加强对管道穿越道路的研究是迫在眉睫的。

一、管道穿越道路的可靠性概述

可靠性是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的能力。可靠度是用概率来对可靠性进行度量的概率。管道穿越道路系统可靠性是指穿越道路管道系统在一定的压力、温度等条件作用下，在其设计寿命内，完成规定输送任务的能力。通过计算管道穿越道路的设计、施工、试压、投产、运行经验、事故数据等数据，可以实现对管道穿越道路的可靠性进行有效评估。管道穿越道路系统可靠性主要通过穿越道路管道平均无故障运行时间、穿越道路管道平均维修时间、穿越道路管道故障率入、穿越道路管道可靠度、穿越道路管道的失效概率厂阳、穿越道路管道可用度等评价指标来计算得出。穿越道路管道系统的可靠性是一种综合属性。

二、管道穿越道路的浴盆效应

长输管道穿越道路的管段事故率在试压投产运行后会经历“浴盆曲线”的三个阶段，一是管道投产初期事故多发阶段，它主要会出现因管材质量和设计缺陷等而导致的管道内在质量隐患。二是管道进入稳定工作期的事故率稳定阶段，这时因管道穿越道路结构自身问题导致的事故数减少，腐蚀、外力等外在运行行环境因素对穿越道路管道造成的危害比较多。三是因管子结构和管子设备老化而事故率上升阶段，因管材质量、施工质量、输送的介质及与防腐涂层等因素使得在穿越道路管道寿命后期管道腐蚀及磨损造成的事故增多。管道进入稳定工作期内的穿越道路管道的事故率是工程中要特别注重的，在对管网系统进行计算和可靠性分析时，主要研究稳定阶段的管道系统。

三、穿越道路管道的埋地方式

管道穿越道路有两种埋地方式，一种是埋地式，另一种是涵洞式。埋地式主要包括无套管穿越和有套管穿越两种，对于无套管管道穿越道路时，要埋深大于1米，并强化管道的绝缘及防腐等级，避免管线的对接焊缝。对于有套管管道穿越道路时，一般采用裸钢管或水泥涵管做为套管，通过不固定或固定的结构形式对套管与内管进行连接，并能过绝缘材料进行支撑，且保护套管的管顶至路面的埋深同样要大于1米、加强绝缘防腐等级。管线在出现平面转点时，转点与公路路肩边缘的距离要大于2米。管道穿越铁路时必须要用钢筋混泥土套管来对管道进行有效保护。钢筋混泥土套管内直径一般要比管道外径大200毫米，并需要加强管道的绝缘防腐，杜绝对接焊缝的产生。有套管的管道结构在受力上具有合理性， 在腐蚀控制、安装成本等方面却存在一定的缺陷。涵洞式管道穿越道路时，管道系统的外在环境较好，具有在结构上可靠性高的优点。但是在造价成本上却比较高。

四、管道穿越道路的失效分析

造成管道失效的因素是多方面的，包括腐蚀、第三方破坏、设计因素、操作因素、和材料缺陷等等。其中腐蚀和第三方破坏是造成穿越道路管道失效最重要原因。穿越道路管道设计安全系数选取太低会造成管道设计阶段的失效。通常采用确定性的设计方法来设计穿越道路管道的强度，管线的强度设计可以按照管材的许用强度对管线的壁厚进行设计，由此计算出穿越道路管道的最大允许操作压力。如果出现实际操作压力超过管线设计的最大允许的操作压力的情况，穿越道路管道就会破裂从而失效。穿越道路的管道如果在错误的力学模型下建立会使得穿越道路管道所受的应力的计算结果与实际所受的应力差别比较大，为管道运行埋下安全隐患。在穿越道路管道的制造环节造成管线失效的原因主要来自于二个方面，一个是穿越道路管道管材本身质量存在缺陷，如圆管椭圆度不合理、圆管的壁厚不均匀、和管线焊接中焊缝的机械性能不能满足母材的要求及焊料未能保持干燥以及焊料上有沾污物和锈层等等；另一个是在施工时没有做好管材的检验，在管材不合格的情况下进行施工。在管线施工环节造成的管线失效主要包括：管线的运输与储运、管线的铺设，管线的焊接、管线的回填等操作过程。在穿越管线的储运、运输中不恰当的处理会使管线遭受机械损伤或是发生永久变形。在穿越管线的铺设过程中因施工要求不严格，不能实现内部管道处于卜燥无水的环境，且管道的焊接质量不好等都是造成管线失效的重要原因。在使用环节造成穿越道路管道失效的因素主要包括由于重型车辆敲击路面，造成管道变形等人为原因和土壤、地震、腐蚀等自然原因两个方面。第三方破坏造成的失效主要表现在非管道职工所作的、自然原因造成管道系统的破坏。包括：车辆翻越、车辆超重、灾害性风暴、洪水、泥石流、滑坡、塌方等等。

五、穿越道路管道可靠性评估

对穿越道路管道在腐蚀状态下的安全性进行分析并综合各种因素，对穿越道路管道进行可靠性评估是非常有必要的。通过对在各种因素影响下的现役穿越道路管道的状态进行可靠性分析，来确定穿越道路管道的可靠度和穿越道路管道的最大操作压力以及穿越道路管道的最大载荷压力，可以判断穿越道路管道是否能够继续被使用。穿越道路管道是长输管线中的重要环节，其管线的失效受到众多因素的影响。如腐蚀、断裂、失稳、疲劳、屈曲等。通过对局部腐蚀穿越道路管道的剩余强度进行分析、对穿越道路管道应力和外载荷进行分析可以对具有腐蚀缺陷的穿越道路管道进行安全评估。对于无套管穿越道路管道其因环向腐蚀造成的管道环向应力大于穿越道路管道的环向剩余强度就会使管道的安全性降低；因轴向腐蚀使得管道的轴向应力大于轴向剩余强度也会降低管道的安全性。对于有套管的穿越公路的管道，安全性则来自于套管的最大允许运行压力，在压力承受范围内刚穿越道路管道安全性高反之则会出现安全隐患。在对穿越道路管道进行安全性评估时还需要采用蒙特卡洛方法进行穿越道路管道的定性评估，来得出穿越道路管道的可靠度。

参考文献

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