无锡地下燃气管网泄漏成因及措施——从管网运行数据分析角度探讨

华润燃气集团无锡华润燃气有限公司 承灿赟

无锡地下燃气管网泄漏成因及措施
——从管网运行数据分析角度探讨

华润燃气集团无锡华润燃气有限公司 承灿赟

随着城市燃气地下管网的长度和运行时间的不断增加，燃气管道泄漏的数量与风险也在同步提高。文章对无锡华润燃气有限公司云抢修平台中的相关数据进行了分析，并根据分析结果，对影响地下管网泄漏的本质原因提出了相应的应对措施，以便更好地控制燃气泄漏风险，避免燃气事故的发生，保障市民的安全用气。

天然气 地下管网 泄漏 原因 措施

随着我国城镇化水平的提高，城镇燃气行业发展迅速，遍布城市每个角落的燃气管网在给市民带来方便的同时，也对燃气运营企业带来了新的挑战。天然气作为易燃易爆的气体，一旦发生事故，很可能会造成居民人身和财产的严重损失，因此保障安全供气是燃气运营企业工作的重中之重，管网运行的安全状况会直接影响企业的社会效益和经济效益。

目前，城镇燃气大多通过压力管道进行输送，管网泄漏是导致燃气安全事故的主要原因之一。其中，地下燃气管网(含引入管)接触地下腐蚀性介质多，特别随着电网的入地、通信和信息化的发展，杂散电流增加，管网的泄漏风险在不断增加。因地下管网的隐蔽性高，不易发现泄漏，安全风险大，因此长期以来，如何保证地下燃气管网的安全运行一向是燃气运营企业重点关注的课题。

无锡市的管道燃气事业经过几十年的发展，已经形成一定的规模，管网呈现点多、线长、面广三大特点，至今拥有门站2座，各类调压设施6 000多座，管网长度5 000多公里，覆盖全市所有区及乡镇。无锡华润燃气作为无锡市区唯一的燃气运营企业，长期从事无锡市燃气管道的建设和运营管理工作，拥有大量实践和管理数据基础经验。本文立足于对无锡华润燃气有限公司近3年的云抢修信息平台数据进行整理和分析，探索地下管网泄漏的本质原因，从而提出有针对性的应对措施，以便更好地控制燃气泄漏风险，避免燃气事故的发生，保障市民的安全用气。

1 管网泄漏原因分析

本文分析采用的数据均提取自无锡华润燃气云抢修信息平台和管网检漏数据平台，累计收集地下管网泄漏数据2 363条，并对信息进行整理和分析如下：

1.1 自然应力导致的泄漏

根据数据统计结果(见表1)发现，在接报(由群众通过各种渠道向接报中心进行报修，下同)数据中，68%的泄漏是由于自然应力(由于管网的热胀冷缩和管道基础沉降产生的管道应力，下同)造成。而在自查(公司自行组织的检测查漏，下同)数据中，这项数据更是高达95%。自然应力导致的泄漏情况在绝对数量上占较高比例的。

表1 各类型地下管网泄漏所占比例单位：%

1.1.1 镀锌管件连接部位松动漏气

在对自然应力导致泄漏的部位进行数据统计后发现，绝大部分漏气均发生在引入管上的丝扣连接镀锌管件上(见表2)，包括闷头、活接头、三通等。

表2 自然应力导致泄漏的各部位所占比例

进一步对其泄漏级别和报修来源进行分析可以发现，接近80%的由自然应力导致的漏点泄漏级别为低(见表3，泄漏级别根据泄漏量确定)，接近75%的漏点是通过自查发现的(见表4)。这组数据显示，因自然应力导致的泄漏往往泄漏量比较小，往往需要通过查漏仪器才能发现。

表3 自然应力导致的漏点的泄漏级别

表4 自然应力导致的漏点的数据来源单位：%

通过对接报数据中因自然应力导致的泄漏与运行时间的关系(见图1)进行分析可以发现，泄漏数量会随着运行时间增加而增多，尤其是当运行时间超过五年之后，泄漏数量几乎与运行时间成正比。

图1 接报数据中自然应力导致的泄漏与运行时间的关系

通过对这些数量占大部分的、较轻微的泄漏进行更深入的原因调查后发现，主要原因：一是由于这些泄漏管件均处于室外，受到日晒雨淋，热胀冷缩的影响，造成管件连接部位松动造成的；二是填料老化收缩，造成管件连接部位泄漏；三是施工操作不规范，丝扣质量差，关键拧得过紧，造成丝扣损坏等。

1.1.2 沉降导致的引入管漏气

在对接报数据中因自然应力导致的泄漏与运行时间的关系进行分析过程中可以发现，在运行的前5年内，泄漏数量相对保持稳定，即使运行1年的管道也可能发生泄漏。这说明前几年的泄漏原因可能和投运五年后的泄漏原因有所区别。

通过比较接报数据与自查数据的不同之后可以发现，相较自查数据中低级别泄漏的绝对比重，接报数据中的中高级别泄漏比例明显偏高(见表5)。

表5 自然应力导致的泄漏中数据来源与泄漏级别的关系

通过对接报数据中由自然应力导致的泄漏部位进行数据统计后发现(见表2)，尽管同样大多数是在引入管上的镀锌管件漏气，但分布略有不同，除了在自查数据中也占比较大的闷头、活接头、三通外，引入管断裂、金属软管接头损坏和膨胀节损坏合计也占据了接近40%的比例，这与自查数据中接近90%都是管件轻微泄漏的情况有明显不同。

针对这一情况进行进一步原因调查后发现，这些泄漏大多是由于自然沉降造成的。由于引入管的一部分固定在建筑上，另一部分敷设在地面下，如果沉降超出了补偿器的补偿范围，就会导致应力集中的现象，长期受力下就会造成泄漏。在实践中，由于部分小区在燃气管道敷设完毕后，还会进行一些绿化作业，多余的覆土和土壤的挤压也会加剧管道的沉降，特别是现有的建筑小区很多是全地下室的，地下室上面有大量回填土，由于回填土的沉降，造成引入管沉降。

自然应力引起的漏气究其原因，如上面总结的：一是由于部分管件处于室外，受到日晒雨淋，热胀冷缩的影响，造成管件连接部位松动、聚四氟乙烯生料带老化收缩，造成管件连接部位泄漏。二是由于引入管地基的沉降。

更深入的分析，根据《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)中要求，引入管都考虑了建筑物设计沉降量，根据情况统一采取了保护措施即：加大引入管穿墙处的预留洞尺寸；引入管穿墙前水平或垂直弯曲2次以上；引入管穿墙前设置金属柔性管或波纹补偿器。可是根据运行数据，自查中自然应力引起的漏气还是高达95%，这结果是意料之外的。

所以建议，可否采用滚压螺纹技术(下文详细介绍)替代目前的切削螺纹，提高螺纹连接处的强度、抗腐蚀能力，降低自然应力对管网的影响。经查用于燃气镀锌管的滚压螺纹技术标准仅有湖北省地方标准《燃气用镀锌钢管滚压圆锥外螺纹接头》(DB42/T 832—2012)，无相关国家标准，建议补充。

1.2 管道腐蚀导致的泄漏

根据数据统计结果(见表1)发现，在接报数据中，24%的泄漏是由于管道腐蚀造成的。而在自查数据中，这项数据偏低，仅占5%。

1.2.1 管网末端至引入管的管道腐蚀

通过把室外架空部分的数据去掉，对管网末端至引入管间发生的腐蚀漏点的泄漏部位进行数据重新统计(见表6)可以发现，庭院管上的腐蚀穿孔占其中较大的比例，在自查数据中，庭院管腐蚀穿孔占比达到87%。除了庭院管外，腐蚀漏点多发生在引入管段。值得注意的是，在自查数据中，引入管腐蚀占比仅为10%，远小于接报数据中的33%。这一方面表现了引入管腐蚀的严重程度(引入管总长要远小于庭院管)，另一方面体现了在日常巡查过程中对引入管的腐蚀情况还不够重视。

表6 腐蚀漏点的泄漏部位

对管道腐蚀情况按管材分类进行分析(见表7)之后可以发现，镀锌管腐蚀情况最为严重，钢管其次，两者合计超过90%。在进行现场调研之后可以确定，管道腐蚀的主要部位位于引入管网末端至引入管出土之间的位置。主要原因包括违章穿井、杂散电流、引入管防腐层损坏、施工时防腐质量差等原因。

表7 腐蚀漏点的管材分类

1.2.2 运行8年以上的埋地镀锌管道腐蚀

对埋地镀锌管管道腐蚀情况按运行时间进行分析(见图2)之后可以发现，埋地镀锌管管道腐蚀数量明显会随运行时间增长而增长。尤其值得注意的是，在运行8年之后，泄漏风险有明显提升。

图2 镀锌管腐蚀漏点数量与运行时间的关系

1.3 第三方破坏造成的泄漏

根据数据统计结果(见表1)显示，第三方破坏数量占接报数据的8%。虽然绝对数量不高，但第三方破坏有着泄漏级别高的特点。

在第三方破坏导致的泄漏中，仅有不足20%的泄漏属于低级别泄漏(见表8、表9)，相比之下自然应力造成的泄漏有80%是低级别泄漏，管道腐蚀造成的泄漏有60%是低级别泄漏。从另一个角度来看，在高级别的泄漏故障中，第三方破坏则占到了65%以上。

表8 泄漏类型与泄漏级别的关系

表9 泄漏类型与泄漏级别的关系

针对第三方破坏进行现场调研后发现，造成第三方破坏的主要原因就是施工造成的，还有一部分则是因为车辆碰撞导致的。

2 管网泄漏防治措施

2.1 自然应力泄漏防治措施

2.1.1 采用滚压螺纹技术

镀锌管件容易发生松动，主要原因是由于连接部位的螺纹质量不佳，在长期受应力和振动的作用下，或是螺纹间的尺寸公差较大、或是螺纹加工中对牙纹的损坏，或是切削螺纹破坏镀锌防腐层，都容易发生腐蚀，有可能造成接口的松动和泄漏。

滚压螺纹技术采用滚压模具，利用滚压力使管件产生塑性形变，形成螺纹。由于在滚压过程中，材料内部收到应力挤压，加强了螺纹的表面强度。同时，由于挤压过程是冷作业，所制成的螺纹表面粗糙度也比较小。同时，由于传统的切削螺纹会破坏镀锌管的防腐外层，而滚压螺纹则一次滚压成型，不会破坏防腐外层，在镀锌管上采用滚压螺纹技术，也能提高防腐的特性。通过利用滚压螺纹技术，可以减少镀锌管件松动的概率。

2.1.2 采用液态生料带(厌氧胶)

丝扣连接一般均须在连接面添加填充材料，一来填充缝隙避免泄漏，二来可以保护丝扣不被腐蚀。传统的填充材料有麻丝、白铅油(白铅粉与干性油混合而成)、生料带(聚四氟乙烯)等。由于现在无锡市已经全面使用天然气，因此麻丝、白铅油等填料均不再使用，根据《城镇燃气室内工程施工及验收规范》(CJJ 94—2009)，丝扣填料均采用聚四氟乙烯生料带。

聚四氟乙烯生料带具有许多优点，它韧性好和强度高，同时兼具出色的抗腐蚀性、耐高低温性和不可燃性。但同时，聚四氟乙烯生料带也有着不可回避的缺点。它的表面摩擦系数小，容易造成管件连接的松动，而且它的使用寿命也并不长，老化收缩后也会产生间隙。同时，由于聚四氟乙烯生料带需要丝扣上缠绕，缠绕的时候还要注意方向和拧入方向相反，管件安装不能调整角度，容易撕裂产生缝隙，导致最后的防漏效果不能达到预期效果。

液态生料带(厌氧胶)的主要由丙烯酸酯单体与其他助剂混合而成，在与空气接触时呈液态，涂抹在丝扣上，胶液可以完全填充螺纹间的微小空隙。待管件拧上之后，胶液在缺氧环境下固化，形成抗腐蚀的高密封性固性塑料，从而实现百分之百的密封连接。液态生料带的使用寿命长，耐压性能高，粘结力强，可以有效减少因填充材料造成的管件连接漏气。

厌氧胶现行国家标准参照化工行业标准《单组份厌氧胶粘剂》(HG/T 3737—2004)，并在《厌氧胶粘剂扭矩强度的测定(螺纹紧固件)》(GB/T 18747.1—2002)中对其粘结强度的测定进行了规范。

2.1.3 定期检查维护

在对新建工程使用新技术的同时，对已建工程要有针对性的进行检查和维护。在了解到引入管镀锌管件泄漏高发的情况下，在巡检过程中要加强对相应部位的重视程度，提高检查的频率。同时，由于大部分引入管管件松动导致的泄漏都非常轻微，可以通过简单的现场维修马上消除隐患。因此我们对巡检人员进行了简单的技能培训，并配备相应的工具，要求巡检人员在发现轻微漏点的现场直接解决泄漏情况。

2.1.4 减少地基沉降

现在的建筑小区回填土多，土质松散，容易发生地质沉降。虽然在引入管上都会安装相应的补偿器(金属软管、膨胀节等)，但是因沉降导致的管道泄漏依然时有发生。由于引入管是连接地上管道与地下管道的管段，一端固定在建筑上，另一端敷设在地面下，因此如果在引入管附近发生沉降，作用力将会直接集中在管道上的应力集中点，更容易导致管段的损坏。

针对这一现象，我们对引入管下方的基底强度提出了一定的要求，要求施工单位在施工过程中，对引入管下方的基底进行夯实加固，并委托监理单位进行监督检查，确保减少引入管在运行过程中发生沉降。

2.2 管道腐蚀泄漏防治措施

2.2.1 采用预制防腐钢塑转换

原有的引入管段是采用人工缠绕防腐层的方法，可能存在管道表面除锈不干净、有杂质，或者是缠绕技术差导致气泡空洞的现象，所以引入管段的腐蚀漏点较多。

针对这个现象，公司决定统一集中采购预制3PE防腐的弯管式钢塑转换，大大改善了引入管的防腐情况。同时，在要求新建工程全面采用预制防腐钢塑转换的同时，对全市引入管腐蚀较为严重的小区进行引入管专项改造(见表10)，消除了引入管的腐蚀泄漏隐患。

表10 管网专项改造计划

2.2.2 开展老旧管网改造

随着运行时间的增长，发生腐蚀泄漏的风险也会越来越高。尤其是随着城市的建设，部分管道附近还违章砌筑了一些雨污水井。在检测数据中，同样发生过由于穿井造成管道烂穿的事故，安全风险非常大。

在这种情况下，公司针对漏点高发的小区进行了老旧管网的专项改造，消除安全隐患。

2.3 第三方破坏防治措施

2.3.1 强化地下管道标识

第三方单位在施工过程中挖断管道是第三方破坏的常见情况，一旦带气管道被挖断，必然是一起严重的燃气事故。大量的燃气泄漏，一方面很有可能造成火灾或者爆炸，另一方面强烈的燃气气味也会造成周围居民的恐慌。及时快速关闭了阀门，也会造成一定区域范围内的停气，在复供的时候也会存在一定的安全隐患，因此对第三方破坏的控制首先就在于避免第三方单位挖断管道。

在日常工作中，虽然对正在施工的工地会安排监护人员，但是人少工地多，一个监护人员并不能随时控制所有的工地，因此地下管道的标识将会起到重要的警示作用，避免第三方单位挖断管道。

无锡华润燃气公司在原有管道标识的基础上，进一步强化了对埋地管道标识的规定，要求所有工程在条件允许的情况下，必须在通气前完成标志桩、标志牌的安装。如果通气时条件不允许，则必须在通气后一个月内完成。每一根标志桩、每一块标志牌都拥有唯一的编号，要求在安装时对应唯一的坐标，并与GIS系统中的管线竣工图一一对应，偏差不得超过10 cm。

目前国内的地下管道标识标准主要有行业标准《管道干线标记设置技术规范》(SY/T 6064—2011)，企业标准《油气管道地面标识设置规范》(Q/SY 1357—2010)等，但这些标准主要适用于长输油气管道，并不能完全适用于城镇中低压燃气管线，关于城镇燃气管线的地面标识则并没有统一的国家标准，各地标识的位置、样式甚至颜色都比较混乱，有必要进行系统的规范。

2.3.2 完善基础信息建设

真实详尽的竣工图纸也是防止第三方单位挖断管道的重要工具。为了确保管线基础信息的准确性、完整性和及时性，无锡华润燃气公司投入大量的人力物力，搭建了现有的GIS地理信息系统，并将无锡市区内的所有管线信息都录入到这一系统中去。GIS系统还具备了移动互联应用功能，现场监护人员可以利用专门配备的移动终端，在现场查阅管道位置，能更有效地与第三方施工单位进行现场交底，完成现场监护工作，配合管道标识，避免第三方破坏。

在先进的系统背后，无锡华润燃气公司还组建了一支专业的竣工图测绘团队，同时，要求全部管线的测量要在覆盖回土之前完成，所有关键坐标点均采用全站仪和GPS定位仪配合测量，自动采集，竣工图实现了全坐标化，确保竣工图的及时、准确、完整。在这个基础上，要求竣工图完整后一个工作日内录入GIS系统，确保GIS系统的及时更新。

2.3.3 强化管道防护措施

除了施工破坏之外，第三方破坏另一个主要原因是社会车辆的碰撞。为了解决这个问题，公司要求所有有可能被碰撞的管道加装防撞桩，调压柜必须安装护栏，避免社会车辆的碰撞。

防护措施必须在通气之前完成安装，并在一年内进行复查，确保防护措施的安全完好。

3 结语

随着燃气管网长度的飞速增长，仍采取传统的安全管理模式，成本和效率都不能达到满意的效果。在信息化的时代，燃气公司必须要重视数据的重要性。通过分析数据，可以更准确、高效地发现影响燃气运行安全的关键隐患，并及时采取针对性的措施去消除隐患，有计划的维修，将安全风险降低到最低水平。

目前，在现有的数据基础下，还不能完全基于数据分析得出比较满意的结果，还需要收集更多运行数据，建立大数据分析机制，不断研究和总结经验，建设智慧燃气管理系统，保障市民用气安全。

表4 各种类型定向钻机的能力和应用范围

回拖力大于450 kN属大型钻机，本工程中最大回拖力为2 106 kN，需要回拖力较大的大型水平定向钻机来施工。美国奥格公司、中国的徐工，均有不少机型能满足要求。

5 结语

南水北调穿越属于中型水域穿越，但考虑到南水北调为国家大型的水利工程，为了保证管道施工不影响南水北调的正常施工和今后运行，为了更好地保护南水北调周围环境，为了把本工程的建设对南水北调工程的影响减小到最低程度，本设计把南水北调穿越提升至大型水域穿越等级，并确定采用定向钻穿越的方式。

本段定向钻穿越工程的出入土点间水平全长631.37 m，定向钻穿越段管道实长为660.74 m。管道设计压力6.3 MPa，管径DN700。管道最小覆土深度11.63 m。定向钻入土点在南水北调运河北侧，入土角为9°；定向钻出土点在南水北调运河南侧，出土角为6°。定向钻曲率半径1 067 m。

Abstract: The trenchless technology has been widely used for national gas pipelines to cross obstacles such as lakes, railways, highways and buildings. The trenchless way includes the horizontal directional drilling crossing, the shield crossing, and the top pipe crossing and so on. Taking the engineering in which the DN700 pipeline crosses South-to-North Water Transfer project, the paper introduces the concrete design scheme of drilling crossing.

Keywords: trenchless, crossing, horizontal directional drilling crossing, design scheme

Causes and Solutions of Underground Gas Leakage in Wuxi

Wuxi China Resources Co., Ltd. Cheng Canyun

s: more length and operation time of urban underground gas pipes, more risks of gas leakage. By analyzing operation datum of the Cloud Repairing System, the countermeasures of underground gas pipes leakage have been summarized to control the leakage risks better, prevent gas accidents and guarantee the gas safety. .

natural gas, underground gas pipeline network, leakage, causes, measure

Scheme Design on High-Pressure Gas Pipeline Crossing Project

Tongji University Adila Muyiduli Feng Liang Wang Huixiang North China Municipal Engineering Design & Research Institute Xia Xingxing