天然气管道安全性分析及泄漏检测

陈 敏，卢东波，李 明

（山东中大建筑设计院有限公司，山东济南 250000）

1 天然气管道工程危险有害因素分析

无论是在施工还是日常维护的过程中，天然气管道的安全都是十分重要的，因为有许多的原因会导致天然气管道出现问题从而引发事故，例如在天然气管道的输送过程中有可能会因为输送管线过长、设计不合理，施工质量存在问题，没有做好防腐蚀工作等原因出现管线、阀门等被腐蚀或出现裂纹导致管道泄漏。以及在施工过程中由于天气原因、地质灾害等出现管道基坑塌陷，出现事故。所以为了保证天然气管道施工和运行过程中的安全，需要对天然气管道工程进行危险有害因素分析。

1.1 设备设施危险有害因素分析

天然气是易燃易爆气体，因此天然气管道的密闭性就极其重要。本文对青宁管道项目沿途管道、阀室、输气站等进行危险有害因素分析，青宁管道输气工程为长输气管道工程，天然气输气距离较长，而输送的天然气有具有一定的危险性。所以在运行管理过程中，可能存在设计不合理，因腐蚀、疲劳等因素，容易造成管线、阀门、仪器仪表等设备设施及连接部位泄漏而引起火灾、爆炸事故。防腐工作不完善，管道发生腐蚀有可能大面积减薄管道壁厚，导致过度变形或工作压力下爆破，也有可能导致管道穿孔地上管线由于气候原因，可能引起管道保护层破坏，造成管道点化学腐蚀、化学腐蚀、应力腐蚀等。

1.2 土质条件有害因素分析

项目工程管线位置以平原为主，土质大部分为砂土、黏土、粉质黏土。黏土可塑性强，水分子不容易通过，一般黏土地带管线较为安全不易发生危险。而砂土颗粒大，可能会发生砂土液化现象，砂土液化会导致孔隙水在超孔隙水压力下自下向上运动。在砂土层上方没有渗透性更差的覆盖层情况下，地表会大面积出现地下水。地震、爆炸、机械振动等都可以引起砂土液化现象，在管道施工过程中砂土液化会导致管道基坑坍塌，致使管道滑落，造成事故。在粉质黏土上施工时，需要注意粉质黏土的时效性，管道焊接时一般用土坑将管道架起，一旦粉质黏土发生变形，管道就非常有可能滑落，砸伤施工人员。

1.3 自然环境有害因素分析

管道施工有可能会受到气候影响，山东江苏两省中的连云港、宿迁两市为临海城市，夏季台风多发季节，如果有台风出现会造成多日阴雨天气，导致管道基坑积水严重，施工人员无法确定坑中积水情况贸然施工极易发生事故，并且因为积水问题部分用于架接管道的土坑容易坍塌，导致管道从土坑上滑落造成事故。并且检测、焊接等工作无法在阴雨天气及积水严重地点工作，所以为了保证不延误工期，需要在施工前确定好天气条件，先施工降水量大，降雨频繁地点。

2 天然气管道泄漏检测方法研究

2.1 天然气管道检测方法介绍

无损检测是一种现代工业、机械业常用的检测方式。无损检测可以通过物理、化学手段在不破坏物质结构的情况下对产品进行安全性检测，现在常用的无损检测有射线、超声、渗透3种检测方法，以及最新的相控阵检测（PAUT）。

此次青宁项目用到的相控阵检测法是近年来才开始使用的检测法，还处于试用阶段，本文主要介绍相控阵检测与常规检测的差异。天然气管道的泄漏检测主要为应用无损检测的方法来确保管道的安全性

2.1.1 射线检测

射线检测已经是一项非常成熟的检测技术，起初射线检测利用X射线对工业机械业产品进行无损检测，经过多年的发展现在的射线检测基本都是利用γ射线对产品进行无损检测。但是无论是X射线或是γ射线都会对人产生辐射危害，所以为了避免射线辐射对检测人员的伤害，国家大力研究及发展超声相控阵检测技术。

2.1.2 超声相控阵检测

相控阵检测虽然检测技术相对于射线不够成熟，甚至没用相对明确统一的检测标准，但是相控阵检测技术检测更加全面，系统对管道上可能出现的问题也更加敏感。随着社会发展与科技进步，相控阵检测法的全面性与对管道缺陷，伤口的探查得敏感性会让这种还不够成熟的检测技术成为以后无损检测的主要检测方法。

2.1.3 液体渗透检测

液体渗透检测是通过液体对固体的润湿能力和毛细现象来完成的，需要先将渗透液渗入被检产品检测部位，然后在被检测产品的表面涂抹一层具有吸附力的白色显像剂，将产品内的渗透液吸出，在显像剂表面就可以得到检测的结果，最后观察结果，得出检测结论就完成了对产品的液体渗透无损检测。

2.2 天然气管道无损检测

无损检测原理：无损检测是指利用材料的声、光、磁、电等特性，在不损害或影响被检测物使用性能的前提下，检测被检测物是否存在缺陷或不均匀，并提供缺陷大小、位置性质和数量。与破坏性检测相比，无损检测具有以下特点。第一种是无损检测，检测时不会损害被检测物的使用性能；第二种是综合性的，因为检测是无损的，所以需要对被检测物进行100%的综合检测，这是不可能进行破坏性检测的；第三种是全量程的，破坏性试验一般只适用于对原材料的检测，如拉伸、压缩、弯曲等过程中普遍采用的力学，对制造用原材料进行破坏性试验。对于成品和在用物品，除非不准备继续使用，否则不能进行破坏性试验，而非破坏性试验不损害被试物的使用性能。所以，它不仅可对制造用原材料、各中间工艺环节，直至最终产成品进行全程检测，也可对服役中的设备进行检测[1]。

2.3 相控阵探伤检测与超声探伤，射线检测的区别

在工程项目中相控阵检测法用处基本与射线检测法相同，通过与射线检测法的结果对比来确定相控阵检测法的结果。相控阵探伤检测法原理与超声探伤检测相似有不同，超声相控阵技术的基本思想来自雷达电磁波相控阵技术。

（1）相控阵检测难点。国内有关相控阵探伤无损检测还没有相关的国家标准，在此次的青宁管道工程项目中相控阵检测标准暂时沿用中石化有关超声探伤检测的标准，在工程开工之前，需要先将此标准上报安全生产监督管理总局，征得同意后再与项目所经的山东、江苏两省各地安监局备案后才可以按照此标准进行检测。

（2）相控阵探伤机的组成。超声相控阵是超声探头晶片的组合，由多个压电晶片按一定的规律分布排列，然后逐次按预先规定的延迟时间激发各个晶片，所有晶片发射的超声波形成一个整体波阵面，能有效地控制发射超声束（波阵面）的形状和方向，能实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。

（3）超声相控阵与射线检测对比。与射线检测相比，超声波探伤优点更加明显，检测更加快捷方便。如图1、图2所示相控阵检测只需要一个相控阵检测仪器即可，而射线检测需要管道爬行器在管道中工作，工作人员需要根据爬行器报警的“滴滴”声来确定爬行器位置，准确地将效果图拍摄放在管道外的底片。并且射线检测需要用到的爬行器远大于超声相控阵探伤仪，也更加沉重，工作时不易携带，不慎掉落可能会砸伤检测人员。

（4）相控阵探伤仪的优点。相比之下，超声相控阵探伤仪更加小巧方便，易于携带，也更加安全。相控阵探伤仪虽然相较于超声探伤仪更加全面，相较于射线检测更加简便安全，并且没有射线检测的复杂后期工作。相控阵探伤仪会将管道情况记录在探伤仪中的储存卡呢，评片人只需要将储存卡内的数据传输到计算机上就可以准确地观察问题。而如此方便快捷的检测方法没有完全普及彻底代替射线检测法的原因是因为相控阵探伤对管道情况十分敏感，有许多在相控阵探伤仪上表现出来的问题并不是缺陷，所以此次青宁项目同时使用相控阵探伤与射线检测的原因就是通过对比确定相控阵碳上的准确性与标准。

3 天然气管道泄漏危害及安全控制措施

3.1 天然气管道泄漏危害

与其他燃烧能源相比，天然气更加环保安全，但是天然气依旧是一种易挥发的无色易燃易爆气体，当天然气在空气中的浓度达到5%以上就可能会发生爆炸。空气中较小浓度的天然气一般不会对人体造成伤害，但浓度一旦达到10%以上，就会对人体有害，会造成呼吸困难、眩晕虚弱、昏迷甚至失去生命。当天然气中具有一定量的硫化氢气体时，如当空气中的硫化氢达到0.31mg/L时，人的眼、口、鼻等就会因受到强烈的刺激而引起怕光、流泪、呕吐、头痛等症状，而当空气中的硫化氢含量达到1.54mg/L时，便会让人死亡。再就是燃烧不够充分的天然气也会让一氧化碳等有损人体健康的气体得以产生。

3.2 天然气管道安全控制措施

3.2.1 按要求确定管线位置

作为长输气管道工程，按照国家要求在设计选线时尽量避开城乡规划区。并且与大部分公路，铁路保持一定的安全距离。与邻近铁路线路的防火间距分别不应小于25m和50m，且距铁路用地界不小于3.0m。低压可燃气体管道与邻近铁路线路的防火间距不应小于5m。并且不同管线平行埋设时间距不小 于6m[2]。

3.2.2 建立健全安全管理制度

对于天然气长输管道系统的管理，建立安全生产责任制，实施责任落实制度，对杜绝安全风险，避免发生安全事故，做出突出贡献的岗位员工予以奖励，而由于人为的违章操作等因素，引发安全事故，造成经济损失的情况，予以处罚，岗位员工提高安全意识，尽心尽力地做好安全工作，提高长输管道的生产管理水平，保证提高生产效率。建立健全各种规章制度，严格执行这些规章制度，并要求岗位员工遵守各项安全操作规程，学习长距离管道输气的知识，解决生产实际问题。

4.2.3 实施HSE管理体系

针对天然气长输管道系统的特点，对天然气生产现场的集输管网系统、集气系统以及城市用户等系统进行严格的质量管理。按照HSE管理体系的要求，建立基础资料，并设置专业的安全监督管理人员，发现安全隐患，及时处理。避免发生违章指挥及违章操作的行为，保证健康、安全稳定地完成天然气输送的任务。对于石油天然气生产企业，按照HSE管理体系的要求，合理组织生产施工，并执行二书一表的管理模式，以领导承诺、全员参与的方式，提高安全生产管理水平。保证天然气输送全过程的安全，按照管理目标和体系的要求，做好基础资料的整理工作，及时进行安全风险评估，实施风险管理，制定事故应急预案，并实时进行应急演练，一旦发生安全生产事故，能够将损失降到最小，使天然气生产企业减少损失。HSE管理体系是比较成熟的安全管理体系，针对天然气长距离管道输送系统的特点，采取必要的改进措施，优化管理体系的内涵，使其满足长输管道的需要。对于天然气的生产过程实施安全管理，减少各种跑冒滴漏的现象，避免造成环境污染，防止引起火灾、爆炸等事故的发生，达到天然气长输管道系统的安全管理目标，提高天然气生产企业的经济效益[4]。

5 结论

通过对焊接及管道检测过程中的危险有害因素分析以及安全检查表确定工作中的危险源，确认施工、检测及维护过程中的重点、难点，确认安全管理制度，选择最佳施工地质条件，做好施工现场保护措施。确认天气环境，密切关注周边气候情况，避免施工时遇到不安全的天气状况。确保施工器械、检测仪器和施工车辆安全状态，设备出现问题需要及时检修。确认施工人员和检测人员的工作状态，建立完善的奖惩制度，避免由于施工和检测人员的不安全状态、不安全行为出现施工、检测问题，导致事故发生。

根据项目工程中应用的主要检测方法，射线检测以及超声波探伤检测的检测情况对比，超声探伤检测结果更加全面，检测度更加灵敏并且操作更加方便，检测结果易保存，所以在未来的无损检测行业发展超声波相控阵探伤检测将是主要的发展方向。

在实际工作中，对焊接质量进行无损技术检验，可以预防一些焊接缺陷问题出现，是保证其安全运行的重要措施。因此在实际工作中，应该重视无损技术的应用，确立好天然气管道工程的安全控制措施，以保证长输气管的在安装以及运行过程中的安全。