石家庄热电天然气输气管道定期检验中发现问题的分析

高 辉 李志楠 李朝磊 董 斌

（1. 河北省特种设备监督检验研究院，河北 石家庄 050000；2. 湖北众深科技有限公司，湖北 武汉 430000；3. 河北省天然气有限责任公司，河北 石家庄 050000；4. 中国航空油料有限责任公司河北分公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

石家庄热电天然气输气管道工程输气规模为13×108m3/a，设计压力为4.0MPa，于2006年11月投用，主要为位于石家庄市二环内体育大街上的热电厂供气。包括1条干线、2座站场和3座阀室，该管道设计时设计为GB1级。

由于石家庄热电厂气量需求增加，管道运行需要提升压力等级，而《河北省特种设备安全监察规定》河北省人民政府令[2012]第18号规定：城市燃气等公用压力管道的安装、使用的监督管理，由住房和城乡建设行政主管部门依照有关法律、法规的规定执行。

因该管道经过市区6km，其中约2km穿过石家庄北二环，在体育大街公路2m水泥路面直埋敷设，人口密集，车辆较多，市政府非常重视，于2017年上半年委托此次检验与评估、安全评价以及规划等相关程序由住建部门牵头，规划局参与，最后以专家论证会的形式履行该管道的升压许可程序。

1 原始资料审查

石家庄热电天然气输气管道由华北石油勘察设计研究院设计，中国石油天然气管道局施工完成，采用螺旋缝埋弧焊钢管，全线三层PE结构加强级防腐，全线设阴极保护站1座，建在远离市区的鹿泉门站内。上次外检测由中国天然气管道科学研究院2010年3月完成，2017年河北省特检院进行了首次定期检验和合于使用评价，管道情况和路由如表1和图1所示。

图1 管道的路由走向图

表1 原始资料审查数据表

表2 该管道的宏观检查情况

表3 2017年度杂散电流检测情况

2 宏观检查

检测中发现管道部分地段“三桩一牌”缺少、偏移；发现多处工地施工露管如西湖一品楼宇施工（有露管现象），石德铁路院内建筑施工；多处穿越：如穿越南水北调、石津干渠、玻璃厂，太平河400m等；发现直接占压9处断续约1400m，部分经过西湖一品小区、儿童乐园、汽车4S店等人口密集区；此外还发现多处农田地表塌陷，其中体育大街段管道多次穿越公路，常有重型车辆行驶。

其中多次穿越二环体育大街的管段，管道存在沉降压裂和断裂风险，监管部门要求做稳定性校核，校核结果见五。

3 环境腐蚀性检测

3.1 土壤电阻率检测[1]

2022年全线共检测9处，其中2处土壤腐蚀性等级为中（44.6Ω.m和22.7Ω.m） ；7处土壤腐蚀性等级为弱（83.3Ω.m～166.1Ω.m），土壤腐蚀性总体为弱。

3.2 杂散电流检测

2017年运用特殊情况下的干扰程度评价指标-电位波动法检测了杂散电流波动情况。共检测杂散电流9处，有7处杂散电流干扰等级为强，鉴于当时石家庄市区地铁2号线即将开通，要求使用单位建议对市区地段管线进行杂散电流全面评估，必要时安装排流装置。2017年检测结果如下，杂散电流全面评估典型结果见六。

4 其它检测情况

4.1 外覆盖层检测

共发现疑似防腐层破损点8处，已开挖修复4处，建议使用单位将其余破损点修复。开挖典型照片如图2所示。

图2 2017年防腐层检测探坑开挖情况

4.2 阴极保护检测

由表4可以看出，2017检测中，发现在石家庄北二环附近，由于距离鹿泉的强制电流站越来越远，地表电位和off电位均达不到要求。调试了恒定位仪，市区地段安装了牺牲阳极后，2022年检验发现阴极保护的off电位达到了保护要求。

表4 两次定期检验测试电位数据对比

4.3 剩余强度评估

根据GB/T 30582-2014《基于风险的埋地钢质管道外损伤检验与评价》中的方法进行剩余强度评价，发现探坑缺陷点最大允许操作压力（MAWP）为6.41MPa，局部金属损失缺陷可接受。初步结论符合使用单位升高输送压力的条件。

5 径向稳定性校核

本条管道多次穿越二环体育大街的管段，应监管部门要求，由中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司进行了稳定性校核。 依据GB 50251-2014《输气管道设计规范》当管道埋设较深或外载荷较大时，按无内压状态验算在外力作用下管子的变形，验算公式如下，计算结果如表5所示。

表5 管道稳定性校核计算表

Δx为钢管水平方向最大变形量，m；

D为管子外径，610mm；

Dm为管子平均直径，m；

Z为管子变形滞后系数，取1.5；

K为基床系数；0.103；

E为钢材弹性模量，N/m2；

I为单位管壁截面惯性矩，2.08×10-8m4/m；

δn为钢管公称壁厚，m；

Es为土壤变形模量，2.8N/m2；

W为作用在单位管长上的总竖向载荷，N/m[2-4]；

γ为土壤容重，MN/m3，取0.017；

H 为管顶回填土高度，m。

由计算结果可以得出，相交四处的管线管顶埋深分别为2.54m、3.44m、3.2m、3.03m，体育大街公路通行车辆的单轴最大动载荷为25t（三轴）满足径向稳定性校核要求。

6 石家庄2号地铁新开通后的杂散电流测试[5]

2020年8月石家庄地铁2号线开通后，使用单位组织进行了一次杂散电流测试，主要包括：自然电位测量，通电电位测量，断电电位测量，交流电压测量。全线管道测试桩处管道断电电位及自然电位分布图如图3所示。从图3可以看出，L073测试的断电电位正于-850mV（CSE），此处满足在土壤电阻率在100～1000Ω·m环境中，管道的电位宜负于-750mV（CSE）标准（GB/T 21448-2017《埋地钢质管道阴极保护技术规范》），达到有效保护。

图3 全线管道测试桩处管道断电电位及自然电位分布图

根据2017年度定期检测报告和管道通、断电电位测量，重点选取了10处受干扰较大的位置进行杂散电流检测、监控，其中选取了4处典型图如图4～图7所示。

图4 L073测试桩24h通、断电电位监控

图5 L077测试桩24h通、断电电位监控

图6 调节恒电位仪后L107测试桩24h通、断电电位监控

图7 L115测试桩24h通电电位监控

4个位置均受到直流干扰，L073测试桩通电电位-1200～1700mV波动，L077测试桩通电电位-1200～2000mV波动；L107测试桩通电电位-600～1800mV波动，断电电位受到直流干扰影响在-800mV左右波动，L115测试桩通电电位-1320～1460mV波动，断电电位一直负于-850mV。以上4个位置基本不受直流干扰影响，无需排流。

进一步了解发现，2020年测试时，使用单位自身恒电位仪不合格，排流稳定电位无法满足阴保准则，后期使用单位增大了恒电位仪输出，进一步调节恒电位仪并配合牺牲阳极进行保护使断电电位长期负于-850mV。

7 结语

（1）该高压燃气管道由于客户需求，需要增大压力，属于TSG D7003-2010 《压力管道定期检验规则 长输(油气)管道“第五条，运行工况显著改变导致风险提高，应立即进行全面检验”，允许达到的压力应结合管道缺陷进行剩余强度评估，必要时进行压力试验，有条件时进行各专业领域的专家论证；

（2）在进行城市区域内全面检验时，着重进行管线踏勘，尤其是宏观检查（重工业区的占压、重型车辆运行频繁处）和高后果区的识别等；

（3）监管部门、使用单位规划管道路由时，应全面统筹，避免经过人民住宅区，避免敷设交通枢纽路路面下方，地铁相邻敷设区应考虑排流设施等；尝试考虑多部门联合管理，共同促进管道安全运行，比如控制体育大街的车速，减少冲击系数，可降低管道总的竖向载荷；

（4）使用单位应按国家规范要求，定期检测/监测有明显杂散电流源的断电位数据，动态调试阴极保护系统，配合牺牲阳极安装使管道处于良好保护。今后有条件的进行热电厂的搬迁或管道更换壁厚、改线等。