浦哲1,2 任彬1,2 魏星3

1.上海市特種設備監督檢驗技術研究院； 2.上海壓力管道智能檢測工程技術研究中心；3.上海天然氣管網有限公司

 

摘  要：天然氣站場管道的檢驗是站場完整性管理工作的重要環節,研究制定針對站場管道的檢驗方案，對降低管道風險極為必要。介紹了站場管道的特點及主要失效形式，據此提出了針對性的檢驗流程；詳述了站場管道外檢測及剩余壽命計算，為站場管道全面檢驗提供參考借鑒。

關鍵詞：關鍵詞：天然氣站場；管道；檢驗；外檢測；剩余壽命

 

 

天然氣站場是長輸干線管道的中轉站和樞紐，站場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，用電設備產生干擾，設計標準不統一，導致站場管道的檢測與評價比長輸管道要復雜很多。 2020年9月1日即將實施的《壓力管道監督檢驗規則》（TSG D7006―2020）要求長輸管道站場內的壓力管道，按照工業管道安裝的監督檢驗專項要求執行[1]。因此，有必要研究制定一套具有針對性的站場管道檢驗方案，識別并控制管道的失效風險，保證站場管道安全。

1 天然氣站場工藝流程

天然氣站場包含過濾區、調壓區、計量區、加熱爐區、加壓區、排污區等單元。過濾區主要是對進入站場的天然氣進行初步雜質過濾，經過調壓區降低管道內天然氣壓力和溫度，空氣中的水分冷凝于管道外，易形成腐蝕環境。加熱爐區通過水浴式加熱爐提高天然氣的溫度，有效解決調壓區“冒汗”問題[2]。天然氣站場典型工藝流程如圖 1所示。

2 站場管道特點及檢驗流程

2.1 特點及主要失效形式

站場內管道分為架空和埋地兩個部分。與長輸主干管線單一線性結構不同，站場埋地管道敷設更為復雜，直管段長度較短，而彎頭、三通、分支管較多；站場架空管道上閥門、儀表等電氣設備的接地均與站場整體接地網相連通，干擾區域陰極保護系統的有效運行，且埋地管道定位及防腐層檢測也更為困難。站場管道的主要失效形式包含腐蝕失效、焊縫缺陷、 應力腐蝕和疲勞損傷[3]。

2.2 檢驗流程

站場管道的檢驗工作流程如圖 2所示。

站場在役管道不停輸檢驗針對埋地和架空管道分別進行，架空管道的檢驗與常規的工業管道沒有太大區別，以下著重分析埋地管道的檢驗。管道內檢測雖是最為有效的檢測方法，但站場管道一般不具備內檢測條件，故檢測與評價均基于外檢測而言。

3 埋地管道檢測

3.1 外腐蝕損傷不開挖（間接）檢測

3.1.1 外防腐層檢測

站場管道長度短、支管多、管道接地點密集，施加的電流信號通過接地體流入整個管道和接地系統，導致管道在某些位置出現電流疊加，因此不能按照電流衰減來計算防腐層整體質量,對于采用三層聚乙烯復合結構防腐層的埋地管道，可以根據表 1對埋地管道外防腐層進行分級評價[4]。

埋地管道外防腐層破損點檢測一般采用交流電位梯度法（Alternating Current Voltage Gradient，ACVG），檢測原理如圖 3所示。拆除接地裝置后，檢測出的異常也可能是干擾信號，僅作為參考[5]。當無法實施ACVG檢測時，因埋地管道敷設環境、施工條件相似，采取開挖抽查直接檢測，基本能反映防腐層的狀況。

                    

受接地網、相鄰管道、電纜、用電設備的影響，站場內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，當接地網產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”定位的為接地網的位置，如圖 4所示。

3.1.2 陰極保護有效性檢測

站場管道的陰極保護有效性檢測主要包含：保護電位檢測，絕緣法蘭（接頭）檢測以及陰極保護設施狀況檢測等。測試方法依據GB/T 19285―2014《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》附錄I。當難以拆除犧牲陽極或者存在雜散電流干擾嚴重區域時，采用極化探頭或陰極保護檢查片測試斷電電位[7]。同時需要對站內和站外分割處絕緣法蘭（接頭）的絕緣性能進行檢測。陰極保護設施狀況檢測主要為站場內的犧牲陽極參數測試，包含開路電位測試、閉路電位測試、輸出電流測試等。

3.1.3 環境腐蝕檢測

環境腐蝕檢測包括土壤腐蝕性測試和雜散電流測試。測試指標包括:土壤電阻率、 pH值、含水量、土壤質地、氯離子含量、土壤總含鹽量等[4]。站場雜散電流主要來源于站內用電設備漏電以及絕緣接頭失效導致的站外陰極保護系統對站內的干擾。雜散電流干擾體現為管地電位正向偏移或異常波動。現場檢測時，利用雜散電流測試儀連續監測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 排流系統有效性檢測

當站場中含有排流保護設施時，還需要進行排流有效性檢測。直流排流設施保護的管道的管地電位應達到陰極保護電位標準或者接近沒有受到干擾的狀態，如果無法滿足上述要求，需要通過電位平均值進行進一步評價[4]。交流排流設施有效性通過測量土壤電阻率、交流干擾電壓以及交流電流密度來進行判斷。

3.2 外損傷開挖（直接）檢測

3.2.1 土壤腐蝕性檢測

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，并對探坑處管道周圍的土壤取樣進行理化檢測。

3.2.2 外防腐層直接檢測

站場探坑處埋地管道防腐層檢測包括:外觀檢查、防腐層厚度檢測、黏結力（附著力）檢測。

3.2.3 近參比管地電位檢測

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

3.2.4 管體腐蝕檢測

開挖管道外防腐層破損位置處，記錄管體的腐蝕產物，腐蝕坑深度，最小剩余壁厚，最大縱向和環向長度，并記錄腐蝕形貌。傳統的超聲波測厚方法容易出現漏檢，對重要管道需采用低頻導波進行檢測。低頻導波信號通過彎頭后，導致回波信號的靈敏度和分辨力下降,故低頻導波檢測的有效距離一般不超過2個彎頭間距離[8]。外壁漏磁檢測利用固定的磁鐵在管道中產生漏磁通，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發生畸變，一部分磁通漏到管壁外，利用漏磁檢測器的傳感器測量被磁化管道缺陷處的磁通量，以此評估管道腐蝕程度[9]，對于含有保溫層結構的管道，可以采用脈沖渦流 (Pulse Eddy Current， PEC)檢測技術進行管體腐蝕檢測， PEC檢測可以不拆除保溫層直接進行腐蝕檢測，該方法對大面積的均勻腐蝕具有很高的靈敏性，但對于局部點蝕不敏感，該方法檢測的是某一區域的平均金屬損失[10]。

4 合于使用評價

站場管道合于使用評價包括：剩余強度評價、剩余壽命預測、材料適用性評價。剩余強度評價是在缺陷檢測的基礎上依據SY/T 6477―2017《含缺陷油氣輸送管道剩余強度評價方法》進行，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價。剩余壽命預測包含管道腐蝕剩余壽命預測、含缺陷管道疲勞壽命預測、機械損傷凹坑管道剩余壽命預測。管道腐蝕剩余壽命預測其實就是預測管道的腐蝕發展趨勢，由于受實際環境影響因素制約，評價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測方法有很多種， GB/T 30582―2014《基于風險的埋地鋼質管道外損傷檢驗與評價》附錄F介紹了壁厚法、 MAWP法、極值統計方法等。 TSG D7003―2010《壓力管道定期檢驗規則—長輸（油氣）管道》規定腐蝕剩余壽命預測采用式（1）計算。

 

式中RL 腐蝕壽命， a年； C 年校正系數； P f計算失效壓力， 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。

對材質不明，可能發生硫化氫等應力腐蝕，或者使用年限已經超過15年并且發生過與應力腐蝕、焊接缺陷有關的修理改造的管道，還應當進行管道材料適用性評價。

5 結束語

天然氣站場埋地管道是安全管理的高風險區域，針對站場管道的檢驗方案，綜合運用多種檢測技術，一定程度提高了其缺陷的檢出率，為站場管道的全面檢驗提供參考借鑒。

 

參考文獻：

[1] 國家市場監督管理總局.壓力管道監督檢驗規則:TSGD7006-2020[S].北京：新華出版社： 13-14.

[2] 顧竣文.水浴式加熱爐在天然氣門站中的應用[J].上海煤氣， 2018(3)： 4-7.

[3] 孫明，董訓長，李恒，等.基于損傷模式的站場管道檢測方法及應用[J].管道技術與設備， 2016(4)： 27-29.

[4] 國家質量監督檢驗檢疫總局.埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗： GB/T 19285-2014 [S].北京：中國標準出版 社： 4-10

[5] 楊永，申建軍，張存軍，等.站場管道不停輸綜合檢驗[J].管道技術與設備， 2014(3)： 20-22.

[6] 彭蕾，馮強，何莎，等.PCM＋“短接法”在站場埋地管道定位中的應用[J].管道技術與設備， 2016(6)：47-49.

[7] 國家質量監督檢驗檢疫總局.埋地鋼質管道陰極保護技術規范： GB/T 21448-2017 [S].北京：中國標準出版社： 16-17

[8] 陳振華，錢昆，段沖，等.油氣站場管道腐蝕檢測方法及節點控制[J].管道技術與設備， 2013(5)： 44-46.

[9] 熊昌勝，何仁洋，陳華偉，等.鋼質管道外壁爬行漏[5][6][7][8][9]磁檢測技術在工程中的應用[J].管道技術與設備，2010(1)： 25-26.

[10] 國家能源局.承壓設備無損檢測 第13部分 脈沖渦流檢測： NB/T 47013.13-2015 [S].北京：新華出版社：456-457.

 

資助項目：上海市優秀技術帶頭人計劃， No. 19XD1432600。

作者簡介：浦哲， 1986年生，工程師，主要從事特種設備的檢驗檢測與研究工作。聯系方式： 021-32584900，郵箱： puzhe@ssei.cn。