城市天然气管道的腐蚀风险与检测

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城市天然气管道的腐蚀风险与检测

作者：许世杰

来源：《科学与信息化》2017年第16期

摘 要 随着我国经济的发展，管道建设飞速发展，管道腐蚀问题也越来越突出。对管道腐蚀情况进行检测可以及时发现问题，提高管道安全性，减少不必要的经济损失。因此，城市天然气管道的腐蚀风险与检测的研究具有重要的意义。本文首先对天然气管道的腐蚀原因以及管道智能内检测技术原理及发展现状进行了概述，详细探讨了城市天然气管道腐蚀检测技术应用的特点和风险，旨在保障天然气管道能够稳定地运行。

关键词 城市天然气；管道；腐蚀风险；检测

1 天然气管道的腐蚀原因

天然气管道的腐蚀问题是当前全世界范围内都存在的问题，是一个不可阻止的过程，而造成天然气管道腐蚀的原因众多，主要有空气和细菌腐蚀、管道和土壤腐蚀两种。

1.1 空气和细菌腐蚀

天然气管道在空气中的腐蚀是化学腐蚀，主要由于空气中的水分、氧气和酸性污染物等共同作用下而发生的。天然气管道的主要成分是碳钢，碳钢在空气中长时间暴露容易发生腐蚀，从而将降低管道的使用寿命。天然气管道在空气中受到腐蚀主要分为潮湿大气腐蚀、干燥大气腐蚀和可见液膜下的大气腐蚀等三种类型。另外，空气中还存在这一些常见的导致管道腐蚀的细菌如铁细菌、氧化菌等，这都是造成天然气管道腐蚀的因素。

1.2 管道和土壤腐蚀

天然气管道的腐蚀分为两类，管道内壁腐蚀和管道外壁腐蚀两种形式。其中内壁腐蚀是由于管道中所传输的天然气的主要成分是硫化氢、氧气和二氧化碳等物质的混合物，发生腐蚀主要就是由于这些物质混合在一起造成的，这样对管道内壁造成损害，影响管道使用的年限。通常，我们处理管道内壁的腐蚀问题的原理是将燃气中的杂质控制在标准值之内。在管道内壁涂抹一些抗氧化的物质能够有效地减缓管道内壁被天然气中杂质的腐蚀。天然气管道外壁腐蚀主要是由于管道被埋在土壤中或者长期暴露在空气中。埋在土壤中的天然气管道的腐蚀称为土壤腐蚀。由于土壤中存在着一些能够腐蚀钢铁的化学物质，再加之水和渗入到土壤中的氧气的作用，使得天然气管道发生腐蚀，变得越来越薄，增加了天然气传输的安全隐患。

天然气长输管道腐蚀检测技术研究

摘 要：钢制管道腐蚀一直是威胁管网运行安全的首要因素，管道腐蚀常年处于可抢修不可预测的状态。本文对结合中原油田油气储运管理处山东天然气项目部管道外腐蚀检测和内检测技术进行了探讨，认为定期对管道进行外检测和内检测，对管道的破坏进行预期判断，采取有针对性的措施，才能确保管道安全平稳运行。

关键词：天然气管道 内检测技术 外腐蚀检测技术

天然气长输管道除个别管段（如跨越段）外，均采用埋地方式铺设，管道穿越地段地形复杂，土壤性质各异，土壤对管道有着很强的腐蚀性；同时输送的石油和天然气中含有硫化氢、二氧化碳、氯离子及水等多种腐蚀性物质，更加重了管道的腐蚀。由于埋地管道漏损处不易及时发现，维修费用更高。因此，长期、安全和平稳运行是管道的首要任务，而对管道的腐蚀状况进行管道完整性评价，有计划地对其进行维修，是确保管道安全运行的重要保证。目前国内外在埋地管道腐蚀方面已做了大量的研究，开发了各种各样的检测技术。这些技术主要包括管道外腐蚀检测和管道内腐蚀检测两大类。

一、管道内检测技术

管道内检测技术是将各种无损检测（NDT）设备加在清管器（PIG）上，将原来用作清扫的非智能改为有信息采集、处理、存储等功能的智能型管道缺陷检测器（SMART PIG），通过清管器在管道内的运动，达到检测管道缺陷的目的。管道中可以被检测到的缺陷可以分为三个主要类型：一是金属损失，二是几何形状异常，三是裂纹。针对上述三种缺陷类型，各大检测专业公司都根据市场和用户的需要研发了多种检测器，并不断更新换代。内检测器按功能分为用于检测管道几何形状异常的变形检测器，用于检测管道金属损失的金属损失检测器，用于裂纹、应力腐蚀开裂检测的裂纹检测器。

1.金属损失检测技术

漏磁检测技术可检测出腐蚀或擦伤造成的管道金属损失缺陷，甚至能够检测到哪些不足以威胁管道结构完整性的小缺陷，偶尔也可检测到裂纹缺陷、凹陷和起皱。漏磁检测技术应用相对比较简单，对检测环境要求不高，具有很高的可信度。

技术　

导波检测技术在城市燃气管道腐蚀检测与监测中的应用　

陈元利　

（广州市特种承压设备检测研究院，　广东广州　５１００５０）　

的发展．各个城市都敷设了大量的燃气管道，在人口稠密的城区因管道腐蚀、穿孑Ｌ和引起泄漏等事故时有发　

命安全构成重大的威胁，同时给国民经济和管道业主造成不可估量的经济损失。这些事故的发生给人们在日　心理恐慌．因此城市燃气管道腐蚀问题与安全监测措施越来越受到人们的重视”　。本文　述ＭｓＳ导波技术对城市燃气管道的腐蚀检测和对管网进行实时的在线监测，提供了又一　网的安全运行具有非常重要的意义。　关键词：导波技术；燃气管道；腐蚀检测；在线监测　

中图分类号：ＴＥ９８８．２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—９４９２（２０１０）０７—０１２６—０３　

１超声导波检测技术简介　

导波指在有限界介质内（比如管件等）平行于它的边　

界线平面快速传播的超音速或音频的机械弹性波。因为导　

波是受媒体介质的几何边界导向的，所以媒体介质几何边　

界形状对导波的传播行为有很强的影响［２３。导波检测技术　是利用导波的反射情况判断媒体介质（如管件）几何边界　

形状的变化（缺陷）。在管件中，导波以三种不同的波形　

存在——纵波（Ｌ），扭力波（Ｔ）和弯曲波（Ｆ）。目前，　世界上用于长距离管线腐蚀检测的导波检测技术主要有两　

种：一种是以传统的压电效应为基础的多探头晶片卡环式　

导波检测系统．主要有两个检测设备：英国ＧＵＬ公司的　ＷａｖｅＭａｒｋｅｒ和ＰＩ公司的Ｔｅｌｅｔｅｓｔ。另外一种导波检测技术　

是ＭｓＳＲ３０３０导波检测系统，由美国西南研究院资深科学　家Ｄｒ．Ｈｅｇｅｏｎ　Ｋｗｕｎ根据铁磁性材料的磁致伸缩效应及其　

逆效应并经过近２０年的研究开发出来的。　ＭｓＳＲ３０３０是一套发射及检测在铁磁性材料中传播的　

电磁导波的装置（见图１），采用ＭｓＳ技术，可在固定的检　

测点发出特定模式（例如管道内沿长度方向，或螺型方　

向）的低频（通常小于２０万赫兹）脉冲导波；当传播中　

城市天然气管道的风险评价研究　黄涛（重庆燃气集团股份有限公司，重庆４０００３０）　摘要：由于天然气的广泛使用，我国城市天然气管道已　形成庞大的网络，天然气管道在运行过程中存在着巨大的风　险，由此天然气管道的风险的识别和控制就显得尤为必要。本　文通过剖析影响城市天然气管道安全运行的风险因素，对现有　的风险评价方法进行梳理，并简要分析了现有评价方法的不　足，最后对城市天然气管道的风险评价提出了相应的对策与　建议。　关键词：城市；天然气管道；风险评价；对策建议　近年来，随着国家节能减排政策的大力推行，天然气作为　一种低碳环保的清洁能源已在我国广泛使用。根据国家能源　局石油天然气司、国务院发展研究中心资源与环境政策研究　所、国土资源部油气资源战略研究中心联合发布的　中国天然　气发展报告（２０１６）　白皮书显示，到２０１５年我国地级及以上城市　管网覆盖率已达９０％以上，县级城市管网覆盖率已达６０％以　上，天然气管道已全面覆盖我国各个城市，规模庞大的城市天　然气管道网络已经形成…。一个城市的人口密集度和管网密集　度一般成正比，这就使得城市管网具有复杂性和密集性的特　点，进而增加了管道发生泄漏、破裂等安全事故的可能性，天然　气管道一旦遭到破坏，就容易引发火灾、爆炸等重大安全事故，　这不仅可能造成人员伤亡，还有可能产生巨大的经济损失　。　由此，对城市天然气管道运行的风险进行评价，即可以降低天　然气管道发生事故的概率，同时也可以保证天然气供应的安全　稳定。管道的风险评价研究对保障居民用气安全和促进天然　气产业的健康发展具有重要意义。　１城市天然气管道的风险因素分析　风险因素是指增加风险事故发生的频率或严重程度的任　何事件。构成风险因素的条件越多，发生损失的可能性就越　大，损失就会越严重。影响损失产生的可能性和程度的风险因　素有两类：有形风险因素和无形风险因素　。。通过梳理国内外　学者关于天然气管道风险研究的文献，本文总结出了影响城市　天然气管道安全运行的主要因素，见表１所示。　表１城市天然气管道风险因素构成　一级风险　二级风险　气源风险　气源中断供麻席急气源　城市天然气管　管网风险　第三方破坏、腐蚀、设计缺陷、施工技术缺陷　道运行的风险　应用风险　灶具使用不当、设备自损　因素　管理风险　组织机构设置、管理制度、管理者能力　自然风险　气候条件、自然灾害　通过梳理这些风险因素，可以明晰天然气管道风险评价的　指标体系，进而对管道运行的风险进行评价。　２城市天然气管道的风险评价方法　总结国内外学者对城市天然气管道风险评价的研究，我们　发现国内外关于城市天然气管道风险评价方法主要包括定性　和定量两个方向。　２．１定性评价方法　国内外提出的定性评价方法，大致可分为以下两大类　：　（１）主观赋权评价法　这类评价方法主要有层次分析法，即Ｔｈｅ　Ａｎａｌｙｔｉｃ　Ｈｉｅｒａｒ—　ｃｈｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓ（ＡＨＰ）；模糊综合评判，即Ｆｕｚｚｙ　Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　Ｅｖａｌ—　ｕａｔｉｏｎ（ＦＣＥ）。以上这些评价方法指标权重的选取由业内经验　丰富的专家根据自身经验和实际情况主观给出，主观赋权评价　法过多依赖于专家的主观判断，主观性较强，但考虑到专家丰　富的经验，在评价过程中也能得到比较准确的评价结果。　（２）客观赋权评价法　这类评价方法主要有故障树分析法，即Ｆａｕｌｔ　Ｔｒｅｅ　Ｍｏｄｅｌ　（ＦＴＭ）；事件树分析法，即Ｅｖｅｎｔ　Ｔｒｅｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＥＴＡ）；数据包络分　析法，即Ｄａｔａ　Ｅｎｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＤＥＡ）；可靠性工程理论，即　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｈｅｏｒｙ；灰色理论，即Ｇｒｅｙ　Ｃ０Ｈｅｌａｔｉｏｎ　Ｔｈｅｏｒｙ；肯特指数法。以上这些评价方法指标权重的选取由风　险管理人员根据各指标数据之间的相关系数或变异系数通过　一定的数学方法给出，其判断结果不依赖于人的主观判断，有　较强的数学理论依据。　２＿２定量评价方法　关于城市天然气管道风险评价的定量方向，国内外的研究　均比较缺乏，现有的研究主要针对某一特定的天然气安全事故　进行定量分析，却很少提及整个天然气管道网络的全面的定量　评价方法。关于天然气管道风险评价的定量评价方法主要有　可能性分析　、事故后果分析　、失效传播分析　等。进行定量分　析，必须要先建立起完备的天然气管道数据库，要能够掌握裂　纹扩展以及管材腐蚀等方面的数据，通过建立数据模型，利用　先进的计算机模拟系统，得到相应的风险评价结果。定量分析　风险评价的结果取决于数据库的完备性和所选取评价模型的　精确性，同时，定量分析的结果往往还可以运用于安全投入和　效益方面的分析，这些优势是定性分析所不具备的。　２．３现有评价方法的不足　结合现有文献的研究和我国城市天然气管网的具体特点，　发现现有的关于天然气管道风险评价的方法还有些许不足　之处：　（１）定性评价的不足　层次分析法和模糊综合评价法较大的依赖于专家的主观　判断，评价结果较为主观。故障树和事故树法不能确定每一个　安全事件发生的概率，从而不能直观、简洁的得到评价结果。　灰色关联度法主要依赖于当前数据计算指标权重，而对天然气　管道安全事故的历史数据未充分加以运用，而这些历史数据对　评价结果的影响往往很大。肯特指数法多应用于城际之间的　长输天然气管道的风险评价，其评价指标与城市天然气管道风　险评价的指标不尽相同。　（２）定量评价的不足　现有的风险定量评价方法多为针对某一特定事件构建的　（下转第４２页）　４０　ｆ化