浅谈高压天然气管道的保护

浅谈高压天然气管道的保护

赵敏智

中海广东天然气有限责任公司 广东 珠海 519000

摘要：

本文从设计期，施工期，运营期对天然气管道的危害因素进行分析，并提出了相应的防范、保护措施。为了能够更好地保护天然气管道，杜绝或减少危害因素影响，预防事故发生，管道保护工作必须向管道生命全周期的完整性管理方向发展。

关键词：

天然气管道；危害因素；保护措施；完整性管理

1 前言

在我国社会经济实现不断发展的现阶段，天然气作为人们生活和社会发展中必需的能源，已经实现了广泛的应用。近年来国内天然气产业大力发展，城镇气化率快速提高，天然气的管道建设也随之不断加大。

高压天然气管道主要特征有：铺设地形复杂多样，气管埋设深浅不一，城市内市政管道纵横交错，管道测量误差大，平行交叉施工多等特征。天然气管道的安全与上游的输气站场以及下游的用户之间具有十分紧密的联系，对人们的日常生活和社会的正常发展会产生直接的影响。埋设在地下的天然气管道容易受到自然灾害（如：地表下沉、滑坡等）和人为危害（如：管道的腐蚀、设计与施工缺陷、第三方破坏等）的危险因素的影响，可能出现天然气泄漏，引发火灾、爆炸等事故。随着国内天然气管道应用的逐年发展，天然气管道事故频发，很有必要对天然气管道的保护方法进行探讨。

2 高压天然气管道的危害因素

影响天然气管道安全、引起管道事故的因素很多，主要包括天然气自身的易燃易爆性、管道的腐蚀、设计与施工缺陷、第三方破坏、自然灾害等。上述危害因素可分为内因和外因，天然气的易燃易爆性是天然气管道发生事故的内因，但它是不可改变的。其他因素则是天然气事故发生的外因，按照管道建设运营的先后顺序可分为设计因素、施工因素、运营因素等三个方面，可以采取措施进行预防，将事故发生的概率降低。

一、设计因素

1) 线路规划设计不合理

管道的路线规划是设计中的先导性、基础性工作，不仅决定着工程造价，而且决定着管道的运行安全。如果设计中不注意管道所经地区的地质条件、地震情况、水文资料以及所经区域的发展规划，就可能使管道敷设在不稳定地层、地下采空区、泥石流滑坡地区、未来住宅区、未来规划道路区等，均会导致管道运行时由于自然灾害和人为因素而发生管道事故。

2) 设计工艺不适用

管道的工艺设计，是为了让管道能够发挥其应有的介质储存和输送功能存在的，工艺设计的合理适用，关系到设备的采购成本，更可能影响到管道运营平稳和安全。如果工艺设计不与实际情况相结合，就可能出现设备闲置浪费，管道泄漏点增加，管道隐患难以整改，作业风险增加，内检测无法进行等等问题。

3) 管道内外腐蚀

金属腐蚀是金属材料在一定环境介质的作用下发生化学反应的结果。天然气管道相当大比例为钢质管道，钢质管道的腐蚀不可避免。天然气管道连接各个场站，途经复杂地形和环境，同时，由于天然气本身含有一些酸性气体，也会对管道造成腐蚀威胁。天然气管道的腐蚀类型可分为内腐蚀、外腐蚀和应力腐蚀破裂。

外腐蚀，包括由于外防腐层自身质量问题或受外力破损导致钢制管道直接暴露空气或土壤坏境受到的腐蚀。内腐蚀，主要为管道内部受所运送介质和其杂质，例如天然气中含有H2S、CO2等酸性物质，在输送过程中极易对管道内壁发生腐蚀。应力腐蚀破裂，管道在拉应力和特定的腐蚀环境下发生的低应力脆性损坏表象称作应力腐蚀破裂，它同时影响管内腐蚀和管外腐蚀。

4) 管道敷设土地协调内容不明确

管道敷设所经过的道路两侧，农田，鱼塘，厂房，公有私有用地，航道，河流，集体所有山坡以及其他可能产生用地争议的区域等等地段，都涉及管道敷设施工协调的工作，大多以租用/征用两种形式进行。

在管道敷设的地段协调协议上，对管道投产后地块用途限制、管道保护范围、管道保护方式、管道后期维护保养检测权力等等，关系到后期管道管理的协调内容不明确，后期管道管理工作会出现难以处理（如构筑物或临时性建筑物占压，安全距离不足，种植深根植物，敷设地段被围闭，管道标志桩等附属设施被移动拆除，道路改建扩建施工与管道冲突等）可能影响管道安全的事件。各种不安全的事件作为外因积少成多，增加了管道遭受破坏的风险。

二、施工因素

1) 施工监管不到位

施工单位，监理单位，业主单位对管道建设工程质量的监督至关重要，对工程的监管效果直接影响天然气管道的质量，寿命和运行安全。在管道建设期，施工监管不到位，容易出现盲目施工，偷工减料，不按设计施工，擅自更改管道路由，管道防腐层破损，管道占压，管道埋深不足，管道与建筑物、构筑物安全距离不足，回填土的土质达不到规范要求刺伤防腐层，等问题。

2) 管道穿跨越

管道往往不可避免地要穿跨越城镇道路、高速公路、国道(省道)、山体及江河或其他特殊设施。对于穿跨越管道，由于管道运行后难以再实施检修工作或检修工作难度大、费用高，因此管道穿跨越施工及措施的好坏直接影响着管道穿跨越的质量。穿跨越道路和山体的管道，在拖管过程中，所扩管涵中有金属，石块等障碍物容易造成管道防腐层划伤导致失效。穿跨越河流段的管道，当河床受水流冲刷而使其覆土厚度逐渐减小，将可能造成管道悬空。对于通航河道，如果进行疏浚或船舶抛锚时，将对管道构成危害。如果管道配重不足，将会造成管道的上浮而破坏。

三、运营因素

1) 管理机制不完善

管道管理机制是天然气管道巡检工作的指导标准，是管道保护工作的基本措施，更是管道安全运营的保障。目前国内天然气管道巡检工作一般采用专职巡线员的方式进行，但是仍然存在一些不完善的地方。例如：管道巡查管理细则的标准化程度不足，管道巡查工作无法全天候进行，第三方施工信息反馈不及时，巡查人员专业水平低，劳动纪律容易出现松散，监督工作受到不同程度制约等问题。由此容易引发一系列管道保护工作不及时，而导致管道遭到破坏或者处于不安全状态的事件发生。

2) 第三方施工破坏

随着经济的迅速发展，城市对建筑、道路、市政配套等设施需求量不断增加，天然气管道的敷设又多与道路，建筑物，市政配套设施并行。第三方施工破坏已成为城市天然气管道泄漏事故的主要成因之一。第三方施工破坏原因众多，其中不乏人为原因和管道建设时期的遗留问题。

3 高压天然气管道防范、保护措施

作为外因，能够危害高压天然气管道的因素较多，但是管道公司也可以通过结合实际情况，提出有针对性管道保护的科学措施；结合信息化手段，不断完善各方面管理制度；结合行业标准，持续推动建设，运营期管道保护工作的标准化建设。力求在设计期，施工期，运营期中以减小管道破坏的风险，保障天然气管道安全稳定运行。

一、设计防范措施

1) 敷设土层稳定可靠、减少人类活动对管道的影响

管道路线规划的基本指导原则应是保持管道敷设土层稳定可靠、减少人类活动对管道的影响这一原则。规划设计时应通过基础资料(如地质勘探资料、水文资料、未来规划等)，选定管道的平面位置，有必要时，还需要进行勘查(可行性研究阶段勘查)，探明地质构造、地层岩性、水文地质等概况，判断可能产生的自然灾害及人为危害因素，采取相应的措施。

2) 安全第一，实用为先

天然气管道的工艺设计，应当结合当地环境，管道的使用方式，管道及其相关设备的实用性，管道建设公司未来发展方向，管道运营期的维护、检测、保养，管道管理维护人员的作业安全等等角度考虑，坚持以“安全第一，实用为先”的原则进行规划设计，避免无用工艺，隐患工艺，危险工艺的出现。

3) 阴极保护，内外同治，定期检测

避免管道腐蚀造成危害的主要措施就是从设计、施工阶段做起，选用合适的防腐层，精心测量土壤腐蚀控制参数并设计安装阴极保护系统，同时在运行阶段还要做好定期的腐蚀检测工作，防患于未然。

除外防腐层外，针对外腐蚀可采取的主要保护措施，常见为外加强制电流和牺牲阳极两种阴极保护法。阴极保护技术是电化学保护技术的一种，其原理是向金属结构物表面施加一个外加电流或是与一电位较负的金属材料相连，使被保护结构物在系统中成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，减弱或避免腐蚀的发生。

针对内腐蚀可采取的气源分析，多层过滤等手段对天然气管道的输送介质进行控制。主要实施方式为上游公司在采气后经过多级过滤，同时在接收门站安装色谱分析仪分析气体成分，预防硫化氢、二氧化碳等杂质超标；在下游接收区每个调压撬前安装过滤器进行过滤，通过过滤设备的物理、化学吸附作用，以防止或减少水汽、硫化铁、粉尘进入管道，从而减小，减缓管道内腐蚀。

针对应力腐蚀破裂可采取的主要保护措施针对应力腐蚀应选择适当的材料，选取既有一定耐腐蚀性、又有低的应力腐蚀破裂敏感性的材料；焊接是连接金属最重要的方法，且焊缝最容易受到腐蚀。因此，在设计中合理的结构设计和加工制造应尽可能减少焊接的缝隙，也是防止应力腐蚀破裂的有效措施。最后可以通过在介质中加入腐蚀抑制剂，控制腐蚀环境，并采用保护性覆盖层。

4) 协议明确双方权力义务、禁止危害管道行为

土地使用协议应当明确说明天然气管道在铺设建成投入使用后，地块的使用不得违反《天然气管道保护法》、《城镇燃气设计规范》等法律法规的要求；明令禁止禁止在天然气管道保护范围内出现危害天然气管道安全的行为。以明确权力义务，禁止危害行为的方式，签订协议才能够保证管道建成后运营期管道管理工作的顺利开展。

二、施工防范措施

1) 建立机制，明确监管责任

建立施工项目监管机制，制定项目施工管理办法以及相关细则，并不断完善，持续改进。以良好的机制带动施工监管工作的开展。通过制度将施工负责人，监理人员，甲方工程监管人员三个责任岗位按照岗岗有责任，层层抓质量的要求，监管责任明确并落实到岗位，到个人，每一层负有项目施工管理责任的相关人员要对自己分管的工程质量负责。

2) 注意穿越深度及穿越层的稳定，增加标志、采取保护设施

在管道施工期遇到无法避免的穿跨越施工时，应注意穿越深度及穿越层的稳定，定向钻施工的同时同步采集管道的平面坐标以及高程以便换算纵坐标。精确地记录穿跨越管道所在位置坐标信息，同时增加地面标志牌，航道标等具有管道说明的标志物。穿跨越路面的天然气管道使用钢套管或者水泥预制套管保护，对于沉入河道中的天然气管道采用护岸、护底 、配重块等保护设施 ，使管道免于破坏。

三、运营保护措施

1) 建设内外联防机制，制度化管理团队

因为管道巡检工作无法做到24小时不间断，所以对外建立政府与企业联合，公安、城管、安监部门与企业联合，企业与管道附近村委民众联合的“三联合共同管理管道”的机制显得更加有效。

针对管道管理团队专业性不强的因素，对内应当挑选专业人员建立综合素质较高的管道巡防队伍，利用微信群，高清手机摄像头等现代化软硬件对天然气管道的管理信息传递机制予以创新，不断完善巡查管理制度办法，使用符合实际要求的制度化管理团队。

2) 分类，程序化，标准化管理

建立并完善第三方施工管理细则，将其中管道管理人员遇到第三方施工情况，施工事件处理的程序细化，并将第三方施工的不同类别进行标准化完善。

第三方施工主体与在天然气管道的关系可分为四类：如果第三方施工与天然气管道冲突，在满足施工过程不影响天然气管道安全的前提下，要求对方变更设计施工并提供施工方案。如果第三方施工主体与天然气管道交叉时，可分别考虑修筑管涵（主体在管道上方），或者天然气管底浇筑混凝土（主体在管道下方）的方式进行保护。当第三方施工主体与天然气管道平行时，参照设计规范以及行业标准中要求处理。

4 管道完整性管理

影响高压天然气管道的危害因素远不止前文提到的八条，要保证天然气管道在面对繁多且不断变化的因素的影响下，管道公司能够及时做出防治措施，保护管道安全运营，管道保护工作就必须引进一种全面、科学的管理方式——管道完整性管理。

一、管道完整性管理概念

管道完整性管理，属于设备设施完整性管理的一部分，是指管道管理者为保证管道的完整性而进行的一系列管理活动，具体指管道管理者针对管道不断变化的因素，对管道运营中面临的风险因素进行识别和评价，不断改善识别到的不利影响因素，采取各种风险减缓措施，将风险控制在合理、可接受的范围内，最终达到持续改进、预防管道事故的发生、经济合理地保证管道安全运行的目的。

二、管道完整性管理对于管道保护的优势

介入时间早。完整性管理分为建设期和运营期管理两部分，其中建设期管道完整性管理贯穿于预可行性研究、可行性研究、初步设计、施工图设计、施工、投产试运、竣工验收的全过程。在设计、建设和运行新管道系统时，已融入管道完整性管理的理念和做法。

管理周期持续时间长，管道得到全面保护。管道完整性管理从管道的规划和设计时期开始，并贯穿于管道的整个生命周期。并且为了保证管道始终处于安全可靠的服役状态，管道管理者已经并仍将不断识别和控制管道设施风险，不断采取措施防止管道事故的发生，使其保持在可接受的范围内。

危害因素分析方法多样。在运营期完整性评价中，在风险评价的基础上，根据可能存在的危害选择一种或多种方法来评价管道的完整性。完整性评价方法有内检测、压力测试、直接评价以及其他技术方法等。要确定某一个管段所存在的所有危害因素，可能需要采用多种评价方法。对于前文提到的第三方施工等危害因素，采用任何一种完整性评价方法进行检测可能都不合适，而其他措施，如预防措施，可能会得到更好的管道完整性管理结果。

5 结语

天然气作为我国基本能源之一，天然气管道是极为重要的能源基础设施，对于天然气的安全供应起到根本的保障作用。在我国社会经济不断发展的同时，天然气管道的建设长度也随之增加，目前已经形成了大规模、跨区域的油气干线总网，随之而来的是越来越多的运行风险。天然气具有易燃易爆的性质，再加上设计因素，施工因素，运营因素等三个方面外部危害因素的影响，给天然气管道的安全运行埋下了诸多隐患。

为避免天然气管道安全事故的发生对社会的健康发展产生不利的影响。通过对危害因素的分析，针对8个危害因素给出了相应的防范、保护措施。

为保证天然气管道安全运营，我国开始引入管道完整性管理理念，建设管道完整性管理架构，以数据采集与整合，高后果区识别，风险评价，完整性评价，预防、响应与减缓，效能评价六要素作为管道完整性管理的核心内容开展管道完整性管理工作的实行。虽然现阶段行业内对完整性管理的方法仍处于萌芽阶段，但是坚持在按照完整性管理的方法对已建，新建管道进行逐步完善管理，势必会给天然气管道保护工作带来事半功倍的效果，从而引导高压天然气管道保护工作走上新的台阶。

参考文献

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