城市燃?xì)夤艿腊踩u估中的腐蝕評價(jià)

城市燃?xì)夤艿腊踩u估中的腐蝕評價(jià)

0引言

由于燃?xì)獾囊兹家妆匦裕艿廊細(xì)庑孤┩鶗?dǎo)致重大人

身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，近年來國內(nèi)外發(fā)生過多起惡性事故，教訓(xùn)深入。

為此，要開展城市燃?xì)夤艿赖目煽啃苑治龊惋L(fēng)險(xiǎn)評估研究，建立綜合

安全管理體制，保證在役管道運(yùn)行的安全可靠。我們對深圳在役的

200km埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿肋M(jìn)行了系統(tǒng)的安全評估，通過旃行檢驗(yàn)和修

正，進(jìn)一步完善了埋地管道安全評估手段和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，使其更符合生

產(chǎn)實(shí)際的需求。下面依據(jù)我國城市燃?xì)夤艿赖奶攸c(diǎn)，探討燃?xì)夤艿赖?/p>

腐蝕評價(jià)問題。

1城市燃?xì)夤艿赖奶攸c(diǎn)

關(guān)于管道的安全評估手段，目前國內(nèi)外比較權(quán)威的資料是美

國uhlbauer所著的《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊》一書，該書介紹了美國埋

地長輸管道安全評估的經(jīng)典方法，利用大量完整可靠的管道建設(shè)運(yùn)行

數(shù)據(jù)庫，歸納出各影響因素的分值。關(guān)于城市燃?xì)夤艿赖陌踩u估，

由于該方法不與具體的管道運(yùn)行工況相聯(lián)系，使用結(jié)果往往與實(shí)際狀

況有較大偏差。究其原因，在于長輸管道與城市燃?xì)夤艿烙幸韵嘛@然

差別：

⑴長輸管道通常為單管，閥門和變徑管很少。

城市燃?xì)夤艿蓝酁榄h(huán)狀、枝狀，閥門、三通及凝液缸等管件

密布，管道變徑較普遍。

(2)長輸管道通常為一次同期建成，有完備的勘察制定、施工

監(jiān)理、完工驗(yàn)收程序，質(zhì)量相對均衡且缺陷較少。城市燃?xì)夤艿绖t隨

著城市建設(shè)的進(jìn)展逐步形成，且不斷拓展。由于投資來源復(fù)雜，制定、

施工和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)往往參差不齊，質(zhì)量缺陷相對較多。

(3)長輸管道通常鋪設(shè)在野外，周邊環(huán)境的改變通常為平滑過

渡，容易把握，且雜散電流影響較小。城市燃?xì)夤艿乐苓叚h(huán)境復(fù)雜，

環(huán)境的改變有時(shí)為突變，另外，城市雜散電流干擾很普遍且嚴(yán)重。

(4)長輸管道和國外燃?xì)夤艿烙型陚涞墓芾眢w系，其日常管理

側(cè)重于陰極保護(hù)，發(fā)現(xiàn)電位異常時(shí)即開始整改。國內(nèi)城市燃?xì)夤艿拦?/p>

理相對薄弱，日常管理側(cè)重于巡線檢漏，即使發(fā)現(xiàn)問題，由于涉及市

政管理諸多方面，處理手續(xù)較為繁雜，隱患往往無法及時(shí)消除。

2管道腐蝕評價(jià)的關(guān)鍵點(diǎn)

分析城市燃?xì)夤艿赖慕ㄔO(shè)和運(yùn)行管理與長輸管道間的差異可

知，《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊》中的腐蝕模型不適用于城市燃?xì)夤艿?。?/p>

完整、科學(xué)而準(zhǔn)確地對城市燃?xì)夤艿肋M(jìn)行腐蝕評價(jià)，就必須建立新的

評估模型。依據(jù)國內(nèi)外安全評估的經(jīng)驗(yàn)，針對城市燃?xì)夤艿赖奶匦裕?/p>

采納樣本調(diào)查表確定初值、實(shí)測數(shù)據(jù)迭代修正、制定檢測評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的

方法，建立了合適亍國內(nèi)城市燃?xì)夤艿赖母g評價(jià)體系。

(1)管道腐蝕與環(huán)境結(jié)合評估腐蝕預(yù)期

地下燃?xì)夤艿捞幵谕寥拉h(huán)境中，其腐蝕預(yù)期既取決于管道本

身，也取決于環(huán)境，具體地說，環(huán)境的腐蝕性。由于城市燃?xì)夤艿琅c

環(huán)境的交互作用相當(dāng)復(fù)雜，土壤理化性能會影響防腐層的老化破損進(jìn)

程，土壤腐蝕性和雜散電流狀況又直接決定破損處的腐蝕速度。關(guān)于

防腐結(jié)構(gòu)優(yōu)良的長輸管道，腐蝕電流通道幾乎被防腐層完全隔斷，少

量破損受到陰極保護(hù)電流的作用，也不會受到腐蝕，因而環(huán)境腐蝕性

的影響很小。需注意的是，現(xiàn)有一些評估系統(tǒng)都側(cè)重于管道本身，對

環(huán)境的影響重視不夠。關(guān)于城市燃?xì)夤艿?，防腐層缺陷很多，陰極保

護(hù)又不正常，環(huán)境腐蝕性的影響就非常顯著。如果環(huán)境腐蝕性較強(qiáng)，

管道很快就會發(fā)生穿孔泄漏，而環(huán)境腐蝕性較弱，則可以在很長時(shí)問

內(nèi)維持正常運(yùn)行。因此，城市燃?xì)夤艿赖母g預(yù)期評估，必須將管道

腐蝕與環(huán)境腐蝕性綜合合計(jì)。

(2)主要腐蝕因素分級確實(shí)定

腐蝕預(yù)期取決于防腐層現(xiàn)狀、陰極保護(hù)有效性、土壤理化性

能、雜散電流分布等諸多方面，凡是影響上述方面的因素都有可能直

接或間接地影響管道的腐蝕預(yù)期。許多因素對腐蝕預(yù)期的影響是非線

性的，各因素之間有著不同的相關(guān)程度。這些因素多達(dá)40余個(gè)，完

全測取需要很長時(shí)間和龐大投資，且各數(shù)據(jù)間存在大量的信息重復(fù)，

使模型變量維數(shù)加入，因而有必要依據(jù)城市燃?xì)夤艿赖木唧w狀況，進(jìn)

行降維預(yù)處理。

我們首先通過聚類分析，依據(jù)12個(gè)樣本管段檢測數(shù)據(jù)和開挖

狀況，對影響腐蝕預(yù)期的因素進(jìn)行相關(guān)分析和聚類分析。結(jié)果說明，

影響腐蝕預(yù)期的44個(gè)因素在相關(guān)系數(shù)大于0.5的條件下，顯然地聚

為8類。為了從同類因素中選取有代表性的特征因素，對同類因素進(jìn)

行主成分分析，以貢獻(xiàn)率作為選擇特征因素的依據(jù)，同時(shí)也對44個(gè)

因素直接進(jìn)行主成分分析，以避免聚類分析可能產(chǎn)生的漏項(xiàng)。最后通

過社會科學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件包(SSPS)軟件分析可知，整合出的8個(gè)主要因素

的特征貢獻(xiàn)率已達(dá)到92.1%o

從而既保證了數(shù)據(jù)的科學(xué)完整，又避免了不必要的工作量。8

個(gè)主要因素包括防腐層種類、鋼管壁厚、建設(shè)監(jiān)理力度、運(yùn)行時(shí)間、

土壤腐蝕性、管地電位、防腐層電阻率和缺陷線密度。

借鑒國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的原理，我國制訂出了合適于安全評估

需要的8個(gè)主要因素的分級體系(見表Do

表1中的建設(shè)監(jiān)理力度意在體現(xiàn)管道建設(shè)原始質(zhì)量的參差不

齊，取決于建設(shè)單位的實(shí)際資質(zhì)、對其所建工程的普遍評價(jià)、建設(shè)時(shí)

期監(jiān)理制度的總體狀況、管道完工資料的完善程度、管道首次腐蝕泄

漏時(shí)運(yùn)行時(shí)間等。對防腐層電阻率分級則消化吸取國外檢測技術(shù)，并

實(shí)現(xiàn)了與國內(nèi)判據(jù)的有機(jī)銜接。

我們還通過逾2130km的實(shí)際檢測數(shù)據(jù)，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模

型確定了各影響因素對腐蝕預(yù)期的貢獻(xiàn)，得到較為符合實(shí)際狀況的結(jié)

果。在此基礎(chǔ)上，形成完整的測試體系和分級標(biāo)準(zhǔn)，制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

《地下鋼質(zhì)燃?xì)夤艿婪栏瘷z測與驗(yàn)收技術(shù)規(guī)程》，并實(shí)際應(yīng)用于新建

燃?xì)夤艿赖耐旯を?yàn)收和在役管道的周期檢測。同時(shí)，在生產(chǎn)調(diào)度管理

系統(tǒng)平臺上建立起合適城市燃?xì)夤艿赖馁Y料數(shù)據(jù)庫和外掛評估模塊，

為今后動(dòng)態(tài)評估奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(3)防腐層電阻率測定與數(shù)據(jù)制定埋地鋼管的腐蝕絕大多數(shù)

為電化學(xué)腐蝕，防腐層是切斷電流通道的主要手段，因而防腐層電阻

率是反映防腐層性能的最重要指標(biāo)，也是陰極保護(hù)的基本依據(jù)，但是

該指標(biāo)的測定迄今尚無公認(rèn)的現(xiàn)場無損檢測手段。

國內(nèi)長輸管道推舉采納選頻變頻法，開發(fā)了專用的儀器，有

相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和判據(jù)，并有大量實(shí)際應(yīng)用案例，國內(nèi)部分燃?xì)馄髽I(yè)

的評估都采納此法。另一種方法為在英國雷迪探管儀的基礎(chǔ)上，開發(fā)

的管道電流圖(PCM)法。有人曾在長輸管道上進(jìn)行過兩種方法的測試

對比，但其結(jié)論是否適用于城市燃?xì)夤艿烙写?yàn)證。我們在評估工作

中，以6條市政道路和6個(gè)庭院小區(qū)的燃?xì)夤艿雷鞅容^樣本，分別用

兩種方法依次測試，隨后進(jìn)行開挖驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)它們用于城市燃?xì)夤艿?/p>

都有較大局限。

選頻變頻法測試數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，但管段上的三通將使結(jié)果產(chǎn)

生較大偏差。對有三通的管段，我們先嘗試改善接地極位置以消除三

通的影響，但沒有顯然效果。我們又試圖依據(jù)不同狀況歸納測試數(shù)據(jù)

的修正方法，結(jié)果沒有找到規(guī)律。雷迪PCM法在用于城市燃?xì)夤艿罆r(shí),

對外界雜散電流干擾非常敏感，其讀數(shù)重現(xiàn)性較差。

依據(jù)國外資料，我們引進(jìn)美國的C掃描技術(shù)，可用于有三通

的管道，且抗干擾能力較強(qiáng)，但該技術(shù)所測數(shù)據(jù)如何分級，是必須由

我們自己解決的難題。以往國內(nèi)防腐層分級判據(jù)是在長輸管道防腐層

上用選頻變頻法取得的防腐層電阻率，而美國C掃描的分級判據(jù)是用

電流衰減法取得的防腐層電導(dǎo)率。為針對城市燃?xì)夤艿婪栏瘜佑肅掃

描制定合適的分級標(biāo)準(zhǔn)，我們進(jìn)行了大量細(xì)致的摸索。首先選擇滿足

選頻變頻操作條件的管段，進(jìn)行兩種方法的數(shù)據(jù)比較，又通過管道運(yùn)

行記錄和30km樣本管段開挖檢測結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，找出其中的對應(yīng)關(guān)

系，最終確定了與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)銜接并合適城市燃?xì)夤艿婪栏瘜拥姆旨墭?biāo)

準(zhǔn)（見表2）。

3經(jīng)驗(yàn)與分析

(1)建模前應(yīng)研究對象的內(nèi)在因素

借鑒現(xiàn)有模型可以達(dá)到事半功倍的效果，但要注意借鑒的前

提是影響研究對象的內(nèi)在因素要基本一致，此時(shí)僅進(jìn)行參數(shù)修正即

可，否則應(yīng)尋找更為接近的模型或建立新的模型，而不應(yīng)勉強(qiáng)套用。

研究伊始，我們也曾設(shè)想選用《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊》介紹的各個(gè)模型,

但通過對研究對象的內(nèi)在因素分析可知，有的模型是可以借鑒的，如

第三方損壞、制定因素、操作失誤的評估，在這些方面城市燃?xì)夤艿?/p>

與美國埋地長輸管道的內(nèi)在影響因素沒有根本差別，僅靠調(diào)整參數(shù)值

就可以滿足需要。有的模型就不能套用在城市燃?xì)夤艿郎希绺g評

估模型，原因在于以下5點(diǎn)。

①《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊》中腐蝕評估模型的內(nèi)腐蝕和大氣腐

蝕評價(jià)占40%,所列內(nèi)防腐措施包括內(nèi)防腐層、緩蝕劑、清管3項(xiàng)，

這些措施只可能用二長輸管道，國內(nèi)外所有城市燃?xì)夤艿蓝疾粫杉{

這些措施，也無需合計(jì)大氣腐蝕。

②《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊》中關(guān)于外防腐：其陰極保護(hù)檢測周

期和結(jié)果占有率遠(yuǎn)超過防腐層的地位，且檢測項(xiàng)目針對外加電流陰極

保護(hù)。國內(nèi)燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)剛剛起步且?guī)缀跞菭奚枠O法，此類

數(shù)據(jù)幾近空白，根本無法采集。

③《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊》中關(guān)于管體缺陷，模型推舉采納爬

行器檢測，賦值與陰極保護(hù)檢測結(jié)果相同，但城市燃?xì)夤艿纼?nèi)徑變化

頻繁，閥門、凝液缸、三通、彎頭等管件密布，根本無法使用爬行器

進(jìn)行內(nèi)檢測。

④《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊》中關(guān)于防腐層缺陷，模型所賦分值

很小，僅占5%,這是由于長輸管道的缺陷通常較少且會及時(shí)修復(fù)，

國內(nèi)城市燃?xì)夤艿繩但缺陷較多，且分布很不均勻，是決定管道安全

性能的重要指標(biāo)。

⑤由于在防腐層無缺陷時(shí)土壤腐蝕性影響很小，《管道風(fēng)險(xiǎn)

管理手冊》中模型所賦分值僅占4%,且僅依土壤電阻率賦值，而對

缺陷較多的城市燃?xì)夤艿?，土壤腐蝕性對腐蝕模型有重大的影響，且

需用綜合等級確定。

上述5項(xiàng)指標(biāo)分值已超過《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊》中模型總分

的50%以上。另外，城市燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)原始質(zhì)量參差不齊更是國內(nèi)特

有的。通過上述分析比對，勉強(qiáng)使用現(xiàn)有模型必將產(chǎn)生重大偏差，有

必要重新建立評估模型。為建立腐蝕評估模型，我們組織管網(wǎng)、檢測、

監(jiān)理、計(jì)算機(jī)等部門與有關(guān)高校聯(lián)合攻關(guān)，花費(fèi)了近3年的時(shí)間，投

入數(shù)百萬資金，終二取得了符合燃?xì)夤艿缹?shí)際狀況的技術(shù)成果。

(2)引進(jìn)技大要注意配套引進(jìn)并消化其軟件先進(jìn)的檢測技術(shù)

可以提升檢測數(shù)據(jù)的可靠性，進(jìn)而保證模型的科學(xué)性，但引進(jìn)國外先

進(jìn)技術(shù)必須注意配套引進(jìn)并消化其軟件。

引進(jìn)C掃描之初，我們曾試圖借用國外的設(shè)備，評判分級按

照國內(nèi)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，但實(shí)際效果很不理想。此時(shí)我們沒有盲

目保持或輕言放棄，而是及時(shí)分析誤差原因并尋找對策。

首先，我們拿出30km不同類型的管段，聘請美國腐蝕