1、埋地燃气管网安全管理与腐蚀控制技术,主要内容,一、地下燃气管网的安全管理制度二、埋地燃气管道防腐层系统完整性常用检测方法原理简介 三、阴极保护系统检测四、埋地钢质燃气管道杂散电流干扰检测五、埋地燃气管道腐蚀风险评估六、安全管理与检测应用效果 七、建议八、埋地PE燃气管道位置探测方法,1、完善的安全管理制度,一、地下燃气管网的安全管理制度,新建燃气管网的管理,运行燃气管网的管理,施工区域地下燃气管网的管理,设 计,1、埋地钢质燃气管道防腐系统；2、埋地钢质燃气管道必须设计安装阴极保护系统（市内埋地燃气管道宜采用牺牲阳极阴极保护系统，长输燃气管道采用牺牲阳极阴极保护或外加电流阴极保护均可）；3、阴2、极保护系统设计时，必须对管道通过区域土壤腐蚀性进行检测与调查（即土壤电阻率，自然腐蚀电位、氧化还原电位，土壤酸碱性、土壤类型、杂散电流）。,设 计,4、阴极保护工程设计与安装应该由具有专业设计安装资质的公司，需报集团公司安全技术部审核批准；5、埋地PE燃气管道，必须设计安装示踪线（PE燃气管道的示踪线以1.52.5mm2的多股铜芯塑料绝缘层导线为宜（单芯线也可以），示踪线横截面不得低于1.5mm2）。,1、埋地钢质管道回填土后路面恢复前，要请与建设单位无关的专业检测人员对管道存在的防腐层完整性、阴极保护系统保护状况、防腐层总体施工质量进行检测与评价，并出具检测报告，无检测合格报告，工程不能结算3、；2、埋地PE管道覆土后要对“示踪线”导通情况进行检测验收；3、发现有防腐层缺陷点、阴极保护不合格等，不符合规范要求的问题立即通知施工单位进行维修整改，整改完成后再复测，直至合格为止。,新建设管道检测管理制度,1、新建埋地燃气管道建设完成后12年内，要请专业检测技术人员对管道进行全面系统的检测与评价，查找管道与土壤环境不适应形成的防腐层缺陷，评价阴极保护系统是否达到了规范要求等，确保管道防腐系统完好。检测方面要求（1）检测埋地管道防腐层质量，是否存在缺陷点（2）检测阴极保护系统保护效果（3）检测管道埋深是否符合规范要求,投入运行后管道检测管理制度,投入运行后管道检测管理制度,2、定期对管网的运4、行安全状况进行检测与评估，根据 佛山集团公司燃气管网特点检测内容要求如下：（1）定期探测与调查燃气管道周围运行环境是否满足输气管道安全管理规范要求；（2）检测与评价埋地输气管道防腐层绝缘质量状况，根据检测结果对防腐层质量分级；（3）探测管道外防腐层是否存在的缺陷点，发现防腐层存在缺陷点时及时采取措施，确保防腐系统的完整性；（4）检测与评价燃气管网阴极保护状况，牺牲阳极运行消耗情况等；（5）检测管网中是否存在杂散电流腐蚀干扰情况。（6）根据各种检测结果，对管道的状况进行安全评估。,投入运行后管道检测周期,1、新建成的埋地燃气管道，投产运行1年2年内完成管网全线首次防腐系统普查检测与评价；2、新建5、管道运行第5年全线普查一次，10年内阴极保护运行正常再完成一次普查，否则应该增加普查次数；3、运行超过10年的埋地燃气管道，每3年普查一次；4、特殊情况下，由主管部门确定普查。5、重点调查应每1-2年一次，但有交、直流干扰段和重要位置应每年进行一次调查、调整、评定管道的腐蚀性和安全性。6、管道的阴极保护系统，阴极保护电位每年做一次系统检测与保护状况评价。,1.新埋地管道竣工后，采用Pearson法，检测仪器采用国产SL系列与英国雷迪仪器RDPCM”进行防腐层系统检测。2.检测人员正在对新管道防腐是否存在缺陷进行检测，发现缺陷后立即通知施工单位维修，否则不能够验收。,二、埋地燃气管道防腐系统完整6、性常用检测方法原理简介,埋地钢质燃气管道运行过程中主要受到外环境的腐蚀，内腐蚀很小可以忽略。外腐蚀通常因涂层破坏、失效、土壤、杂电干扰等使防腐系统失效而发生。目前，国内外对埋地钢质管道外防腐完整性直接检测与评价的方法有：交流电位梯度法（皮尔逊法或ACVG）、直流电压梯度（DCVG）/密间隔电位（CIPS）联合测量法、管中多频电流衰减率测量法（PCM法、SCAN法）等，各种检测方法的特点见下表。,埋地燃气管道防腐缺陷与防腐层总体质量检测,埋地燃气管道防腐缺陷检测方法对比表,埋地燃气管道防腐缺陷检测方法对比表（续表）,埋地燃气管道防腐层系统检测仪器,1.RDPCM（检测与评价防腐层总体质量）2.交7、流电位梯度检测仪器（音频检漏仪）检测定位防腐层缺陷点,RDPCM（管道电流衰减率）法原理简介,这种方法基于“点电流源供电”的电磁场分布理论，无论交流或直流，电磁场分布与介质的均匀程度密切相关，因此，检测地 理论基础是假定管道周围土壤电阻率差别不大，特别是沟回填土比较均匀一致。管道的信号电流分布符合下式：I=I0e-ax式中：I管道中任意处的电流强度值；I0发射机向管道施加电流点的电流值；x测量点到供电点的距离；a衰减系数（与被测管道的防腐层绝缘电阻、导电率、防腐层厚度、管道的直径、厚度、材质、电容有关）。,Ln I=LnI0+Ln e-axLnI=-ax+LnI0 LnI1-LnI2=（-ax8、2+LnI0）-（-ax1+LnI0）=-a（x2-x1）当测量间距离x1-x2取单位长度1时：Y=LnI1-LnI2=-a即：Y=8.686=Idb1-Idb2/x2-x1 Idbx=20lgIx 为x点的电流分贝值 Y单位长度管道电流平均衰减率。,RDPCM（管道电流衰减率）法原理简介,（PCM）法检测管道电流数据分析图,交流电位梯度法也称作皮尔逊法（由于这种方法为此人发明）。主要用来查找防腐层的破损点，一般来说是查找“防腐质量相对很差”的部位。严格地说是它不能对包覆层的绝缘性能做分级评价，但与其它方法共同使用可得到较好的检测效果。该方法效率高，成本较低，操作简便，实地标定防腐层破损点的位9、置，不需要进行繁琐的内业计算工作。,2、交流电位梯度法检测防腐层破损点,交流电位梯度法（PEARSON法）,B、交流电位梯度场地面分布示意图,埋地燃气管道防腐层缺陷点分类管理,一类防腐层破损点：防腐层破损严重，或破损面积较大，防腐层已经失去了防腐作用，相当于管道裸露在土壤中，这类破损点处管道已经或正在发生严重量腐蚀。一类防腐层缺陷点管道阴极保护系统电位达标与否，必须立即对破损的防腐层进行修复，否则管道迟早会发生腐蚀穿孔。,二类防层破损点：防腐层质量很差，破损点处防腐层还存在，但已几乎失去防腐作用，防腐层和管道之间已发生了严重剥离，水已进入了防腐层与管道之间，有些点管道已发生了不同程度腐蚀，这类10、破损点需要在1-2年内进行修复。否则也会发展成一类点形成穿孔。这类点若有阴极保护时可以缓期维修，但会加速牺牲阳极的损耗。,三类防腐层破损点：防腐层老化严重，或存在缝隙或渗水现象，防腐层与管道存在轻度剥离，防腐层的绝缘电阻率很小，漏电严重，或者是防腐层很薄。裸露后用眼睛观察不出裸铁点，用电火花仪检查时有火花产生。这类防腐层破损点，在有阴极保护系统保护电位达到保护标准情况下，可以不用修复。没有阴极保护时3年内需要修复。,检测人员正在对探测中发现的地下燃气管道防腐层缺陷点做标记。,地下燃气管道探测发现安全隐患的管理,1.燃气管道与其它管道形成搭接2.管道防腐层严重破损点,地下管线施工场所安全管理,地11、下管线由巡线班进行定期检测巡查，其中巡线班通过日常巡查，主要发现由于施工开挖等外部因素对管线造成的安全隐患，立即通知探测部门对管道位置做精确探测。,地下管线施工场所安全管理,保护施工开挖造成影响的燃气管线：采取插小黄旗、标识带的措施,三、阴极保护系统检测,检测与评价管网的阴极保护系统，常用管/地电位检测技术（P/S地表参比检测法）即万用表和CU/CuSO4参比电极即可。另外密间隔电位（CIPS法）检测方法必要时也要用，准确精度评价管道阴极保护效果。密间隔电位法原理是每隔1米左右测量一个管道的“管/地”电位数据，通过分析埋地钢质管道上一系列“管/地”电位数据绘成的变化曲线，评价管道各个点的阴极保12、护状况，根据曲线上管地电位变化幅度，分析判断各段管道是否达到标准要求或是否存在杂散电流（检测结果曲线见图6）。,密间隔电位（CIPS）测量数据分析图,地表参比测量法 地表参比测量法可以测量管道的自然电位、牺牲阳极开路电位和牺牲阳极闭路电位（埋地管道的保护电位），是最常用的检测方法（接线方法见下图）。,地下燃气管道阴极保护电位检测,1.地下燃气管道阴极保护系统，每年进行一次系统检测，评价管网的保护效果和牺牲阳极消耗情况。2.检测人员正在做管道保护电位数据采集。,五、埋地钢质燃气管道杂散电流干扰检测,直流杂散电流腐蚀是危害地下钢质管道燃气安全的一大问题，特别是没有安装牺牲阳极保护的管网，入户的钢质13、管道没有与地下钢质管道实施绝缘隔离（即没有安装绝缘法兰），居民家庭用电设施产生的杂散电流就会流入燃气管道，这种情况下，有些钢质管道往往安装一年不到就发生腐蚀穿孔泄漏事故，特别是近年来城市地铁系统越来越多，因此检测管网中的杂散电流是非常必要的。,管道直流杂散电流检测,管道直流杂散电流检测,检测与评价管网的杂散电流，通常的检测项目有管道对地电位、管道中杂散电流强度、土壤杂散电流电位梯度三个项目。常用的检测仪器是英国雷迪公司生产的杂散电流检测系统（SCM），这种仪器能够连续长时间检测记录管道的电位和管道中的杂散电流强度，可在被检测管道上同时布设多台仪器进行检测，施加检测信号识别系统，方便查找杂散电流14、来源。,管道杂散电流影响实例,佛山市禅城区一条埋地主干燃气管道，有约9公里位于地铁线路上方与地铁并行，其中绿景苑居民小区位于广佛地铁线路的一侧，与地铁运行线路垂直距离约100米左右，距离地铁整流汇流站（魁奇路地铁站）约五、六百米，小区面积约0.1平方公里左右（见位置示意图1）。绿景苑居民小区的供气管网为钢质燃气管道，安装有牺牲阳极阴保系统，总长度约5公里左右，到2012年通气运行时间约15年，未发生过任何腐蚀漏气问题。,干扰时间出现在每日5:00点24:00点地铁运行期间；地铁停运期间每日0:00点5:00点之间，各检测点管道的电位比较稳定无波动，电位检测数据均在-0.95V-1.41V之间,15、杂散电流排流治理前后管道电位数据对比,杂散电流干扰影响强度,通过分析十年管道电位检测数据，在没有地铁杂散电流干扰情况下，燃气管网阴极保护电位每年平均升高约0.01V左右。受地铁杂散电流影响约1年时间，管网阴极保护电位每年平均升高0.11V,是原来正常年升高量的十多倍，说明杂散电流危害很严重，埋地燃气管网安装的牺牲阳极年损耗量也快很多。杂散电流对埋地PE管网户内管道引入钢质管道这段也有影响，杂散电流来源有居民用电设施、雷击等，这部分管道腐蚀穿孔的也很多，管理中应该引起重视。,五、埋地燃气管道腐蚀风险评估,埋地燃气管道运行腐蚀风险评估表,六、安全管理与检测应用效果,佛山燃气集团股份有限公司从20016、1年开始对所有埋地钢质燃气管网防腐系统的完整性，按计划进行周期性系统检测，发现安全隐患问题及时维修整改。到目前已经过去10多年，整个集团约有埋地燃气管网（总长度超1200多公里），未发生过腐蚀穿孔泄漏问题。此前在2000年，有个别区域的埋地钢质燃气管道发现有腐蚀穿孔漏气现象（1993年铺设的管道且安装有阴极保护系统但阴极保护电位不达标），经系统整改后，到目前为止该区和其它区域未发生任何腐蚀漏气问题。目前全部管网阴极保护电位达标率100%。,六、安全管理与检测应用效果,新建埋地燃气管网的防腐质量和资料的准确度也得到了显著提高，埋地PE燃气管道示踪线，全部导通合格，能够对管道起到示踪作用；通气运行17、的燃气管网受外界施工破坏导致漏气事故的发生，也明显的减少，目前平均每两年不超过一宗。通过多年来的检测实践证明，制订的检测方法和安全管理制度并认真执行，能够确保燃气管网长期安全运行。,七、结 论,城市地下燃气管网安全管理，确保管网的长期安全运行，制订周密的管理制度，辅以科学的检测方法必不可少的。地下管道防腐检测与管道位置探测是一项要求技术性高，检测工作经验丰富、涉及知识面广的技术工作，因此燃气企业需要培养专门的检测技术人员，并对检测人员经常进行技术更新培训，提高检测人员的技术水平。无检测技术人员的企业应把地下管网检测工作委托给检测经验丰富和检测技术好的专业检测公司去完成，与其建立长期的合作关系遇18、到需要能够随时派人检测。这样可以确保检测内容全面准确可靠。,八、埋地PE燃气管道位置探测方法与原理简介,近年来，在城市埋地管网建设中，由于PE材质的管道施工方便，小管道成本低（D300），不腐蚀等特点，被广泛地运用于城市地下管线的建设工程之中，尤其是给水、煤气和排水更是大量地采用PE塑料管道。PE塑料管道虽然有很多优点，一旦埋入地下后再应用非开挖方法探测查找其位置和埋深，非常困难。目前，应用探地雷达仪器与技术，是探测埋地PE管线常用的物探方法之一,也是最有效的方法。,非金属管线探测方法原理简介,常用仪器,RIS-K2雷达,MALA雷达,雷达显示屏,探地雷达系统的主要仪器设备部件是：主机发射天线19、频率有200MHz，250MHz 400MHz，600MHz，900MHz.,二、仪器设备构成,主机（控制单元）,200、600MHz天线,900MHz天线,探地雷达以宽频带短脉冲的形式向介质内发射高频电磁波(几MHz-几GHz)，当其遇到不均匀体(界面)时会反射部分电磁波，其反射系数由介质的相对介电常数决定，通过对雷达主机所接收的反射信号进行处理和图像解译，达到识别隐蔽目标物的目的。,三、雷达探测仪器原理,双曲线,数据采集,管线“抛物线”形成原理,雷达图,地下管线异常在雷达图像上的典型异常是一条双曲线同相轴，可根据这一特征来判定管线位置和深度。管顶深度h的计算公式是:H=VT/2(1)其中V20、为波速，T为电磁波在介质中的双程走时。V=C/1/2（2）公式中,是介电常数,c是电磁波在真空中的波速。反射系数R与周围介质介电常数1、管线或管线内介质介电常数2有关：R=(11/2-21/2)/=(11/2+21/2)（3）在任何的情况下，R 的大小位于1中。透射系数等于1-R，反射能量等于 R2。目标管线反射系数|R|0.1，是满足探地雷达探测的必要物性前提条件。,雷达探测仪器原理,雷达探测的水平分辨Rf 是简化的Fresnel(菲涅尔)带半径的1/4，即：,其中为波长，h为埋深。当埋深为h=0.4和0.5m时,水平分辨率计算（=9.8）见表1.按波动理论,雷达探测的垂直分辨率Rv是:Rv21、=/8/4（5）按（5）式计算，900、600MHz天线的在干沙介质(=9.8)的Rv是1.42.8cm和2.14.3cm。而按应用实践，分辨率与深度h有关，在0h2m时，估算公式是：Rv=0.08*h（6）按（6）式计算，全部天线的在h=0.3m和0.5m全部介质的Rv是2.4cm和4cm。,不同频率天线分辨率,探测图像与分析,单埋地PE管道雷达探测,埋地PE管道雷达探测结果图,双埋地PE管道雷达探测,雷达天线频率对探测灵敏度的影响,不同管径PE管线现场图,从左到右，管径分别是DN90、DN40、DN63，每2根管线的间隔是30cm，呈品字形分布，DN40（h=25cm）位于上方，DN90（22、h=35cm）、DN63（h=35cm）分别在左、右下方。,（可分辨出三个管、勉强分辨出三个管、没有结果）,雷达天线频率对探测灵敏度的影响示意图,900MHz:管线异常特征明显，有多次反射波；600MHz可勉强分别出左右两条管线的异常，但无法辨认中间的PE空管，而且0.5m处初次反射波不明显；200MHz:无法分辨这三条管线的反射波。另外 图像的分辨率还与反射体的性质有关,其水平和垂直分辨率与公式(4)、(5)、(6)不完全相同。,雷达天线频率越高分辨率越好，获得的灵敏度高，但探测深度越浅，适合于埋深浅（小于1米、最适合0.6米以内）的小管道探测。雷达天线频率越低分辨率越差，获得的灵敏度差，但23、探测深度越深，适合于埋深大（1米3米、D150以上管径，最适合0.6米以内）的大管道探测。,影响雷达探测PE管道灵敏度与准确度因素,埋地土壤含水率高，检测灵敏度低，特别是对探测深度影响最大。埋地土壤疏松，检测灵敏度低，小管道难分辨。同样地质条件下，同种PE管道，如果管内充满水（或液体），比空管道（或有气体）获得的探测灵敏度要高很多。硬化路面介质比土壤介质，检测灵敏度高。大管径的管道(DE90以上），检测灵敏度和准确高。DE90以上管道埋深在1.5米左右时90%以上可以准确探测到。小管径的管道(DE90以下），检测灵敏度和准确低。DE90以下管道埋深在0.8米左右时，使用高频率天线，80%以上可24、以准确探测到。探测人员的技术水平、工作经验、雷达图像分析水平等，人员因素也是影响检测灵敏度和准确度的重要因素。,优点：探测结果图像显示直观可靠，位置和埋深同时显示在雷达图像上，相当于给探测区域地层状况做全面的CT扫描。是目前探测没有“示踪线”的埋地PE管道最有效的仪器与方法。缺点：探测时受地形条件限制，地面不平整、有水塘、植物等不能够实施探测；探测的灵敏和准确度受客观因素影响比较大。,雷达探测PE管道的优缺点,埋地PE燃气管道位置探测完全解决方案,1、首先用探地雷达，对埋地PE燃气管网进行全面普查探测，确定出管网的基本构成状况（所有特征点三通、拐点、变径、钢塑转换点等）。2、对探地雷达不能够探测或探测不出的位置，采用开挖方法确定管道位置。3、对于管道钢塑转换位置及转换后的钢质管道部分定位，采用金属地下管线探测仪器与方法探测确定。4、对于个别疑难点定位，采取综合探测方法（包括调查分析等）确定。5、埋地PE燃气管网所有特征点完成定位探测后，采用全站测量仪，对管道所有特征点做坐标测量和标高测量（直线段约测量点/10米）。6、根据坐标对管网进行成图，坐标测量成果可直接用于管网的GIS信息管理系统。,