燃气管网腐蚀与PE管技术的应用

1、燃气管网腐蚀与PE管技术的应用1前言长春市双阳区天然气工程是91年全面投入运行使用的，长输管线和市街管网均采用石油沥青防腐的钢管焊接，管网总长245公里，其中沿长大公路铺设的长输管线15公里，市街中压管网23公里，市街低压管网207公里，日高峰输气10万立方米，负责15000户居民，168家公共福利用户及4家工业户的输配供气任务。可是，自95年以来，以松泰小区为先导的管道严重腐蚀穿孔和焊口开焊、管线开裂、冻裂现象频繁发生，造成夏季管道出现水堵，冬季管线出现冻堵的现象近万次。水堵、冻堵处理也由98年的1680次上升到99全年6113次，专业队伍常年维修以无法保证居民正常用气，98年以来，城区天然

2、气线损最高达到4696，管道的腐蚀速度逐年加快，腐蚀面积是逐渐加大，造成燃气大量泄漏，由此引发了多起天然气窒息，爆燃、爆炸事故，尤为突出的是99年和2000年元月，先后发生了3起典型的、有影响的爆炸事故。11夏、秋之季管网腐蚀状况：94年的夏季，就有20多户发现水堵的现象，当时以为是气体内所含的水，经公司有关的技术人员利用压差递推法将水堵的管段找到，将水排除为止；而到了95年，松泰小区发生着火后，才开始引起重视，95年以来，由于地下土壤土质密实，水位较高，夏、秋之季低压管网腐蚀主要表现为管网大量水堵，几年来，我们在夏秋之季投入了大量的人力、物力、财力，利用压差递推法排水；钻孔测漏法寻找漏点近6

3、00余起，排除了一些隐患。12冬、春之季的管网腐蚀状况管网腐蚀在冬季和春季主要表现在管道冻堵的同时，泄漏天然气沿地下裂缝向地面、向暖气沟、下水道等具有一定的空间渗漏。遇明火或静电引燃或引爆。94年以来发生了如下典型的管网腐蚀现象： (1)94年冬季至95年春季，松泰小区3.1公里的中、低压室外燃气管网，大面积腐蚀，经对启出的1日钢管统计，有176个圆形小孔。泄漏的燃气串入一居民家，遇明火引燃；一中压管线燃气泄漏，串入沿线的3个饭店的室外台阶，一顾客烟头引燃，造成三个饭店门前一片火海,95年，山河路一低压管线腐蚀穿孔，串入100米外的一居民家中起火，烧毁少量财产。(2)96年冬，区医院西侧，有一

4、低压管线腐蚀穿孔，串入一平房居民家的炕洞内造成爆炸，将一老者从炕上掀到窗外，造成轻度受伤,97年春天，另有造纸厂南侧的一15米中压燃气管线腐蚀泄漏，串入一居民楼的下水，遇居民明火点燃，一居民遭惊吓。(3)97年春节，区医院西侧一中压燃气管线腐蚀穿孔，泄漏燃气串入120米外的一平房小卖部的煤炉底下，被居民点火引燃；98年冬季，禹山路一低压主干线腐蚀泄漏，串入城市下水，沿城市下水进入一居民的室内，一孕妇点燃煤炉时引爆了天然气，造成民房爆裂，孕妇重度烧伤，一老者轻伤。(4)自95年到2000年之间，有32起管网腐蚀泄漏串入居民楼的暖气沟、下水道内被巡线员发现，采取了打开暖气沟、下水道的检查井进行放散

5、、并强制通风，控制明火和静电，同时确定来气方向，再利用钻孔测漏法查找漏点，消灭了32起重大事故隐患。(5)99年12月至2000年1月20日期间，先后连续发生了三起爆炸事故。a)99年12月25日商贸城南侧一居民楼发生爆炸。此次爆炸是因为用户用气不当造成漏气，当用户发现后，将满屋的天然气放散到楼道内，认为安全后，点燃灶具引爆厨房及楼道内达到爆炸极限的天然气，将四层居民楼的一个单元整体爆裂，最后变为废墟。同时造成一人重度烧伤，一儿童脑颅骨骨折和一行人颌骨骨折；b)2000年1月6日区宾馆门前18米处，有一16米的219 中压管段发生电化学腐蚀穿孔48个，泄漏的燃气沿着区宾馆前平台的石头缝隙串入地

6、基，又沿着地基串入宾馆的暖气沟，一厨师吸烟点火引爆从地沟检查口渗漏上来的天然气，造成整个暖气沟被炸开；一至顶层门窗玻璃被震碎；一人重度烧伤；由于宾馆当天全员放假，只有一名旅客住宿而被惊吓。 c)2001年1月9日一低压管线腐蚀泄漏，串入气象局锅炉房的配电室，一锅炉工启动电器开关时引爆，造成整个锅炉房门窗被毁，一人轻度烧伤。2分析钢管腐蚀的原因针对以上事故的发生，根据钢管所处土壤环境，结合钢管腐蚀的基本原理，做如下分析：21钢管腐蚀机理211化学腐蚀：是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。也就是说金属直接和介质接触引起的金属离子的溶解过程，在金属表面均匀发生，腐蚀速度缓慢。钢铁在

7、空气中或土壤里的腐蚀就属于这种情况。但很少见，几乎与电化学腐蚀同时发生。 212电化学腐蚀：是指金属表面与离子导电的介质(电解质溶液)发生电化学作用而产生的破坏。也就是金属和电解质组成原电池所发生的金属电解过程。任何一处按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含一个阳极反应和一个阴极反应，并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流联系在一起。阳极反应，是金属离子从金属转移到介质中和放出电子的过程，阴极反应则是介质中氧化剂组分吸收来自阳极的电子还原过程。金属与电解质之间存在一个带电的界面，与此界面有关的因素都会影响腐蚀过程的进行。其实质是浸在电解质溶液中的金属表面上形成了以金属为阳极的腐蚀电池。包括异金属

8、接触产生的腐蚀原电池、钢管本身成分含量复杂产生的原电池、氧浓差产生腐蚀原电池、盐浓差腐蚀原电池和直流杂散电流腐蚀、交流杂散电流腐蚀。213细菌腐蚀:细菌对钢铁的腐蚀机理较为复杂，但主要在一些土壤中有以下三种细菌参加腐蚀过程：硫酸盐还原菌、硫氧化菌、铁菌三种。 22结合实际分析腐蚀原因221钢管铺设条件及管道所处环境(1)90年施工建设期间，施工部门多，经验少，工期短，速度快，采用石油沥青防腐，由于工程指挥部管理不到位，造成防腐质量极差。(2)90年双阳正逢50年不遇的大水，施工人员管理混乱，有的作好的防腐在下管时被破坏了，有极个别的还没来得及作防腐受洪水的制约就被埋在沟里了。70以上的管道基础

9、均遭水浸泡而受到破坏，进而，使运行的管道产生不均匀沉降。引起焊口开焊。(3)管材的用量大而急，供应厂家不固定，使每批的管材材质含量不尽统一。(4)双阳的土壤多以煤灰渣为主，且水位高，经有关部门测定PH值均在7、59、5之间，而且有一部分管道是在沼泽地中通过的。(5)各种用电设备接地导线、高压变电接地、各种避雷接地杂乱分布；三线一地、二线一地的接地未经任何处理直埋地下随处可见，象松泰小区、泰山路、长青路等高压输电线路和燃气管道平行铺设近4处约500米。222管道腐蚀原因从管道腐蚀现象看，大多数是集中穿孔腐蚀，也有一少部分是均匀腐蚀。结合腐蚀机理，不难看出电化学腐蚀是双阳管网腐蚀的主要原因，纯化学

10、腐蚀和细菌腐蚀也不同程度地存在。(1)直流杂散电流腐蚀是双阳区管网腐蚀的主要原因直流杂散电流腐蚀主要是由于各种车辆产生的静电，各种用电设备接地导线、高压变电接地、各种避雷接地、三线一地、二线一地的接地所产生地下电子流通过燃气管道形成回路系统，通常电子流从土壤进入燃气管道的地方带有负电，称阴极区，若阴极区的电位过负时，管道表面上析出大量的氢，造成防腐绝缘层老化、剥落。当电子流由管道的某一绝缘层损坏处流出时，管道带有正电，这一区域称阳极区，处于阳极区的管道，钢管以铁离子的形式溶于周围介质中，形成集中穿孔。如松泰小区三项四线制接地导线8处，避雷接地导线9处地下电缆纵横5根穿过，两线一地制接地线3处，

11、电流达几十安培，有关资料表明雷电的瞬间电压可达300500千伏，电流可达200千安以上，而实践证明在10千伏电压下，350安电流作用1秒钟后，壁厚6毫米管线将被击穿。松泰小区显然是直流杂散电流的腐蚀。而双阳区80管网腐蚀也属于这种情况。(2)交流杂散电流是双阳区管网腐蚀的又一主要原因当管道接近或长距离平行于电力线时，高压电力线将在附近埋地钢管上感应产生二次交流电，出现很高的感应电压，管道周围土壤间产生可达几伏或几十伏的电位差。从而，形成腐蚀原电池。交流杂散电流的腐蚀比直流杂散电流腐蚀速度快，更易形成小孔腐蚀。如松泰小区、泰山路、长青路等5处的燃气管道的集中穿孔腐蚀就是交流杂散电流的腐蚀。(3)

12、异金属接触产生的腐蚀原电池、钢管本身成分含量复杂产生的原电池、氧浓差产生腐蚀原电池、盐浓差腐蚀原电池也不同程度的存在。(4)细菌腐蚀的存在可能性很小，即使存在也和其他腐蚀同时发生。3、分三个阶段彻底解决管道腐蚀问题第一阶段强化管理阶段(9495年)(1)94年引进并对比使用新型防腐材料环氧煤沥青防腐、聚乙烯胶带防腐，虽然减少了新辅设钢管的腐蚀程度，但原有地埋钢管从根本上没有解决问题。(2)加强管网的安全巡检工作，全面系统地掌握全区暖气沟和下水道的走向和位置，对全区的暖气沟、下水道进行24小时定点监测，同时对确保冬季的安全输气，实行一天一碰头，一周一总结，发现问题，全员出击。同时又制定了事故处理

13、办法和巡线员管理办法等各项安全管理规定，并经职代会讨论批准。对管网实施严格的监控，两年间发现并处理了30多起隐患。(3)双阳区的实际情况，编写、制定设计、施工及验收规范，对每年的工程施工现场实施规范化管理(如对钢管的外防腐实行100的电火花检测等)，加强职工操作技能的培训。全面提高新建工程质量。(4)针对管网的电化学腐蚀，曾经考虑牺牲阳极法或排流法来保护燃气钢管。如采用牺牲阳极法，在电阻率特别大的双阳，由于牺牲阳极的负电位不能人为地自由调整，其保护性能不理想，电位太低，管线得不到保护，电位太高则管线容易大量析氢。对管线不利。且阳极消耗太快，造价太高：如采用外加电流法，由于市街管网多呈枝状，致使

14、整个管网对地电阻特别低，恒电位仪输出过大，无法工作。如加绝缘法兰，工程量过大，且又难以确定排流方向。地下地上电力线路电流干扰，恒电位仪不能正常工作等被论证均不能采用。 第二阶段PE管引进局部试点阶段(95年98年)(1)为了彻底消除管网腐蚀所带来的危害，杜绝燃气泄漏发生，95年针对首先发现的松泰小区管网大量腐蚀穿孔这一状况，我们先后考察、引进了PE管应用新技术，并试铺设了D32D110的SDRllPE管2.8公里，填补了吉林省使用PE管的空白，成为省内第一家应用PE管的燃气单位。(2)通过对松泰小区管网的成功改造，积累了经验，同时规定对全区的新建、改建的小区燃气配套工程建设，室外燃气管线完全采

15、用PE管进行铺设。(3)用PE管改造了15.5公里的长输管线98年5月采用PE管对双阳区城镇燃气管网改造的项目被市政府批准。98年10月配合长双公路扩建工程的实际需要，结合管网腐蚀现状，15.5KM的长输管线改造有了机遇，由市交通局出资，以PE管(SDRl7.6)替代输气压力不超过0.2MPa的钢管，将原有沿长双公路铺设的长输管线迁移至大地中，于98年10月1日开始，经过25天的全员参战，集设计、放线、焊接、开沟、气密、吹扫、置换一条龙式直径DN200mm，穿越5条河流，11条支干道的长输管线一次性改造成功。开创了采用SDRl7.6的PE管用于铺设长输管线的先例。a)前期工程采用工程两同步，既

16、提前过河和提前预制、安装凝水缸同步走；提前设计、放线和提前过路，铺设套管同步走。后期工程采用现场施工两同时，即焊接同时在挖沟；下管同时在测坡。b)过河完全采用426钢制套管，采用围堰法，对套管外现场浇筑混凝土配重块，在工程全面开工的同时，对沿途5条河流提前预制，提前恢复通水，c)全程管线随自然地形确定标高，管顶埋设深度不得小于自然地面下1.6米。d)全程根据地形地貌加设了10个凝水缸，凝水缸采用钢制外加石油沥青防腐和聚乙烯冷缠胶带联合防腐，并能满足通球需要；和PE管的连接采用尼龙防腐的法兰对接。第三阶段全面改造阶段(1998年2001年)使用PE管对松泰小区和长输管线成功改造后，由于1999年

17、12月25日2000年1月9日的15天里，先后发生了三起爆炸事故，也恰是全国各地事故频发的前后，引起了长春市政府的高度重视，由政府承保贷款2000万元，对双阳区市街燃气管网进行改造。并于2000年4月对245公里的市街管网进行全部更换。(1)材料的选取：是确定新铺设的管网寿命的关键我国PE管的生产，已经完全是国产化了，生产厂家也由95年原来的几家公司发展到现在的山东、河北、黑龙江、上海等十几家，但原料还是立足于国外进口的PE80级，主要有比利时的FINA公司3802B、3802Y；比利时苏威集团SOLVAY GROUP的TUBl31、132、171、172；英国的BP公司的KIGIDEX-40

18、R191；丹麦北欧化工集团2421、2418；和美国的菲利浦公司TR418、480；以及西德的HOECHSTC GM-5010H等。国内有淄博欧齐、青岛凯星、山东文登等地生产。我们本着就地就近、经济、优质的原则选择了哈尔滨中兴的北欧化工集团2421料和长春高祥的苏威集团SOLVAY TUBl72料；管件采用了宁波宇华公司生产的管件。并派技术人员进厂监造。合格发货。(2)改造方案：a)怎样保证对居民不停气的前提下，铺设PE管道，是确定管网改造方案的中心。按照规范，根据现实用气情况，结合长远规划，对双阳区市街管网从新设计，在不影响居民供气的前提下，分区、分块，从未断向始断进行施工，总的原则是：按设

19、计图纸进行放线；按线、按图布管焊接；沟上分段打压和区块打压；开沟处理局部障碍，切断PE管沟下焊接；检定特殊焊口，实施沟下联网打压；外网做完，留下进户。最后带气接口，置换通气。合格后再接入户管。 b)怎样处理沟上连网的管线和原有管网的管线交叉，是一必须解决的难题。当沟上焊完燃气管线，在开沟遇到其他管道时，将燃气管割断，实施沟下焊接，对该焊口进行特殊标记，待连网打压时特殊检定。c)改造后的管网唯一存在的一段入户钢管的防护是又一个关键的问题。庭院管线一般要求距建筑物基础2米内不得有焊口，用无缝钢管一次性预制煨成，并完全采用环氧煤沥青防腐，并进行100的电火花检测；进户管线采用室外钢管进户，外加聚氨脂

20、保温层保温。d)方案确定后，严密的组织机构是方案实施的保证。建立了一整套的技术、质量监督组织。公司成立了指挥部，组建了质检组，技术组。完全由自己的安装公司施工，每个施工队配备一名队长、一名施工员、一名质检员、一名土方管理员，实行施工组织、施工记录、施工质量、竣工图责任到人、终生负责、层层包保，签定合同，存档备查。 (3)带气焊接：在保证不影响居民供气的前提下，新旧管网的临时带气接口和P置管的带气接口是整个管网改造的一个关键。考虑传统的带气焊接方法外(盲板法、微正压法、惰性气体置换法、空气置换法、传统阻气球法、用黄粘油和化石粉砌墙法、利用高压氮气混入法)有诸多不安全因素，所以，我们确定小于100mm的低压钢管焊接采用微正压焊接法；大于100