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压力管道安装资质:城镇燃气工程的安全管理研究
文章录入:华道顾问 文章来源:上海燃气工程设计研究有限公司 豆连旺 添加时间:2021/4/6
1 概述
近年来,国家高度重视燃气管道的安全运行,发布一系列的文件对燃气管道进行安全监管。城镇燃气建设过程中,为保证安全要求,如何执行相关的法规,还存在一定的不同看法。本文从法规的适用性、设计理念以及管道施工、运营过程的注意事项对城镇燃气项目的安全管理提出了一些建议,供城镇燃气项目的安全管理时参考。
2 法规的适用性选择
《城镇燃气管理条例》作为城镇燃气管理的基本法规,城镇燃气工程安全管理应严格执行该条例的相关要求。
为对危化品项目实施安全监管,安监总局在2011年将天然气划入重点监管危险化学品,应急管理部在2020年将LNG划入特别管控化学品目录。在一些城镇燃气项目建设过程中,有些监管部门也将城镇燃气项目(特别是LNG项目)按照危险化学品的相关管理规定进行监管。笔者认为,虽然城燃项目也输送天然气,但未被划入危险化学品建设项目的管理范畴,不应将危化品的监管措施用于城镇燃气项目。对于工程复杂的城镇燃气项目,为提高工程的安全管理水平中,建设单位可以借鉴危化品管理的相关管控措施。
3 转变设计理念
我国天然气工程建设起步较晚,燃气工程建设标准最初主要借鉴前苏联的相关规范,在管道安全方面,以提高安全间距来降低管道对周边的影响。城镇燃气的设计中,延续了这种设计理念,无论管线还是场站的安全管理,主要强调增大间距来保证安全。上世纪90年代以后,我国输气管道开始学习美国及加拿大等国的燃气管道建设经验。管道的安全保障,以控制管道自身的安全性为指导思想。
笔者认为,城镇燃气项目设计应结合国情考虑,我国正处于城镇化的快速发展阶段,相对长输管道的建设区域,城镇地区管道敷设区域人口密度达,土地利用十分紧张,城镇燃气工程通过扩大燃气设施与周边的安全间距来保证安全不合时宜。城镇燃气建设应借鉴长输管道本质安全的设计理念,应通过措施提高燃气系统的自身安全,无需任性的扩大安全间距。
对于城镇燃气场站的安全管理,设计时除满足规范的严格要求外,还需要提高场站的自动化管理水平。场站的自动化不仅体现在仪表数据的采集和报警,更应注重对场站设备运行中异常工况的分析、紧急状态下的连锁控制,重要场站中,对于监测仪表还要做到冗余配置,根据需要可设置独立的安全仪表系统。
4 加强施工质量的管控
城镇燃气建设过程中施工质量直接关系到管道的安全可靠性,需加强对施工质量的管控。施工阶段影响城镇燃气管道安全的因素包括:管道焊接、防腐以及管道敷设,其中关键的是管道焊接、防腐质量。
4.1管道焊接质量控制
根据对管道焊接质量引起的管道安全事故分析,钢质管道焊接缺陷主要发生在管道的对接环焊缝、管道金口、变壁厚焊口以及返修焊口位置。焊接缺陷包括有咬边问题、夹渣问题、未熔合问题、未焊透问题、气孔问题、裂纹问题等,出现几率最高的是未熔合、未焊透和气孔。造成未熔合缺陷的主要原因包括:
1)管道坡口加工不规范、管道组对错边量大,焊接电流偏小。
2)焊接速度过快,热输入不够;造成气孔的主要原因是焊接期间风速大,防风措施不够。
为此,需要对这些焊接缺陷采取相应的控制措施。如对于未熔合和未焊透,规范管道坡口的加工、选择合适的焊接电流和焊接速度、控制错别量等。对于气孔缺陷,需要做好焊接时的防风措施、缩短焊接时间、管口预热时降低管道内外的温差等。
在城镇燃气管道项目焊接时,有时借鉴长输管道焊接的相关做法。无论长输管道还是城燃管道,一般要求无损检测不低于Ⅱ级。长输管道无损检测执行《石油天然气钢质管道无损检测》(SY/T4109-2013),城镇燃气执行《无损检测金属管道熔化焊环向对接接头射线照相检测方法》(GB/T12605-2008)和《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》(GB11345-2013)。采用射线检测时,焊缝达到Ⅰ级时,SY/T4109中的焊接要求高于GB/T12605。焊缝级别达到Ⅱ级时,SY/T4109中的焊接要求低于GB/T12605。如SY/T4109允许焊接接头存在未熔合,而GB/T12605则不允许焊接接头存在未熔合。采用超声波检测时,GB11345的Ⅰ级质量要求高于SY/T4109中的Ⅱ级质量要求。显然城燃管道的焊接要求高于长输管道的质量要求,笔者认为,城镇燃气管道焊接施工时,还是应执行适用于城镇燃气的焊接规范。
4.2管道防腐质量控制
燃气管道防腐层失效在施工过程中主要体现在施工时防腐层质量不达标。对于在现场的防腐施工,防腐水平低,会出现防腐层内含气泡、漏点、脱层等问题。对于在工厂完成的防腐,施工过程中防腐层磕碰造成防腐层破损时有发生。有时施工单位对防腐层有问题的管道不加修复就直接埋地敷设,造成管道带病服役,给日后管道的失效带来隐患。另外,施工过程中防腐层检测手段单一、设备落后也是管道防腐存在缺陷的重要原因。
在长输管道的压力管道规范中,对于管道防腐质量要求严格,为避免施工完成后的防腐层破损,特别要求在管沟回填后,还需要做地面音频检漏。相对而言,城燃管道的压力管道技术要求方面,无音频检漏要求。笔者认为,可以借鉴长输管道施工中防腐控制的先进经验,采用新技术、新设备实现对防腐质量的控制。
4.3复杂地区的管道敷设控制
城镇燃气敷设过程中,应重点关注复杂地区管道的敷设,包括:河谷地段、湿陷性黄土地段以及陡坡地段,这些地段施工质量直接影响到管道的运行安全。
1)河谷地段的管道穿越:为保证管顶不受水流冲击和河道疏浚影响,管顶需满足CJJ/T250及GB50423对管顶埋深的要求。CJJ/T250要求管顶至规划河底不小于3m,而GB50423则要求管顶穿越深度不宜小于设计洪水冲刷线或疏浚深度线以下6m。在实际工程建设时,水务部门很难提供河道的疏浚线,有时按照管顶低于现状河底标高不小于6m来敷设,这是不符合规范要求的。应通过计算设计洪水冲刷线来确定管顶标高,洪水冲刷线水深可参考JTG C30—2015《公路工程水文勘测设计规范》(以下简称JTG C30—2015)中推荐的公式进行确定。当计算后洪水冲刷线标高和疏浚深度线标高不低于河床规划标高时,可按照河床规划标高下3 m为水平定向钻穿越管道的最小管顶埋深。否则,需要按照洪水冲刷线标高和疏浚深度线标高下6m确定穿越管顶的标高。
2)湿陷性黄土段:该区域黄土结构疏松且多孔隙,极易引发流水侵蚀,造成管道不均匀沉降。在这类区域施工,要尽量避免大型开挖,破坏原状地形地貌。管道施工应快速施工,避免沟槽长时间暴露,同时尽量减少地表水流入到管沟槽内,从而造成管沟水土流失。
3)山区陡坡地段:对于敷设在山区的燃气管线,需要重点关注管线敷设区域的山体地貌的滑坡和崩塌及泥石流等自然灾害。近几年国内几起输气管道事故,都是由于山体发生泥石流造成管道敷设区域山体边坡失稳,引起管道断裂。这类区域的防治措施一般包括设置支挡、设置排水墙、堵漏和压实坡面等措施,有条件时,建议采取改线绕避方案。
5重视运营期管道的完整性管理
作为管道全生命周期的重要阶段,运营期管道的安全管理更加重要。作为一种新的管理安全管理方法,管道完整性管理自从引入到中国,在油气长输管道行业高质量快速发展。长输管道在运行期管道完整性管理的“6步工作流程”,更是将管道完整性管理的作用发挥到极致。
相对于长输管道,城镇燃气管道处于城市人口密集区,管网更加复杂、所处地区风险更大、受第三方破坏的几率更高、遭各类杂散电流的影响更大,这使得城镇燃气的完整性管理更要有针对性。城镇燃气的管道完整性管理主要侧重以下几个方面:
1)建立数字化的城镇燃气管网信息平台。基于GIS系统的城镇燃气信息管理系统,对城市地下错综复杂的燃气管道及设施基本数据信息进行收集整理,掌握管道材质、防腐类型、敷设方式、管道埋深、布置位置、使用寿命等,为管道的完整性管理提供信息支持。
2)加强对第三方破坏的风险管控。城镇燃气管道难免与其它地下管线并行或交叉布置。在已建的管线附近,容易受第三方施工带来的破坏。与城市相关部门建立沟通机制,收集燃气管道沿线的第三方施工信息,全程参与第三方施工过程,排除第三方破坏风险。
3)监测埋地管道的防腐效果。城镇燃气埋地钢质管道主要采取外防腐联合牺牲阳极的进行外防腐,有时还会受到地下杂散电流干扰。在防腐质量和阴极保护管理方面,存在参差不齐。需要重点对地下钢管的外防腐评价和控制,通过设置在管道沿线设置测试桩,监测管道的阴极保护效果,经评估无法满足要求是,需进行性补充。
4)管体缺陷。受管道施工质量的影响,部分管道在施工过程中,管体损伤、焊接质量缺陷都可能给日后管道的运行带来安全隐患。建议采用先进技术对管道定期进行内监测,必要时开挖验证修补。
6 结论
城镇燃气的安全管理需严格执行《城镇燃气管理条例》的规定,复杂的城镇燃气项目的管理,可以借鉴危险化学品的相关管控措施。城镇燃气设计阶段坚持管道的本质安全理念。施工阶段应重视管道焊接、防腐以及敷设质量的管控。运营阶段对管道实施全寿命周期的管道完整性管理。只有如此,城镇燃气项目的安全风险才能可控。
近年来,国家高度重视燃气管道的安全运行,发布一系列的文件对燃气管道进行安全监管。城镇燃气建设过程中,为保证安全要求,如何执行相关的法规,还存在一定的不同看法。本文从法规的适用性、设计理念以及管道施工、运营过程的注意事项对城镇燃气项目的安全管理提出了一些建议,供城镇燃气项目的安全管理时参考。
2 法规的适用性选择
《城镇燃气管理条例》作为城镇燃气管理的基本法规,城镇燃气工程安全管理应严格执行该条例的相关要求。
为对危化品项目实施安全监管,安监总局在2011年将天然气划入重点监管危险化学品,应急管理部在2020年将LNG划入特别管控化学品目录。在一些城镇燃气项目建设过程中,有些监管部门也将城镇燃气项目(特别是LNG项目)按照危险化学品的相关管理规定进行监管。笔者认为,虽然城燃项目也输送天然气,但未被划入危险化学品建设项目的管理范畴,不应将危化品的监管措施用于城镇燃气项目。对于工程复杂的城镇燃气项目,为提高工程的安全管理水平中,建设单位可以借鉴危化品管理的相关管控措施。
3 转变设计理念
我国天然气工程建设起步较晚,燃气工程建设标准最初主要借鉴前苏联的相关规范,在管道安全方面,以提高安全间距来降低管道对周边的影响。城镇燃气的设计中,延续了这种设计理念,无论管线还是场站的安全管理,主要强调增大间距来保证安全。上世纪90年代以后,我国输气管道开始学习美国及加拿大等国的燃气管道建设经验。管道的安全保障,以控制管道自身的安全性为指导思想。
笔者认为,城镇燃气项目设计应结合国情考虑,我国正处于城镇化的快速发展阶段,相对长输管道的建设区域,城镇地区管道敷设区域人口密度达,土地利用十分紧张,城镇燃气工程通过扩大燃气设施与周边的安全间距来保证安全不合时宜。城镇燃气建设应借鉴长输管道本质安全的设计理念,应通过措施提高燃气系统的自身安全,无需任性的扩大安全间距。
对于城镇燃气场站的安全管理,设计时除满足规范的严格要求外,还需要提高场站的自动化管理水平。场站的自动化不仅体现在仪表数据的采集和报警,更应注重对场站设备运行中异常工况的分析、紧急状态下的连锁控制,重要场站中,对于监测仪表还要做到冗余配置,根据需要可设置独立的安全仪表系统。
4 加强施工质量的管控
城镇燃气建设过程中施工质量直接关系到管道的安全可靠性,需加强对施工质量的管控。施工阶段影响城镇燃气管道安全的因素包括:管道焊接、防腐以及管道敷设,其中关键的是管道焊接、防腐质量。
4.1管道焊接质量控制
根据对管道焊接质量引起的管道安全事故分析,钢质管道焊接缺陷主要发生在管道的对接环焊缝、管道金口、变壁厚焊口以及返修焊口位置。焊接缺陷包括有咬边问题、夹渣问题、未熔合问题、未焊透问题、气孔问题、裂纹问题等,出现几率最高的是未熔合、未焊透和气孔。造成未熔合缺陷的主要原因包括:
1)管道坡口加工不规范、管道组对错边量大,焊接电流偏小。
2)焊接速度过快,热输入不够;造成气孔的主要原因是焊接期间风速大,防风措施不够。
为此,需要对这些焊接缺陷采取相应的控制措施。如对于未熔合和未焊透,规范管道坡口的加工、选择合适的焊接电流和焊接速度、控制错别量等。对于气孔缺陷,需要做好焊接时的防风措施、缩短焊接时间、管口预热时降低管道内外的温差等。
在城镇燃气管道项目焊接时,有时借鉴长输管道焊接的相关做法。无论长输管道还是城燃管道,一般要求无损检测不低于Ⅱ级。长输管道无损检测执行《石油天然气钢质管道无损检测》(SY/T4109-2013),城镇燃气执行《无损检测金属管道熔化焊环向对接接头射线照相检测方法》(GB/T12605-2008)和《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》(GB11345-2013)。采用射线检测时,焊缝达到Ⅰ级时,SY/T4109中的焊接要求高于GB/T12605。焊缝级别达到Ⅱ级时,SY/T4109中的焊接要求低于GB/T12605。如SY/T4109允许焊接接头存在未熔合,而GB/T12605则不允许焊接接头存在未熔合。采用超声波检测时,GB11345的Ⅰ级质量要求高于SY/T4109中的Ⅱ级质量要求。显然城燃管道的焊接要求高于长输管道的质量要求,笔者认为,城镇燃气管道焊接施工时,还是应执行适用于城镇燃气的焊接规范。
4.2管道防腐质量控制
燃气管道防腐层失效在施工过程中主要体现在施工时防腐层质量不达标。对于在现场的防腐施工,防腐水平低,会出现防腐层内含气泡、漏点、脱层等问题。对于在工厂完成的防腐,施工过程中防腐层磕碰造成防腐层破损时有发生。有时施工单位对防腐层有问题的管道不加修复就直接埋地敷设,造成管道带病服役,给日后管道的失效带来隐患。另外,施工过程中防腐层检测手段单一、设备落后也是管道防腐存在缺陷的重要原因。
在长输管道的压力管道规范中,对于管道防腐质量要求严格,为避免施工完成后的防腐层破损,特别要求在管沟回填后,还需要做地面音频检漏。相对而言,城燃管道的压力管道技术要求方面,无音频检漏要求。笔者认为,可以借鉴长输管道施工中防腐控制的先进经验,采用新技术、新设备实现对防腐质量的控制。
4.3复杂地区的管道敷设控制
城镇燃气敷设过程中,应重点关注复杂地区管道的敷设,包括:河谷地段、湿陷性黄土地段以及陡坡地段,这些地段施工质量直接影响到管道的运行安全。
1)河谷地段的管道穿越:为保证管顶不受水流冲击和河道疏浚影响,管顶需满足CJJ/T250及GB50423对管顶埋深的要求。CJJ/T250要求管顶至规划河底不小于3m,而GB50423则要求管顶穿越深度不宜小于设计洪水冲刷线或疏浚深度线以下6m。在实际工程建设时,水务部门很难提供河道的疏浚线,有时按照管顶低于现状河底标高不小于6m来敷设,这是不符合规范要求的。应通过计算设计洪水冲刷线来确定管顶标高,洪水冲刷线水深可参考JTG C30—2015《公路工程水文勘测设计规范》(以下简称JTG C30—2015)中推荐的公式进行确定。当计算后洪水冲刷线标高和疏浚深度线标高不低于河床规划标高时,可按照河床规划标高下3 m为水平定向钻穿越管道的最小管顶埋深。否则,需要按照洪水冲刷线标高和疏浚深度线标高下6m确定穿越管顶的标高。
2)湿陷性黄土段:该区域黄土结构疏松且多孔隙,极易引发流水侵蚀,造成管道不均匀沉降。在这类区域施工,要尽量避免大型开挖,破坏原状地形地貌。管道施工应快速施工,避免沟槽长时间暴露,同时尽量减少地表水流入到管沟槽内,从而造成管沟水土流失。
3)山区陡坡地段:对于敷设在山区的燃气管线,需要重点关注管线敷设区域的山体地貌的滑坡和崩塌及泥石流等自然灾害。近几年国内几起输气管道事故,都是由于山体发生泥石流造成管道敷设区域山体边坡失稳,引起管道断裂。这类区域的防治措施一般包括设置支挡、设置排水墙、堵漏和压实坡面等措施,有条件时,建议采取改线绕避方案。
5重视运营期管道的完整性管理
作为管道全生命周期的重要阶段,运营期管道的安全管理更加重要。作为一种新的管理安全管理方法,管道完整性管理自从引入到中国,在油气长输管道行业高质量快速发展。长输管道在运行期管道完整性管理的“6步工作流程”,更是将管道完整性管理的作用发挥到极致。
相对于长输管道,城镇燃气管道处于城市人口密集区,管网更加复杂、所处地区风险更大、受第三方破坏的几率更高、遭各类杂散电流的影响更大,这使得城镇燃气的完整性管理更要有针对性。城镇燃气的管道完整性管理主要侧重以下几个方面:
1)建立数字化的城镇燃气管网信息平台。基于GIS系统的城镇燃气信息管理系统,对城市地下错综复杂的燃气管道及设施基本数据信息进行收集整理,掌握管道材质、防腐类型、敷设方式、管道埋深、布置位置、使用寿命等,为管道的完整性管理提供信息支持。
2)加强对第三方破坏的风险管控。城镇燃气管道难免与其它地下管线并行或交叉布置。在已建的管线附近,容易受第三方施工带来的破坏。与城市相关部门建立沟通机制,收集燃气管道沿线的第三方施工信息,全程参与第三方施工过程,排除第三方破坏风险。
3)监测埋地管道的防腐效果。城镇燃气埋地钢质管道主要采取外防腐联合牺牲阳极的进行外防腐,有时还会受到地下杂散电流干扰。在防腐质量和阴极保护管理方面,存在参差不齐。需要重点对地下钢管的外防腐评价和控制,通过设置在管道沿线设置测试桩,监测管道的阴极保护效果,经评估无法满足要求是,需进行性补充。
4)管体缺陷。受管道施工质量的影响,部分管道在施工过程中,管体损伤、焊接质量缺陷都可能给日后管道的运行带来安全隐患。建议采用先进技术对管道定期进行内监测,必要时开挖验证修补。
6 结论
城镇燃气的安全管理需严格执行《城镇燃气管理条例》的规定,复杂的城镇燃气项目的管理,可以借鉴危险化学品的相关管控措施。城镇燃气设计阶段坚持管道的本质安全理念。施工阶段应重视管道焊接、防腐以及敷设质量的管控。运营阶段对管道实施全寿命周期的管道完整性管理。只有如此,城镇燃气项目的安全风险才能可控。
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