对一起直埋钢套钢蒸汽管道爆管事故的探讨

徐 勇

沈阳特种设备检测研究院  辽宁沈阳 110035

摘要：直埋钢套钢蒸汽管道已有十几年的普及和应用，在国家的城镇建设和节能环保战略中，发挥着重要作用，但随着使用年限的增加，直埋钢套钢结构形式的蒸汽管道在使用中也暴露出了使用安全问题。本文通过对一起直埋钢套钢蒸汽管道爆管事故的探讨与分析，分析发生爆管事故的原因，给出了影响直埋钢套钢蒸汽管道防水的主要原因，并对直埋钢套钢结构的蒸汽管道在定期检验中存在的主要难点进行了探讨。

关键词：直埋；钢套钢；蒸汽管道；防水；定期检验

1．引言

钢套钢蒸汽管道，由于其特有保温结构优势，在近十年来的城市供热管网中得到了迅猛发展，在使用过程中其也存在一些需要克服的问题。本文通过对直埋钢套钢蒸汽管道事故，分析“套管”结构的埋地管道腐蚀失效原因及腐蚀防护措施。

2．直埋钢套钢蒸汽管道特殊的腐蚀环境

直埋钢套钢保温蒸汽管道其结构型式一般包括：工作管、保温层和外护管。该管道结构具有强度高、密封性好的特点，对解决保温、防水、抗渗优势显著。外护管除以承受动、静荷载外，并承担着密封、防水、抗渗、防腐任务。当金属管道埋入地下，就面临土壤环境的腐蚀，腐蚀严重降低了管道的剩余强度和承载能力。目前埋地金属管道的防腐技术主要是防腐层结合阴极保护联合措施，此技术措施在直埋钢套钢蒸汽管道也得到应用，但仅仅解决了外护管的防腐蚀问题。

而对于钢套管内的工作管在既无外防腐层，又无阴极保护措施的条件下，当管道在制造、安装和运行过程等某些环节的疏忽，外护管所承担的密封、防水、抗渗、防腐功能失效,都将使外护内的工作管外表面,面临着潮湿的腐蚀环境，将严重影响管道的安全运行。

电化学腐蚀是指金属和电解质发生电化学作用而引起的金属损耗，电化学腐蚀包括阳极反应和阴极反应，并伴有电流产生。水是产生电化学腐蚀的媒介，当金属

表面材料有缺欠的部位成为腐蚀减薄的重灾区，即阳极区。

采用阴极保护可以防止环境介质的电化学腐蚀，即极化作用可以缓解工作管的腐蚀程度［1］，将金属进行阴极极化以减小或防止工作管金属腐蚀的有效措施之一。

3．直埋钢套钢蒸汽管道防腐结构存在的问题

防腐涂层是防止埋地敷设的金属管道金属腐蚀的有效措施，但工作管外表面是在无防腐涂层保护条件下所面临的腐蚀环境，其腐蚀程度完全取决于环境条件，在工程实践中不难发现保温层下金属管件的局部腐蚀现象，严重的局部金属腐蚀现象所导致的设备失效也并不鲜见，其原因是在保温层与金属管之间长期构成潮湿的腐蚀环境。如能保持持续干燥的环境是可以防止套管内工作管金属的腐蚀，但影响工作管外表面的干燥的环境往往又难以得到有效的保证。如保温层材料及工作管的本身的干燥程度、管件储运过程的防雨和防水控制及在运行期间维护等等因素的影响。因此，套管内构成了区域内的潮湿腐蚀环境。

如前所述,对于埋地金属管道采用覆盖层与阴极保护的防腐技术是防止埋地金属管道腐蚀的重要技术手段。防腐涂层使将裸露的金属与介质隔离开，再辅以阴极保护技术，将管道金属进行阴极极化，防止或降低管道金属的腐蚀。由于钢套钢外护管的屏蔽作用，使得阴极保护技术对工作管难以发挥阴极保护作用，在套管内构成复杂的腐蚀环境的同时，工作管又得不到有效的阴极保护，工作管成为阴极保护的盲区。

4．安装施工过程中存在的问题

在安装环节中，外护管接口的焊接结构一般大多采取搭接的焊接结构，使用性能远不如对接的焊接结构。如果外护管严密性试验再不能严格执行，在管道运行过程中难以保证外护管的防水抗渗功能。

5．爆管事故分析

5.1爆管现场情况概述

某企业的直埋钢套钢蒸汽管道在运行的过程中发生爆管事故，发生本次事故的主破口为直埋钢套钢的工作管，破口位于工作管的底部，如图1所示。

                                                        

图1 工作管破口

在爆管工作管的外表面发现严重局部腐蚀，而对应内表面未发现异常。

该管道为2005年安装并投入运行，工作介质为过热蒸汽，季节性间歇使用。线路用管为预制钢套钢保温蒸汽管，工作管和外护管均为Q235B螺旋缝埋弧焊管，管材规格分别为φ478×7.0/φ920×10.0，管道技术参数为：设计压力：1.60MPa；设计温度：300℃；工作压力：0.95MPa； 工作温度：240℃；管道设计埋深：1.2米。

5.2宏观检查

对发生事故的管段宏观检查，发现工作管的局部腐蚀严重(纵向800mm，环向270mm)，从断口处判断呈韧性断裂。

工作管壁厚是由管道环向的中部至底部呈现逐渐减薄，在底部最大减薄处的剩余壁厚仅为1.95mm，壁厚减薄量达5.05mm。

5.3工作管化学成分分析

化学成分分析结果，工作管材料符合GB/9711.1-1999规定。

5.4工作管硬度测定

进行硬度测定，HB在117～133之间，可简单判断在该区间材料机械性能良好，未见管体材料劣化现象。

5.5壁厚校验

按GB50316(公式6.2.1-1)进行壁厚校验：

经计算ts=2.65mm，ts＞1.95mm。

从上述分析可知，因工作管外表面严重的局部腐蚀致管道壁厚减薄，工作管的承载能力下降，最终造成蒸汽管道爆管事故的发生。

6、直埋钢套钢蒸汽管道的检验检测

为确保蒸汽管道始终处于安全可靠的受控工作状态，减少或防止事故的发生，对埋地蒸汽管道进行定期检验，是经济性和安全性重要技术手段。2014 年1 月1日颁布实施的《特种设备安全法》对保障压力管道的安全运行，防止和减少事故的发生起到积极的推动作用。

埋地金属管道防腐层的损伤是判断埋地金属管道受腐蚀环境影响的程度，直接反映管道可能被腐蚀破坏的程度，可通过专用检测仪器设备在非地面开挖的前提下检测管道防腐层的完整情况，是埋地管道定期检验中的主要的检测手段［4］。该方法只适用于钢套钢蒸汽管道的外护管的检验检测。工作管未施加阴极保护电，无法进行电位检测， 因此无法估算工作管的腐蚀程度。

试验方法的耐压试验，对管道具有一定破坏，同时涉及试验过程中的安全问题。     

目前采用超声导波检测技术在部分套管油气管道的检测中得到有效尝试，可能是未来直埋钢套钢蒸汽管道在检测的有效技术手段。

7．结束语

近年来埋地管道的安全运行状况越来越得到广泛的社会关注，城镇地下管网纵横交错，管道事故时有发生，对城市公共安全构成重大的隐患。管道的安全运行是一个复杂的系统工程，通过不断识别风险因素及时采取措施，保障管道经济合理的安全运行，为保证直埋钢套钢蒸汽管道的安全运行，现提出以下建议：

5.1在工作管外表面采用耐高温防腐涂层措施，防止工作管的金属与保温层直接接触；

5.2 工作管采取单独的阴极保护措施；

5.3加强外护管的接口焊接及检测要求，如规定接口应采取全焊透的对接焊工艺；

5.4重视外护管的严密性试验，必要时可考虑采用其它敏感气体进行严密性试验。

参考文献

［1］胡士信主编.《阴极保护工程手册》.北京.化学工业出版社 .2000

［2］CJJ104-2005《城镇供热直埋蒸汽管道技术规程》.北京.中华人民共和国建设部.2005；

［3］GB50316-2000《工业金属管道设计规范》.北京.国家质量技术监督局、中华人民共和国建设部.2008版；

［4］TSG D7004-2010 《压力管道定期检验规则—公用管道》.北京.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.2010；