一、前言
　　 由于燃?xì)獾囊兹家妆匦?，管道中燃?xì)庖坏┬孤?，往往會?dǎo)致重大人身傷亡和財產(chǎn)損失，近年來國內(nèi)外已發(fā)生過多起惡性事故，教訓(xùn)深刻。為此，國家建設(shè)部與中國城市燃?xì)鈪f(xié)會在2001年共同組織編制了《城市燃?xì)庑袠I(yè)“十五”技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》，明確要求開展城市燃?xì)夤艿赖目煽啃苑治龊惋L(fēng)險評估研究，建立綜合管理體制，保證在役管道運行的安全可靠。深圳燃?xì)饧瘓F(tuán)積極響應(yīng)，啟動了“城市燃?xì)夤艿腊踩珷顩r評估”課題研究，2002年項目列入國家建設(shè)部年度科研計劃并取得突破性進(jìn)展，在2003年初進(jìn)行的階段成果審定會上，得到有關(guān)專家的充分肯定。此后我們對深圳在役的200公里埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿肋M(jìn)行了系統(tǒng)的安全評估，通過實際檢驗和修正，進(jìn)一步完善了埋地管道安全評估手段和評價標(biāo)準(zhǔn)，使其更符合生產(chǎn)實用的需求，整個項目計劃在2004年底投入試運行。
　　
　　 二、城市燃?xì)夤艿赖奶攸c
　　 Muhlbauer所著《管道風(fēng)險管理手冊》介紹了美國埋地長輸管道安全評估的經(jīng)典方法，其利用海量、完整、可靠的管道建設(shè)運行數(shù)據(jù)庫，歸納出各影響因素的分值。目前，國內(nèi)部分科研機(jī)構(gòu)借鑒其基本思路，請國內(nèi)專家憑各自的主觀感覺填寫調(diào)查表，經(jīng)統(tǒng)計處理確定各影響因素的分值，不與具體工況相聯(lián)系，使用結(jié)果表明其往往與實際情況有較大偏差。究其原因，在于與長輸管道相比，城市燃?xì)夤艿烙忻黠@差別：
　　 1、長輸管道通常為單管，閥門和變徑很少。城市燃?xì)夤艿蓝酁榫W(wǎng)、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，有完備的勘察設(shè)計、施工監(jiān)理、竣工驗收程序，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，設(shè)計、施工和驗收標(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)在郊野，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，改變有時為突變，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)電位異常時即開始整改。國內(nèi)城市燃?xì)夤艿拦芾硐鄬Ρ∪?，日常管理?cè)重于巡線查找漏氣點；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，隱患往往無法及時消除。
　　
　　 三、城市燃?xì)夤艿栏g評價的技術(shù)難題及突破
　　 分析城市燃?xì)夤艿赖慕ㄔO(shè)和運行管理與長輸管道間的差異可知，《管道風(fēng)險管理手冊》中的腐蝕模型不適用于燃?xì)夤艿?，要完整、科學(xué)而精確地對城市燃?xì)夤艿肋M(jìn)行腐蝕評價，就必須建立新的評估模型。我們在與國內(nèi)外管道運營企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、大專院校廣泛交流的基礎(chǔ)上，借鑒國外安全評估的經(jīng)驗，針對城市燃?xì)夤艿赖奶匦砸l(fā)的技術(shù)難題，采用樣本調(diào)查表確定初值、實測數(shù)據(jù)迭代修正、制定檢測評價標(biāo)準(zhǔn)的方法，建立了適合于國內(nèi)城市燃?xì)夤艿赖母g評價體系。

　　1、將管體腐蝕與環(huán)境結(jié)合考慮，綜合評估腐蝕預(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。由于城市燃?xì)夤荏w與環(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情況又直接決定破損處的腐蝕速度。對于防腐結(jié)構(gòu)良好的長輸管道，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，現(xiàn)有一些評估系統(tǒng)都側(cè)重于管體本身，對環(huán)境的影響重視不夠。對于城市燃?xì)夤艿溃栏瘜尤毕莺芏?，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)，管體很快就會發(fā)生穿孔泄漏，而環(huán)境腐蝕性較弱，則可以在很長時間內(nèi)維持正常運行。因此，城市燃?xì)夤艿赖母g預(yù)期評估，必須將管體腐蝕與環(huán)境腐蝕性綜合考慮。
　　 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。因素多達(dá)四十余個，完全測取需要很長時間和巨大投資，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)無謂加大，因而有必要根據(jù)城市燃?xì)夤艿赖木唧w情況，進(jìn)行降維預(yù)處理。我們首先通過聚類分析，依據(jù)12個樣本管段檢測數(shù)據(jù)和開挖情況，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)果表明：影響腐蝕預(yù)期的44個因素在相關(guān)系數(shù)大于0.5的條件下，明顯地聚為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)行主成份分析，以貢獻(xiàn)率作為選擇特征因素的依據(jù)，同時也對44個因素直接進(jìn)行主成分分析，以避免聚類分析可能產(chǎn)生的漏項。最后通過SSPS軟件分析可知，整合出的8個主要因素的特征貢獻(xiàn)率已達(dá)到92.1%。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。主要因素包括防腐層種類、鋼管壁厚、建設(shè)監(jiān)理力度、運行年數(shù)、土壤腐蝕性、管地電位、防腐層電阻率和缺陷線密度。
　　 建設(shè)監(jiān)理力度意在體現(xiàn)管段建設(shè)原始質(zhì)量的參差不齊，取決于建設(shè)單位的實際資質(zhì)、對其所建工程的普遍評價、建設(shè)時期監(jiān)理制度的總體情況、管段竣工資料的完善程度、管段首次腐蝕泄漏時運行時間等。對土壤腐蝕性分級方法，我們充分借鑒國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的原理，在2002年初制訂出適合于安全評估需要的綜合分級體系。對防腐層電阻率分級則消化吸取國外檢測技術(shù)，并實現(xiàn)了與國內(nèi)判據(jù)的有機(jī)銜接。
表1主要影響因素及等級一覽表　　
防腐層種類 鋼管壁厚 建設(shè)監(jiān)理力度 運行年數(shù) 土壤腐蝕性 管地電位 防腐層電阻率 缺陷線密度
夾克 <4.0 極強(qiáng) <1 極強(qiáng) <-850 優(yōu) <5
牛油布 ~5.5 強(qiáng) ~2 強(qiáng) ~-600 良 ~10
環(huán)氧煤 ~7.0 中 ~7 中 ~-400 可 ~20
膠帶 ~8.5 弱 ~15 弱 >-400 差 >20
瀝青 >8.5 >15 劣
　　 我們還通過200多公里的實際檢測數(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)，得到較為符合實際情況的結(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測與驗收技術(shù)規(guī)程》，并實際應(yīng)用于新建燃?xì)夤艿赖目⒐を炇蘸驮谝酃艿赖闹芷跈z測。同時，在生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)平臺上建立起適合城市燃?xì)獾墓艿蕾Y料數(shù)據(jù)庫和外掛評估模塊，為今后動態(tài)評估奠定了堅實的基礎(chǔ)。

　　2、引進(jìn)測試技術(shù)，建立適合城市燃?xì)夤艿婪栏瘜与娮杪实姆旨墭?biāo)準(zhǔn)
　　 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)長輸管道推薦采用選頻變頻法，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)，并有大量實際應(yīng)用案例，國內(nèi)部分燃?xì)馄髽I(yè)的外委評估都采用此法。但對于其跨越三通時(長輸管道上沒有三通)所測數(shù)據(jù)的可靠性，一直沒有定論。此后有國內(nèi)軟件公司在英國雷迪探管儀的基礎(chǔ)上，開發(fā)了PCM軟件，但并沒有得到雷迪公司的認(rèn)可，該方法在國內(nèi)部分城市管道上應(yīng)用情況褒貶不一。因此，對于城市燃?xì)夤艿婪栏瘜与娮杪实臏y試采用選頻變頻，還是雷迪PCM法，一直存在很大爭議。
　　 有人曾在長輸管道進(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炞C。我們在評估工作中，以6條市政路和6個庭院小區(qū)作比較樣本，分別用兩種方法依次測試，隨后進(jìn)行開挖驗證，發(fā)現(xiàn)它們用于城市燃?xì)夤艿蓝加休^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，我們先嘗試改進(jìn)接地極位置以消除三通的影響，但沒有明顯效果。我們又試圖根據(jù)不同情況歸納測試數(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，對外界雜散電流干擾非常敏感，其讀數(shù)重現(xiàn)性較差。
　　 根據(jù)國外資料，我們引進(jìn)美國的C掃描技術(shù)，其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適合的分級標(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，又通過管道運行記錄和13公里樣本管段開挖檢測結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，找出其中的相對關(guān)系，最終確定了與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)銜接并適合城市燃?xì)夤艿婪栏瘜拥姆旨墭?biāo)準(zhǔn)。
表2防腐層電阻率判據(jù)對比表
優(yōu) 良 可 差 劣
C掃描(Ω/m2) >1500000 ~10000 ~2000 ~500 <500
選頻變頻(Ω/m2) >10000 ~5000 ~3000 ~1000 <1000

　　四、經(jīng)驗與體會
　　 1、借鑒現(xiàn)有模型前應(yīng)先進(jìn)行研究對象的內(nèi)在因素分析比對
　　 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，此時僅進(jìn)行參數(shù)值修正即可，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)險管理手冊》介紹的各個模型，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、設(shè)計因素、操作失誤的評估，在這些方面城市燃?xì)夤艿琅c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。
　　 對腐蝕評估模型分析發(fā)現(xiàn)，二者間有本質(zhì)的差別。第一，《管道風(fēng)險管理手冊》中腐蝕評估模型的內(nèi)腐蝕和大氣腐蝕評價占40%，所列內(nèi)防腐措施包括內(nèi)防腐層、緩蝕劑、清管三項，這些措施只可能用于長輸管道，國內(nèi)外所有城市燃?xì)夤艿蓝疾粫捎眠@些措施，也無需考慮大氣腐蝕。第二，《管道風(fēng)險管理手冊》中對于外防腐，其陰極保護(hù)檢測周期和結(jié)果占有遠(yuǎn)超過防腐層的地位，且檢測項目針對外加電流。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，此類數(shù)據(jù)幾近空白，根本無法采集。第三，《管道風(fēng)險管理手冊》中對于管體缺陷，模型推薦采用爬行器檢測，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。第四，《管道風(fēng)險管理手冊》中對于防腐層缺陷，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修復(fù)，國內(nèi)城市燃?xì)夤艿啦坏毕葺^多，且分布很不均勻，是決定管道安全性能的重要指標(biāo)。第五，由于在防腐層無缺陷時土壤腐蝕性影響很小，《管道風(fēng)險管理手冊》中模型所賦分值占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項指標(biāo)分值已超過《管道風(fēng)險管理手冊》中模型總分的50％以上。另外，城市燃?xì)夤芏谓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，我們成立了集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)掛帥的城市燃?xì)夤艿腊踩珷顩r評估課題領(lǐng)導(dǎo)小組，組織管網(wǎng)、客戶服務(wù)、檢測、監(jiān)理、計算機(jī)等部門與有關(guān)高校聯(lián)合攻關(guān)，花費了近3年的時間，投入數(shù)百萬，終于取得了符合燃?xì)夤艿缹嶋H情況的成果。

　　2、引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)要注意配套引進(jìn)并消化其軟件
　　 先進(jìn)的檢測技術(shù)可以提高檢測數(shù)據(jù)的可靠性，進(jìn)而保證模型的科學(xué)性，這是無庸質(zhì)疑的，但引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)必須注意其配套引進(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，但實際效果很不理想。此時我們沒有盲目堅持或輕言放棄，而是及時分析誤差原因并尋找對策。
　　 首先，我們不惜高價，拿出30公里不同類型的管段，聘請美國腐蝕工程師協(xié)會(NACE)的專家直接進(jìn)行現(xiàn)場實測，認(rèn)真分析其操作要領(lǐng)。其次，對美國的防腐層評估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)致分析，明確其制定原理，與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對，尋找其中的內(nèi)在關(guān)系。第三，積極與C掃描設(shè)備生產(chǎn)商聯(lián)系，介紹國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，配合其研制出符合國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)判據(jù)系列的軟件。
　　 為不影響腐蝕預(yù)期評估模型建立進(jìn)度，我們先完全采用美國標(biāo)準(zhǔn)，用防腐層電導(dǎo)率進(jìn)行分級。隨著大量開挖實踐，找出防腐層電導(dǎo)率與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的防腐層電阻率間的換算關(guān)系后，適時將模型參數(shù)轉(zhuǎn)換為防腐層電阻率，最終使C掃描檢測結(jié)果與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)判據(jù)實現(xiàn)了有機(jī)銜接。(安全文化網(wǎng))