1．前言
長春市雙陽區(qū)天然氣工程是91年全面投入運行使用的，長輸管線和市街管網(wǎng)均采用石油瀝青防腐的鋼管焊接，管網(wǎng)總長245公里，其中沿長大公路鋪設的長輸管線15公里，市街中壓管網(wǎng)23公里，市街低壓管網(wǎng)207公里，日高峰輸氣10萬立方米，負責15000戶居民，168家公共福利用戶及4家工業(yè)戶的輸配供氣任務?？墒牵?5年以來，以松泰小區(qū)為先導的管道嚴重腐蝕穿孔和焊口開焊、管線開裂、凍裂現(xiàn)象頻繁發(fā)生，造成夏季管道出現(xiàn)水堵，冬季管線出現(xiàn)凍堵的現(xiàn)象近萬次。水堵、凍堵處理也由98年的1680次上升到99全年6113次，專業(yè)隊伍常年維修以無法保證居民正常用氣，98年以來，城區(qū)天然氣線損最高達到4696，管道的腐蝕速度逐年加快，腐蝕面積是逐漸加大，造成燃氣大量泄漏，由此引發(fā)了多起天然氣窒息，爆燃、爆炸事故，尤為突出的是99年和2000年元月，先后發(fā)生了3起典型的、有影響的爆炸事故。
1．1夏、秋之季管網(wǎng)腐蝕狀況：
94年的夏季，就有20多戶發(fā)現(xiàn)水堵的現(xiàn)象，當時以為是氣體內(nèi)所含的水，經(jīng)公司有關的技術人員利用壓差遞推法將水堵的管段找到，將水排除為止；而到了95年，松泰小區(qū)發(fā)生著火后，才開始引起重視，95年以來，由于地下土壤土質(zhì)密實，水位較高，夏、秋之季低壓管網(wǎng)腐蝕主要表現(xiàn)為管網(wǎng)大量水堵，幾年來，我們在夏秋之季投入了大量的人力、物力、財力，利用壓差遞推法排水；鉆孔測漏法尋找漏點近600余起，排除了一些隱患。
1．2冬、春之季的管網(wǎng)腐蝕狀況
管網(wǎng)腐蝕在冬季和春季主要表現(xiàn)在管道凍堵的同時，泄漏天然氣沿地下裂縫向地面、向暖氣溝、下水道等具有一定的空間滲漏。遇明火或靜電引燃或引爆。94年以來發(fā)生了如下典型的管網(wǎng)腐蝕現(xiàn)象：
(1)94年冬季至95年春季，松泰小區(qū)3.1公里的中、低壓室外燃氣管網(wǎng)，大面積腐蝕，經(jīng)對啟出的1日鋼管統(tǒng)計，有176個圓形小孔。泄漏的燃氣串入一居民家，遇明火引燃；一中壓管線燃氣泄漏，串入沿線的3個飯店的室外臺階，一顧客煙頭引燃，造成三個飯店門前一片火海,95年，山河路一低壓管線腐蝕穿孔，串入100米外的一居民家中起火，燒毀少量財產(chǎn)。
(2)96年冬，區(qū)醫(yī)院西側(cè)，有一低壓管線腐蝕穿孔，串入一平房居民家的炕洞內(nèi)造成爆炸，將一老者從炕上掀到窗外，造成輕度受傷,97年春天，另有造紙廠南側(cè)的一15米中壓燃氣管線腐蝕泄漏，串入一居民樓的下水，遇居民明火點燃，一居民遭驚嚇。
(3)97年春節(jié)，區(qū)醫(yī)院西側(cè)一中壓燃氣管線腐蝕穿孔，泄漏燃氣串入120米外的一平房小賣部的煤爐底下，被居民點火引燃；98年冬季，禹山路一低壓主干線腐蝕泄漏，串入城市下水，沿城市下水進入一居民的室內(nèi)，一孕婦點燃煤爐時引爆了天然氣，造成民房爆裂，孕婦重度燒傷，一老者輕傷。
(4)自95年到2000年之間，有32起管網(wǎng)腐蝕泄漏串入居民樓的暖氣溝、下水道內(nèi)被巡線員發(fā)現(xiàn)，采取了打開暖氣溝、下水道的檢查井進行放散、并強制通風，控制明火和靜電，同時確定來氣方向，再利用鉆孔測漏法查找漏點，消滅了32起重大事故隱患。
(5)99年12月至2000年1月20日期間，先后連續(xù)發(fā)生了三起爆炸事故。
a)99年12月25日商貿(mào)城南側(cè)一居民樓發(fā)生爆炸。此次爆炸是因為用戶用氣不當造成漏氣，當用戶發(fā)現(xiàn)后，將滿屋的天然氣放散到樓道內(nèi)，認為安全后，點燃灶具引爆廚房及樓道內(nèi)達到爆炸極限的天然氣，將四層居民樓的一個單元整體爆裂，最后變?yōu)閺U墟。同時造成一人重度燒傷，一兒童腦顱骨骨折和一行人頜骨骨折；
b)2000年1月6日區(qū)賓館門前18米處，有一16米的φ219 中壓管段發(fā)生電化學腐蝕穿孔48個，泄漏的燃氣沿著區(qū)賓館前平臺的石頭縫隙串入地基，又沿著地基串入賓館的暖氣溝，一廚師吸煙點火引爆從地溝檢查口滲漏上來的天然氣，造成整個暖氣溝被炸開；一至頂層門窗玻璃被震碎；一人重度燒傷；由于賓館當天全員放假，只有一名旅客住宿而被驚嚇。
c)2001年1月9日一低壓管線腐蝕泄漏，串入氣象局鍋爐房的配電室，一鍋爐工啟動電器開關時引爆，造成整個鍋爐房門窗被毀，一人輕度燒傷。
2．分析鋼管腐蝕的原因
針對以上事故的發(fā)生，根據(jù)鋼管所處土壤環(huán)境，結(jié)合鋼管腐蝕的基本原理，做如下分析：
2．1鋼管腐蝕機理
2．1．1化學腐蝕：是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學作用而引起的破壞。也就是說金屬直接和介質(zhì)接觸引起的金屬離子的溶解過程，在金屬表面均勻發(fā)生，腐蝕速度緩慢。鋼鐵在空氣中或土壤里的腐蝕就屬于這種情況。但很少見，幾乎與電化學腐蝕同時發(fā)生。
2．1．2電化學腐蝕：是指金屬表面與離子導電的介質(zhì)(電解質(zhì)溶液)發(fā)生電化學作用而產(chǎn)生的破壞。也就是金屬和電解質(zhì)組成原電池所發(fā)生的金屬電解過程。任何一處按電化學機理進行的腐蝕反應至少包含一個陽極反應和一個陰極反應，并以流過金屬內(nèi)部的電子流和介質(zhì)中的離子流聯(lián)系在一起。陽極反應，是金屬離子從金屬轉(zhuǎn)移到介質(zhì)中和放出電子的過程，陰極反應則是介質(zhì)中氧化劑組分吸收來自陽極的電子還原過程。金屬與電解質(zhì)之間存在一個帶電的界面，與此界面有關的因素都會影響腐蝕過程的進行。其實質(zhì)是浸在電解質(zhì)溶液中的金屬表面上形成了以金屬為陽極的腐蝕電池。包括異金屬接觸產(chǎn)生的腐蝕原電池、鋼管本身成分含量復雜產(chǎn)生的原電池、氧濃差產(chǎn)生腐蝕原電池、鹽濃差腐蝕原電池和直流雜散電流腐蝕、交流雜散電流腐蝕。
2．1．3細菌腐蝕:細菌對鋼鐵的腐蝕機理較為復雜，但主要在一些土壤中有以下三種細菌參加腐蝕過程：硫酸鹽還原菌、硫氧化菌、鐵菌三種。
2．2結(jié)合實際分析腐蝕原因
2．2．1鋼管鋪設條件及管道所處環(huán)境
(1)90年施工建設期間，施工部門多，經(jīng)驗少，工期短，速度快，采用石油瀝青防腐，由于工程指揮部管理不到位，造成防腐質(zhì)量極差。
(2)90年雙陽正逢50年不遇的大水，施工人員管理混亂，有的作好的防腐在下管時被破壞了，有極個別的還沒來得及作防腐受洪水的制約就被埋在溝里了。70％以上的管道基礎均遭水浸泡而受到破壞，進而，使運行的管道產(chǎn)生不均勻沉降。引起焊口開焊。
(3)管材的用量大而急，供應廠家不固定，使每批的管材材質(zhì)含量不盡統(tǒng)一。
(4)雙陽的土壤多以煤灰渣為主，且水位高，經(jīng)有關部門測定PH值均在7、5—9、5之間，而且有一部分管道是在沼澤地中通過的。
(5)各種用電設備接地導線、高壓變電接地、各種避雷接地雜亂分布；三線一地、二線一地的接地未經(jīng)任何處理直埋地下隨處可見，象松泰小區(qū)、泰山路、長青路等高壓輸電線路和燃氣管道平行鋪設近4處約500米。
2．2．2管道腐蝕原因
從管道腐蝕現(xiàn)象看，大多數(shù)是集中穿孔腐蝕，也有一少部分是均勻腐蝕。結(jié)合腐蝕機理，不難看出電化學腐蝕是雙陽管網(wǎng)腐蝕的主要原因，純化學腐蝕和細菌腐蝕也不同程度地存在。
(1)直流雜散電流腐蝕是雙陽區(qū)管網(wǎng)腐蝕的主要原因直流雜散電流腐蝕主要是由于各種車輛產(chǎn)生的靜電，各種用電設備接地導線、高壓變電接地、各種避雷接地、三線一地、二線一地的接地所產(chǎn)生地下電子流通過燃氣管道形成回路系統(tǒng)，通常電子流從土壤進入燃氣管道的地方帶有負電，稱陰極區(qū)，若陰極區(qū)的電位過負時，管道表面上析出大量的氫，造成防腐絕緣層老化、剝落。當電子流由管道的某一絕緣層損壞處流出時，管道帶有正電，這一區(qū)域稱陽極區(qū)，處于陽極區(qū)的管道，鋼管以鐵離子的形式溶于周圍介質(zhì)中，形成集中穿孔。如松泰小區(qū)三項四線制接地導線8處，避雷接地導線9處地下電纜縱橫5根穿過，兩線一地制接地線3處，電流達幾十安培，有關資料表明雷電的瞬間電壓可達300—500千伏，電流可達200千安以上，而實踐證明在10千伏電壓下，350安電流作用1秒鐘后，壁厚6毫米管線將被擊穿。松泰小區(qū)顯然是直流雜散電流的腐蝕。而雙陽區(qū)80％管網(wǎng)腐蝕也屬于這種情況。
(2)交流雜散電流是雙陽區(qū)管網(wǎng)腐蝕的又一主要原因當管道接近或長距離平行于電力線時，高壓電力線將在附近埋地鋼管上感應產(chǎn)生二次交流電，出現(xiàn)很高的感應電壓，管道周圍土壤間產(chǎn)生可達幾伏或幾十伏的電位差。從而，形成腐蝕原電池。交流雜散電流的腐蝕比直流雜散電流腐蝕速度快，更易形成小孔腐蝕。如松泰小區(qū)、泰山路、長青路等5處的燃氣管道的集中穿孔腐蝕就是交流雜散電流的腐蝕。
(3)異金屬接觸產(chǎn)生的腐蝕原電池、鋼管本身成分含量復雜產(chǎn)生的原電池、氧濃差產(chǎn)生腐蝕原電池、鹽濃差腐蝕原電池也不同程度的存在。
(4)細菌腐蝕的存在可能性很小，即使存在也和其他腐蝕同時發(fā)生。
3、分三個階段徹底解決管道腐蝕問題
第一階段——強化管理階段(94—95年)
(1)94年引進并對比使用新型防腐材料環(huán)氧煤瀝青防腐、聚乙烯膠帶防腐，雖然減少了新輔設鋼管的腐蝕程度，但原有地埋鋼管從根本上沒有解決問題。
(2)加強管網(wǎng)的安全巡檢工作，全面系統(tǒng)地掌握全區(qū)暖氣溝和下水道的走向和位置，對全區(qū)的暖氣溝、下水道進行24小時定點監(jiān)測，同時對確保冬季的安全輸氣，實行一天一碰頭，一周一總結(jié)，發(fā)現(xiàn)問題，全員出擊。同時又制定了事故處理辦法和巡線員管理辦法等各項安全管理規(guī)定，并經(jīng)職代會討論批準。對管網(wǎng)實施嚴格的監(jiān)控，兩年間發(fā)現(xiàn)并處理了30多起隱患。
(3)雙陽區(qū)的實際情況，編寫、制定設計、施工及驗收規(guī)范，對每年的工程施工現(xiàn)場實施規(guī)范化管理(如對鋼管的外防腐實行100％的電火花檢測等)，加強職工操作技能的培訓。全面提高新建工程質(zhì)量。
(4)針對管網(wǎng)的電化學腐蝕，曾經(jīng)考慮犧牲陽極法或排流法來保護燃氣鋼管。如采用犧牲陽極法，在電阻率特別大的雙陽，由于犧牲陽極的負電位不能人為地自由調(diào)整，其保護性能不理想，電位太低，管線得不到保護，電位太高則管線容易大量析氫。對管線不利。且陽極消耗太快，造價太高：如采用外加電流法，由于市街管網(wǎng)多呈枝狀，致使整個管網(wǎng)對地電阻特別低，恒電位儀輸出過大，無法工作。如加絕緣法蘭，工程量過大，且又難以確定排流方向。地下地上電力線路電流干擾，恒電位儀不能正常工作等被論證均不能采用。
第二階段——PE管引進局部試點階段(95年—98年)
(1)為了徹底消除管網(wǎng)腐蝕所帶來的危害，杜絕燃氣泄漏發(fā)生，95年針對首先發(fā)現(xiàn)的松泰小區(qū)管網(wǎng)大量腐蝕穿孔這一狀況，我們先后考察、引進了PE管應用新技術，并試鋪設了D32—D110的SDRllPE管2.8公里，填補了吉林省使用PE管的空白，成為省內(nèi)第一家應用PE管的燃氣單位。
(2)通過對松泰小區(qū)管網(wǎng)的成功改造，積累了經(jīng)驗，同時規(guī)定對全區(qū)的新建、改建的小區(qū)燃氣配套工程建設，室外燃氣管線完全采用PE管進行鋪設。
(3)用PE管改造了15.5公里的長輸管線
98年5月《采用PE管對雙陽區(qū)城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)改造的項目》被市政府批準。98年10月配合長雙公路擴建工程的實際需要，結(jié)合管網(wǎng)腐蝕現(xiàn)狀，15.5KM的長輸管線改造有了機遇，由市交通局出資，以PE管(SDRl7.6)替代輸氣壓力不超過0.2MPa的鋼管，將原有沿長雙公路鋪設的長輸管線遷移至大地中，于98年10月1日開始，經(jīng)過25天的全員參戰(zhàn)，集設計、放線、焊接、開溝、氣密、吹掃、置換一條龍式直徑DN200mm，穿越5條河流，11條支干道的長輸管線一次性改造成功。開創(chuàng)了采用SDRl7.6的PE管用于鋪設長輸管線的先例。
a)前期工程采用工程兩同步，既提前過河和提前預制、安裝凝水缸同步走；提前設計、放線和提前過路，鋪設套管同步走。后期工程采用現(xiàn)場施工兩同時，即焊接同時在挖溝；下管同時在測坡。
b)過河完全采用φ426鋼制套管，采用圍堰法，對套管外現(xiàn)場澆筑混凝土配重塊，在工程全面開工的同時，對沿途5條河流提前預制，提前恢復通水，c)全程管線隨自然地形確定標高，管頂埋設深度不得小于自然地面下—1.6米。
d)全程根據(jù)地形地貌加設了10個凝水缸，凝水缸采用鋼制外加石油瀝青防腐和聚乙烯冷纏膠帶聯(lián)合防腐，并能滿足通球需要；和PE管的連接采用尼龍防腐的法蘭對接。
第三階段——全面改造階段(1998年—2001年)
使用PE管對松泰小區(qū)和長輸管線成功改造后，由于1999年12月25日—2000年1月9日的15天里，先后發(fā)生了三起爆炸事故，也恰是全國各地事故頻發(fā)的前后，引起了長春市政府的高度重視，由政府承保貸款2000萬元，對雙陽區(qū)市街燃氣管網(wǎng)進行改造。并于2000年4月對245公里的市街管網(wǎng)進行全部更換。
(1)材料的選取：是確定新鋪設的管網(wǎng)壽命的關鍵我國PE管的生產(chǎn)，已經(jīng)完全是國產(chǎn)化了，生產(chǎn)廠家也由95年原來的幾家公司發(fā)展到現(xiàn)在的山東、河北、黑龍江、上海等十幾家，但原料還是立足于國外進口的PE80級，主要有比利時的FINA公司3802B、3802Y；比利時蘇威集團SOLVAY GROUP的TUBl31、132、171、172；英國的BP公司的KIGIDEX-40R191；丹麥北歐化工集團2421、2418；和美國的菲利浦公司TR418、480；以及西德的HOECHSTC GM-5010H等。國內(nèi)有淄博歐齊、青島凱星、山東文登等地生產(chǎn)。我們本著就地就近、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)的原則選擇了哈爾濱中興的北歐化工集團2421料和長春高祥的蘇威集團SOLVAY TUBl72料；管件采用了寧波宇華公司生產(chǎn)的管件。并派技術人員進廠監(jiān)造。合格發(fā)貨。
(2)改造方案：
a)怎樣保證對居民不停氣的前提下，鋪設PE管道，是確定管網(wǎng)改造方案的中心。按照規(guī)范，根據(jù)現(xiàn)實用氣情況，結(jié)合長遠規(guī)劃，對雙陽區(qū)市街管網(wǎng)從新設計，在不影響居民供氣的前提下，分區(qū)、分塊，從未斷向始斷進行施工，總的原則是：按設計圖紙進行放線；按線、按圖布管焊接；溝上分段打壓和區(qū)塊打壓；開溝處理局部障礙，切斷PE管溝下焊接；檢定特殊焊口，實施溝下聯(lián)網(wǎng)打壓；外網(wǎng)做完，留下進戶。最后帶氣接口，置換通氣。合格后再接入戶管。
b)怎樣處理溝上連網(wǎng)的管線和原有管網(wǎng)的管線交叉，是一必須解決的難題。當溝上焊完燃氣管線，在開溝遇到其他管道時，將燃氣管割斷，實施溝下焊接，對該焊口進行特殊標記，待連網(wǎng)打壓時特殊檢定。
c)改造后的管網(wǎng)唯一存在的一段入戶鋼管的防護是又一個關鍵的問題。庭院管線一般要求距建筑物基礎2米內(nèi)不得有焊口，用無縫鋼管一次性預制煨成，并完全采用環(huán)氧煤瀝青防腐，并進行100％的電火花檢測；進戶管線采用室外鋼管進戶，外加聚氨脂保溫層保溫。
d)方案確定后，嚴密的組織機構(gòu)是方案實施的保證。建立了一整套的技術、質(zhì)量監(jiān)督組織。公司成立了指揮部，組建了質(zhì)檢組，技術組。完全由自己的安裝公司施工，每個施工隊配備一名隊長、一名施工員、一名質(zhì)檢員、一名土方管理員，實行施工組織、施工記錄、施工質(zhì)量、竣工圖責任到人、終生負責、層層包保，簽定合同，存檔備查。
(3)帶氣焊接：在保證不影響居民供氣的前提下，新舊管網(wǎng)的臨時帶氣接口和P置管的帶氣接口是整個管網(wǎng)改造的一個關鍵。
考慮傳統(tǒng)的帶氣焊接方法外(盲板法、微正壓法、惰性氣體置換法、空氣置換法、傳統(tǒng)阻氣球法、用黃粘油和化石粉砌墻法、利用高壓氮氣混入法)有諸多不安全因素，所以，我們確定小于100mm的低壓鋼管焊接采用微正壓焊接法；大于100mm的低壓或中壓鋼管焊接，采用阻氣球法和混入法的綜合法。也就是在將要開口的管段上焊一個特制的絲扣短管，然后用鉆孔機根據(jù)普通的阻氣球或?qū)蚴侥蛪鹤铓馇虻膶Ч苤睆姐@孔，再利用阻氣球?qū)飧魯啵瑫r，在將要開口的管段的兩側(cè)各焊一個短絲，并鉆孔，一個作為氮氣置換的入口，另一個作為氮氣置換的出口，將阻氣球隔斷的管段進行小范圍的置換，進而改線、焊接。最后將一種特制鋼制絲扣盲堵擰在各鉆孔的短絲上，再進行焊接。大口徑的就使用96年由上海煤氣公司開發(fā)設計的，由蘇州橡膠四廠生產(chǎn)的導向式耐壓阻氣球，小口徑低壓的就使用普通的阻氣球；而PE管的帶氣接口，完全采用溝下電熔套筒的帶氣電熔焊接。其結(jié)果都安全可靠，30余起帶氣焊接無一問題出現(xiàn)。
(4)置換方案：置換是整個管網(wǎng)改造的又一關鍵環(huán)節(jié)為了確保管網(wǎng)置換的安全，我們對改造完的小區(qū)，采取完成一個小區(qū)的焊接、打壓、下管、回填，人力就集中一次，并分成若干組，一組配備一名巡線員、一名通訊員、2名安裝人員，分戶到組，集中利用一天的時間，先拆舊管網(wǎng)的進戶并封堵，后接新管網(wǎng)的進戶，再組織人員進行置換，置換時，根據(jù)管網(wǎng)的分布情況，確定主、次；遠、近放散點，各組再對各個進戶三通進行放散置換，并由12名巡線員攜帶檢測儀分片測試，測試燃氣濃度達到60％時為合格。即停止放散置換。
按照以上幾個要點，于2000年12月6日，歷時230天，安全順利地完成了245公里的中、低壓市街管網(wǎng)的改造。到2001年3月末，無一事故發(fā)生，管網(wǎng)運行正常。
4、結(jié)論：
以PE管取替燃氣鋼管，作為解決埋地鋼管腐蝕的對策，尤其是解決電化學腐蝕，是最佳選擇。
