天然气管道失效分析与防范对策

0 前言

天然气是全球能源供应的重要组成部分，作为清洁且低碳的能源形式，天然气的需求持续增长，尤其是在工业和民用领域的广泛应用，但是天然气的运输依赖于庞大而复杂的管道系统，管道的安全运行对于保障能源供应及保护环境具有至关重要的作用。天然气管道一旦发生失效，不仅会造成气体泄漏和环境污染，还可能引发火灾和爆炸等严重事故，给人民生命财产安全和生态环境带来巨大的风险[1]。天然气管道失效通常由多种因素引起，尤其是在一些高压高温和复杂地质环境下，管道失效的风险更高，失效后的修复和应急处理过程也极为复杂，给能源供应和社会稳定带来严重威胁。针对该问题，本次研究将对天然气管道失效的防范措施进行深入分析和研究，为保障能源安全和提高管道系统可靠性奠定基础。

1 天然气管道失效原因分析

1.1 第三方施工

由于城市基础设施建设日益密集，管道周围的施工活动频繁进行，增加了管道受损的风险，信息不对称是主要问题，许多施工单位在作业前未能获取完整的地下管网分布图，或者图纸与实际情况存在偏差，导致在挖掘过程中意外损坏管道。施工方缺乏专业知识和安全意识，未按规定进行施工前的管道定位和防护措施，特别是在使用大型机械设备时，容易对埋地管道造成直接撞击或压力损伤[2]。部分施工项目未经相关部门审批就擅自开工，缺乏专业人员现场监督，导致违规操作频发，同时，管道保护带内违章建筑和临时设施增多，加重了管道外部负荷，影响其结构稳定性。

1.2 腐蚀

腐蚀指的是材料与环境介质之间的电化学或化学反应导致管材性能降低和结构损伤，外部腐蚀主要发生在管道外壁与土壤或水接触的区域，受土壤含水量和微生物活性等因素影响[3]。特别是在土壤电阻率低的地区或地下水位高的区域，管道外表面易形成阳极区和阴极区，构成原电池结构，加速金属溶解。内部腐蚀则主要由天然气中的杂质导致，这些成分与钢铁管材接触形成酸性环境，产生均匀腐蚀或应力腐蚀开裂。特别是在管道运行压力波动较大的区域，腐蚀与机械应力耦合作用，容易导致应力腐蚀开裂，形成高危险性的环向裂纹。

1.3 材料、施工、焊接、安装缺陷

在材料方面，管材质量不达标是首要问题，导致管道局部性能下降，部分低质量管材存在冶金缺陷，在高压环境下成为应力集中源，诱发裂纹扩展。施工方面，不规范的施工操作导致管道变形和损伤，尤其是在运输和下沟过程中未采取有效保护措施，造成管体凹陷或划伤。焊接缺陷是管道失效的高发因素，主要包括未焊透哄人裂纹等，这些缺陷在管道承受内压和温度变化时容易扩展，形成泄漏通道。安装环节，管道连接不当以及阀门和三通等附件安装位置不合理，进而产生额外应力集中，均可能成为失效隐患。

1.4 违规操作或管理不当

管道安全管理体系不健全是深层次原因，部分企业安全责任制不明确，缺乏专业的管道完整性管理团队，导致风险识别和评估不到位。应急预案形同虚设，未进行有效的演练和更新，在紧急情况下无法有效应对。违规占压管道保护区域也是重要隐患，由于监管不力，管道保护区内出现违章建筑和深基坑等，改变了管道原有的应力状态，增加了外部荷载，进而埋下重大安全隐患。

2 天然气管道失效风险防范对策

2.1 提高设计质量

提高设计质量是防范天然气管道失效风险的基础性工作，在开展管道设计的过程中应加强前期勘察工作，全面收集沿线地质和气象等环境数据，科学评估可能面临的自然灾害风险，合理确定管道路由，避开地质灾害多发区及环境敏感区。应采用先进的管道设计理念和方法，使设计阶段即考虑全生命周期的安全风险控制。材料选择应综合考虑运行压力和土壤腐蚀性等因素，选用高强度和抗应力腐蚀的管材，并设计合理的安全系数。设计阶段应注重关键节点和特殊区段的处理方案，采用增加壁厚和设置套管等特殊保护措施。

2.2 加强施工管理

需要严格进行施工队伍资质审核，选择具备专业资质和丰富经验的施工单位，建立施工人员准入机制，确保关键岗位人员持证上岗。完善施工技术交底，对关键工序制定详细的作业指导书，明确质量标准和检测方法，施工前应组织专业培训，确保人员熟悉管道施工规范和安全操作要求，提高技术素养和安全意识。在施工过程中，应建立多层次的质量监督体系，配备专职质量检查员和第三方监理，对每道工序进行严格把关。关键工序应采用先进的无损检测技术，确保及时发现并处理施工缺陷，材料进场应严格查验质量证明文件，必要时进行抽样复检，杜绝不合格材料使用。

2.3 强化运行维护

需要建立科学的巡检制度，根据管道的重要性和风险等级，确定合理的巡检频次和内容，对高后果区和特殊地段加密巡检。采用多种巡检方式相结合，全面发现管道沿线的异常情况，应实施预防性维护策略，制定基于风险的检测计划，根据管道失效概率和可能后果，合理安排智能清管检测和泄漏检测等工作。监测系统建设至关重要，应部署先进的 SCADA 系统，实时监控管道压力和温度等运行参数，设置越限报警功能，及时发现异常。在关键节点安装泄漏检测装置，提高泄漏早期发现能力，阴极保护系统应定期检测和维护，确保保护电位符合标准要求，防止外部腐蚀。

2.4 推行天然气管道完整性管理

需要建立完整性管理组织架构，明确各级人员责任，成立跨部门的完整性管理团队，由高层管理者直接领导，确保资源投入和执行力度。全面收集管道基础数据，建立数字化管道信息系统，为风险评估提供数据支撑。基于管道信息，应划分管段并识别高后果区，根据管道沿线人口密度和环境敏感性等因素，确定不同区段的风险等级，实施差异化管理策略。完整性管理的核心是风险评估，应采用定量风险评估方法，综合考虑失效概率和后果，识别主要威胁因素和高风险区段，针对风险评估结果，制定相应的完整性评估计划，评估管道的实际状况。

3 结论

综上所述，随着天然气管道的使用年限增加，管道腐蚀和裂纹等老化问题逐渐显现，这些问题往往是管道失效的根源，随着管道规模的不断扩大和复杂度的增加，传统的管理模式可能满足管道安全管理的要求，因此，需要识别管道运行过程中可能存在的问题，进而减少因腐蚀、第三方施工、管道管理等导致的失效，延长管道的使用寿命，降低运行风险。

参考文献

[1]马玉宝.天然气管道高后果区第三方施工破坏风险分析及控制对策[J].石油工业技术监督,2020,36(06):55-58.

[2]王婷,王新,李在蓉,等.国内外长输油气管道失效对比[J].油气储 运,2017,36(11):1258-1264.

[3]刘国志,彭英伟,伍东,等.天然气管道失效分析与防范对策[J].安全与环境工程,2012,19(03):100-104.