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埋地管道作为燃气的传输载体,已经成为城市不可或缺的基础设施之一。现有的城市埋地钢质燃气管道尤其是主干管基本上都是钢质管道。大量的钢质管道埋于地下,长期受到周围土壤介质、杂散电流的腐蚀以及各种微生物的侵蚀,产生的管道腐蚀、穿孔、泄漏现象屡见不鲜。由于燃气管道通常处于人口较密集的城镇中心区,一旦发生火灾、爆炸、窒息等安全事故,除了给国家和企业带来巨大的经济损失外,还直接威胁着城镇居民生命财产安全,造成环境污染等严重后果。目前,城市埋地管网的外腐蚀综合评价、寿命预测等关键技术已被列为“十一·五”国家科技支撑计划项目重点研究课题,可见开展城市埋地钢质燃气管网相关安全技术研究的重要性。
为改善城市埋地钢质燃气管道的腐蚀现状,提高埋地钢质燃气管道腐蚀预测管理水平,首先要从根本上了解埋地钢质燃气管道的腐蚀规律和腐蚀机理,其次要能够预测埋地管道腐蚀发展趋势和程度以便事先采取应对措施。为此,本论文围绕土壤、管道、防腐层这三者,对广州市埋地钢质燃气管道的腐蚀规律和腐蚀预测方法进行相关的研究工作,具体研究内容及取得的成绩概述如下:
(1)通过城市埋地钢质燃气管道实际工程开挖检测,探究管道的腐蚀规律。
通过对广州市天河北路和康王北路两处典型路段下埋地钢质燃气管道的开挖检测,利用灰关联分析法寻求影响土壤腐蚀性的关键因素,由此建立土壤腐蚀性评价因子模型,就评价模型的综合指数与管道局部最大蚀坑深度进行相关性检验分析,探讨适用于广州市埋地钢质燃气管网的土壤腐蚀性评价模型:对工程上常用的管道防腐层的保护效果和失效机理进行分析和研究;对管体腐蚀状况进行实地测量、记录和统计,分析腐蚀形式和腐蚀缺陷类型,归纳管体腐蚀损伤特征规律;对管体取样并进行X-射线衍射能谱分析、金相实验等微观分析,分析管道腐蚀的主要原因。
(2)分析城市埋地钢质燃气管道腐蚀预测模型并探讨其工程适用性。
针对城市埋地钢质燃气管道的腐蚀特点,分析各种现有预测模型优缺点,选取Gumbel极值Ⅰ型统计法、灰色GM(1,1)模型和指数回归模型等三种模型,以管道局部最大蚀坑深度作为表证管道腐蚀损伤程度强弱的指标进行建模,通过天河北路埋地钢质燃气管道的实际应用,比较和讨论各个模型在输入数据、预测结果上的应用特点和优劣势,探讨适用于城市埋地钢质燃气管道腐蚀预测实际情况的预测模型及方法。
(3)开发集数据管理和腐蚀预测功能于一体的面向工程的埋地钢质燃气管道腐蚀预测管理信息系统。设计并建立埋地钢质燃气管道腐蚀防护系统综合数据库,除了常用的腐蚀数据外,还包括腐蚀相片管理,以图片形式直观再现管道的腐蚀状况,丰富了数据库内容;另外还具备腐蚀预测功能,能够在获取管道腐蚀检测数据的基础上对管道的腐蚀深度、剩余壁厚和腐蚀剩余寿命进行预测,为管道的计划性修复和维护提供参考依据。
通过实施上述研究,得到主要结论如下:
(1)在影响土壤对管道腐蚀破坏的各种因素中,土壤含水量和地电位梯度是两项最重要的评价指标,在此基础上建立了土壤含水量一地电位梯度的双因子土壤腐蚀性评价模型,可以应用于广州市埋地钢质燃气管道土壤腐蚀性评价。
(2)以广州市埋地钢质燃气管道为研究对象,通过开挖检测,从腐蚀形貌特征、蚀坑位置分布、管体材质组成等方面,客观地分析了管道的腐蚀行为规律。
(3)从腐蚀电池、土壤、管道、防腐层、阴极保护等五个方面分析了城市埋地钢质燃气管道的腐蚀原因,提出了针对性的防腐对策。
(4)通过对广州市天河北路埋地钢质燃气管道腐蚀预测的实际工程应用,对Gumbel极值Ⅰ型统计法、灰色GM(1,1)模型和指数回归模型等三种模型的应用特点和预测效果进行了分析,应用表明在实际工程中应注意结合城市埋地钢质燃气管道当前的管理现状和现有的检测技术水平,因地制宜地选择预测模型。
(5)开发了集数据管理和腐蚀预测功能为一体的埋地钢质燃气管道腐蚀预测管理信息系统CPMIS。通过对天河北路开挖段钢质燃气管道的实际工程应用,表明软件运算结果具备一定的客观性和有效性,将其应用到城市埋地钢质燃气管网中,将极大提高工作人员的效率,并为管道的计划性修复和日常维护提供技术支持。