张妮 张建昌 解涛 王东文

中国石油长庆油田公司第三输油处

 

摘要：悬索式跨越是原油管道跨越工程中被广泛使用的结构，针对其结构安全性检测及安全评价研究具有重要意义。目前我国悬索式跨越工程检测及评价处于探索阶段。从管道检测和跨越结构安全检测两个方面阐述悬索式跨越工程的安全检测，基于检测结果进行安全评价。以某原油管道悬索跨越检测为例，介绍其检测内容，并在现行标准基础上提出切合实际的安全状况评价方法，为下一步养护维修提供依据。

关键词：原油管道；悬索跨越工程；管道检测；安全评价

 

管道跨越工程以悬索式跨越工程最为普遍[1]。悬索式跨越工程由于索系失效、钢结构腐蚀失效和滑坡等地质灾害等原因使管道安全风险增加，进行管道和跨越结构的检测和安全评价具有非常重要的意义。原油管道的检测评价以直接检测或内检测方式进行。悬索式跨越结构的检测和评价类似悬索式桥梁工程的检测和评价，但由于原油管道跨越的载荷形式有所差异，体现在安全评价过程中存在差异[2-5]。本文以西北地区某油田原油管道悬索跨越工程为例，进行检测与安全评价。

1  管道检测与评价

该跨越管道于2002年建成投产，运行期间维修换管6次。管道规格为Φ377 mm×9 mm无缝管，材质为L360，外防腐保温材料为泡沫黄夹克，设计压力为10 MPa。依据GB/T 37369―2019《埋地钢制管道穿跨越段检验与评价》，开展管道检测与评价，结果如下。

（1）管道外防腐层和保温层未见破损。

（2）管段阴极保护系统处于有效保护状态。

（3）架空管段满足避雷要求。

（4）管道线性测量结果表明，跨越段管道存在不同程度的中心轴线偏离，从0 m至20.777 m，上浮最大距离24 cm；从20.777 m至32.777 m，下沉最大距离12 cm；从32.777 m至106.4 m，下沉最大距离5 cm；显示管道存在竖向变形，如图 1所示。

图 1 悬索跨越管道工程示例

（5）按照GB/T 37369-2019进行跨越段管道应力分析及强度校核计算，结果表明强度符合运行要求，当前工况下满足正常使用。但需要通过调节索系对管道变形加以抑制。

2  跨越结构检测与评价

悬索式跨越结构分为支撑结构和管道结构。支撑结构包括钢塔架、钢桁架梁、桥塔、塔架混凝土基础、索系及索系锚固墩等受力结构；管道结构主要是管道连接件。该跨越结构2座塔架均为四柱K型钢结构，管道主跨106.4 m。索系主索、后拉索、侧拉索、吊索规格数量分别为：Φ48 mm主索2根；Φ40 mm后拉索2根；Φ21.5 mm侧拉索共4根，每座塔架2根；Φ13 mm吊索64根。根据SY/T 6068―2014《油气管道架空部分及附属设施维护保养规程》，参考CJJ 99―2017《城市桥梁养护技术标准》，检测与评价分别按索系、钢塔架结构、锚固墩及塔架基础、管道连接四个部分进行。

2.1  索系检测与评价

（1）索系防护。检测内容包括索防护层、索系锚具夹具及夹具螺栓、锚机防水等。检测结果如图 2所示，索系防护失效导致腐蚀，索系有效受力面积减小，其力学性能降低。分别从索防护层破损开裂程度、锚具夹具及其螺栓锈蚀程度或螺栓松动程度、锚具潮湿程度进行评价。依据GB/T 37369-2019要求，锈蚀面积在10%以上建议立即更换。本次检测结果未超出标准要求。

图 2 索系侧向稳定索表面黄油脱落

（2）索力检测。按照实测索力和设计索力比值及受力均匀程度进行评价。索力检测主要针对主索及吊索等受力支撑结构，采用索力动测仪进行测量。检测结果：主索及吊索索力均低于设计破断索力，其实际受力均在许用应力范围内，但存在东西两侧吊索索力分布不均现象，西侧吊索相对于东侧吊索差值百分比大于10%的共有19组，最大相差47.07%，如图 3所示。虽然标准没有明确规定，但主索和吊索索力分布不均容易导致塔架偏位风险，应调整吊索使其受力均匀。

图 3 南北侧吊索索力及索力差值百分比

（3）索系探伤检测。主要进行跨越工程钢丝绳探伤检测，当前尚无管道跨越工程钢丝绳专项检测评价标准，参考GB/T 9075―2008《索道用钢丝绳检验和报废规范》规定，钢丝绳断丝率2%以上应立即更换。

当钢丝绳使用时间超过其断丝和磨损临界点，断丝、磨损速率加快，断丝临界点先于报废点而磨损临界点后于报废点，见图 4。本次采用断丝及锈蚀磨损（有效截面减少量）双指标评判。检测评价结果表明：吊索、侧向稳定索、主索和后拉索均允许使用。

图 4 断丝、磨损临界点与标准报废点位置示意图

2.2  钢塔架结构检测与评价

钢塔架结构检测主要包括外观宏观检查、焊缝无损检测、钢塔架测厚、螺栓检测等，参照SY/T 6068―2014，塔架逐层进行变色起皮、油漆剥落及一般锈蚀面积测量与计算，锈蚀面积大于5%应清理全部旧涂层，重新涂装。现场外观检查东侧钢塔架为8层，西侧钢塔架为7层，如图 5所示。本次将钢塔架外观分区域进行锈蚀面积检测计算，相较于标准规定的塔架整体锈蚀面积测量与计算，检测结果更为合理。评价过程中通过调整各项检测值权重，评价结果更为可靠。根据塔架支座固定螺栓损坏状况评估，建议对支座固定螺栓进行防腐保护处理。

图 5 塔架检测

2.3  锚固墩及塔架基础检测与评价

锚固墩及塔架基础分为外部检测、裂纹检测、混凝土检测和板或锚杆折角检测。检测结果表明，锚固墩和塔架基础均为混凝土，未发现塔架基础冲刷和坍塌变形，仅表面存在裂纹和剥落。评价结果为不影响正常使用。

2.4  管道连接检测与评价

管道连接构件包括管箍和连接螺栓，主要缺陷形式为螺栓松动和锈蚀。现场检测结果：整个跨越索系与管道连接的20个管箍全部具有不同程度锈蚀，40个连接螺栓存在锈蚀，管道吊架明显变形、倾斜并存在严重锈蚀，如图 6所示。评价结果表明，管道连接构件是跨越最易发生腐蚀的部件之一，检修和维护难度较大，需及时更换和重新涂装，以提高跨越结构安全性。

图 6 管箍表面轻微腐蚀

3  综合评价

根据管道检测结果和跨越结构检测结果，采用先分项再综合的办法，对原油管道悬索跨越工程的安全性进行整体评价。分项评价包含桥面、上部结构、下部结构、管道等，由于本跨越无梁及桥面，所以将原梁及桥面评价权重0.2按比例分配给上部结构（评价权重由0.3调整到0.375）、下部结构（由0.3调整到0.375）、管道（由0.2调整到0.25）。通过调整不同检测项的权重值，使最终的综合评价结果更加准确、合理，更接近工程实际。在此基础上，依据GB/T 37369―2019，开展管道适用性评价（分为可接受、监控使用、限期维修或立即维修）。

4  结论

根据在役原油管道悬索式跨越工程的特点，本次安全检测与评价分为索系、钢塔架结构、锚固墩及塔架基础、管道连接四个部分。在标准规范基础上，充实和细化了检测内容，综合评价中调整了跨越结构和管道各检测项的权重值，整体综合评价结果更接近工程现状，为下一步制定维修计划提供数据支撑。悬索跨越适用性评价还有待进一步实践总结。

 

参考文献：

[1]王明波，侯浩，朱建平，等.油气管道悬索式跨越工程结构安全性检测与评价体系研究[J].公路交通技术，2020，36(1)：84-89.

[2]杨少军.桥梁拉索体系损伤的检测和监测方法[J].公路交通技术，2005，6(3)：130-134．

[3]唐浩，谭川，陈果.桥梁健康检测数据分析研究综述[J].公路交通技术，2014(5)：99-104．

[4]MCGUIRE B，ATADERO R，et al．Bridge information modeling for inspection and evaluation[J].Journal of Bridge Engineering，2016，21(4):60-63．

[5]MEHRABI A.Cable stayed bridges inspection evaluation and rehabilitation [C].International conference on Sustainable civil infrastructure．Long Beach: [s.n.],2014.

作者简介：张妮，1993年生，油气储运地面工程师，现任技术管理部主办，主要从事油气储运地面工程研究工作。联系方式：13469606655，290174189@qq.com。