对话秦朝葵:如何让燃气管道更安全

发布时间:2022-07-23 19:31:50 来源:hthcom华体会下载 作者:华体会app下载最新版本


  7月12日,国家发展改革委发布《“十四五”新型城镇化实施方案》,在推进新型城市建设中提出,全面推进燃气管道老化更新改造,重点改造城市及县城不符合标准规范、存在安全隐患的燃气管道、燃气场站、居民户内设施及监测设施。

  此前,无论是在2月住房和城乡建设高质量发展发布会上,还是在国家发改委3月印发的《2022年新型城镇化和城乡融合发展重点任务》中,开展燃气管道等老化更新改造都被单列为2022年的主要工作内容。

  截至目前,广西、山东、陕西、河北等多个省、自治区都已陆续发布2022年燃气管道更新改造任务。住建部今年将统筹开工改造存在安全隐患的燃气管道约2万公里,“十四五”期间改造老旧燃气管道约10万公里。

  随着城市老旧燃气管道更新的重要性凸显,接下来的问题是,怎么改以及如何建立更加安全的城市燃气管道管理体系?同济大学燃气所所长、中国城市燃气协会常务理事、上海市隐患管道排查改造专班成员秦朝葵表示,目前城市燃气管道的施工管理水平,包括流程的规范性、图档的管理、针对性设计,都亟待加强。此外,提升燃气行业的整体安全水平,根本还在于人才培养和知识体系搭建。

  秦朝葵:这与城市燃气行业的发展历史有关系,规模化的发展大致经历了三个阶段。第一个阶段是人工煤气,国内最早使用的城市是上海,1865年“大英自来火房”用煤气化技术生产煤气,之后铺设管道,但是当时范围很小。新中国成立以后,大炼钢铁使得人工煤气在一些大城市发展较快,当时生产出来的燃气热值大概是现在天然气的1/5至1/3。

  管道上,人工煤气时代用得比较多的是铸铁管。铸铁管又分成灰口铸铁和球墨铸铁两种,人工煤气时代,铸铁管的密封方式多采用承插式接口,使用麻丝、青铅、水泥等密封,当时煤气的需求量不大、产量也不大,所以压力不高,这种方式保持密封没有问题。此外,这种密封方式是适用于人工煤气的,因为人工煤气含有一定的水分或大分子烃类,它们能维持密封材料的溶胀性,保持足够的管道气密性。

  第二个阶段,80年代中后期到90年代中后期,国内有些城市建设了少量的液化石油气供应管道,也发展了相关的管道技术,但是规模都不大。液化石油气主要依靠钢瓶来运输、配送。在西南地区比如重庆、成都等天然气资源比较丰富,一直使用的是天然气。

  第三个阶段,随着2004年西气东输投运,国内越来越多城市开始发展天然气输配系统,管道上也开始发生变化。各个城市根据自身基础设施情况,进行管道的更新,或新建天然气管道。

  天然气管道管材主要有两种,一种是在压力比较高的情况下使用的钢管。在施工现场将钢管一段一段焊接起来,其耐压以及密封性都优于铸铁管。不过,钢管施工过程中需要道路开挖等工艺环节,施工成本比较高。另外钢管对耐腐蚀也有特殊要求。

  第二种主要使用的管材是塑料管(英文简称PE管,即聚乙烯管),PE管施工简单,口径不大,能承受的最高压力也比钢管低,但是施工快速、性价比高,且不存在腐蚀问题。所以在城市燃气公司运营的中低压管道系统中,PE管占比越来越多。但是塑料管的问题是机械强度低、比较脆弱,容易被第三方破坏。

  总结一下,目前在役的燃气管道包括钢管、铸铁管和PE管三大类。其中,高压、次高压的管道基本全部为钢管,一般在城市外围,归管网公司运行管理。这些管道的投用年代不久,一般状态比城燃公司运营的管道好很多。

  经济观察报:燃气管道的使用期限一般是多久,有什么因素会影响到它的使用期限?

  秦朝葵:正常情况下,如果没有人为破坏,维护状态又比较好,管道寿命甚至可以达到50年。老化只是影响管道寿命的物理原因,其他影响因素还包括管理层面以及人为层面(第三方破坏)。

  比如德国,若某一管道的设计寿命是30年,就会严格按照一套技术体系,从材料、施工、验收、后期维护各方面来确保管道在30年里安全运行。

  美国则采用另外一套技术方法,叫完整性管理。首先评估确立哪些因素会影响管道运行,比如有10个因素,然后定期对某一管道的这10个因素进行记录打分、评估,通过理论分析计算这段管道出问题的概率有多大,再确定什么时候要维修。

  大概20年前,这套管理体系就引进中国了,但是我们采集的基础数据比较少。比如美国每段管道以100米为单位要记录20个影响因素,记录之后总结规律看哪个因素影响比较大、以后要如何注意,国内可能简化到10个或者8个要素,所以目前国内管道的完整性管理仍有提高的空间。

  秦朝葵:最近我们做得比较多的一个科研是关于地铁直流电对管道的影响,属于“电化学腐蚀”的一种。这是一个非常典型的中国特色问题,我们团队从2006年开始做现场测试、科研,在上海、杭州、无锡、长沙、佛山这些城市的地铁对燃气管道的影响都非常大。地铁是由1500V直流电驱动的,而直流配电系统与大地之间无法实现100%绝缘,所以地铁附近的燃气管道都会受到直流电的影响。地铁启动时,直流电可以达到5、6千安培,如果这5、6千安培里面有几安培的电泄漏到附近的燃气管道内,会导致有防腐层缺陷的钢管缓慢溶解到土壤里,管道就有可能腐蚀、引发燃气泄漏。

  针对这方面,国外的做法是:在管道规划铺设前,先到现场测量其路由附近的干扰情况,哪个地方干扰强,就采取针对性的技术措施。监测方面,不仅是对管道本体进行监测,还包括对它所处的环境,比如外面有没有大型建筑,会不会在力学上带来一些潜在破坏?以及土壤的pH值、酸碱度、电导率情况。他们会记录这些数据,推导管道所处空间受电化学腐蚀的可能性有多少,并进行打分评估。

  另外的因素比如道路外貌变化也会对管道产生影响。比如:10年前有一根管道按照当时的国家标准设计后,埋在地下一定的深度。但是10年之间道路拓宽,车流量变大了,那么管道受到土体、动载的作用力就比之前恶劣。类似这种性质的问题比较多,这也是这次隐患管道排查的任务之一。

  秦朝葵:第一个是先评估,评估明确了哪些管道存在隐患,之后第二个环节就是改。

  不同城市或者不同公司,面临的问题不一样。比如在一些大城市,获得道路和市政施工许可就比较难,城市燃气管道基本上是沿道路敷设的,道路级别越高,边上走的管道管径越大、压力也就越高。国家现在鼓励老旧燃气管道更新,那么在市政许可方面应该会比之前容易。

  另一个是费用的问题。中央预算内投资安排6400亿元,但是摊到各个城市之后,具体能落实多少,很可能还是燃气公司出资一部分、地方财政出资一部分。城燃公司带有一定的公共服务色彩,很多时候盈利不是第一位的考量,保障供应和安全是第一位的。

  另一方面,城燃公司的发展离不开盈利的考量。他们对管道更新的投入,甚至安装报警器带来的成本增加,都非常在意。将来花大力气去翻修管道,争取地方财政的补贴或许是城燃公司不得不面对的事情。

  秦朝葵:不同管道泄漏的原因不一样,有些是因为老化,有些是因为力学,有些是因为电化学腐蚀,有些是因为第三方破坏。原因不同,各个城市的应对策略或许有主次之分。

  市政施工协调机制比较完善的城市比如上海,地下管线单位在获得施工许可的同时,能了解到所有外围相关管线的情况以避开,因此这些城市第三方破坏发生的情况比较少。这种情况下,他们希望用塑料管来替代容易受到电化学腐蚀的钢管。有些城市则没有这样的协调机制,塑料管就显得比较脆弱。理论上,没有一种管材是完美的,都有适用性问题。

  可以肯定的是,老旧管道更新后,燃气管道的安全水平等各方面都会有比较大的提升。不过从我们经历的一些施工现场情况来看,施工管理水平,包括规范性、图档管理,都有待加强。

  比较好的做法如深圳燃气,从施工焊口的记录底片开始实行电子化,就像去医院拍片一样,记录焊口的状态。假如以后管道附近要建立交,或者打桩,可以根据底片和受力分析来研究焊口能否承受。但是目前这方面的研究做得比较弱又比较少。

  目前我们是先解决那种粗线条的问题,细的问题先放一放,所以我认为,更新后管网质量肯定会相较过去提高一个层次。我们目前碰到的是国外在天然气大发展阶段都碰到过的问题,而我们在处理这些问题上的技术积累、重视程度、相关研究的实力、针对国情的考量都还比较欠缺。

  对于燃气行业来说,其实只有把两件事做好,这个行业才能更好。第一个是安全,因为燃气压力高,所以燃气公司首先要做好安全的功课,才能承载输送能源的任务。这样才能凸显气体能源长期储存、灵活调配的优势。第二个是提升燃气使用端的效率。目前大部分燃气公司都还秉持“多卖气多赚钱”的理念,赚取批发、零售的中间差价。国外奉行这种经营理念的燃气公司大部分都倒闭了,只有做服务的燃气公司活下来。

  所以燃气公司要去培育市场,从服务而不单单是卖气的差价中盈利。比如国内的天然气工业用户,大部分能效不高,每创造一定的产值都要消耗大量天然气,燃气公司可以通过节能技术帮助工业用户降低天然气耗量进而降低成本,并从中收取服务费。从表面上看,燃气公司销气量减少了,但实际上可以从替工业用户省钱的服务里盈利,这种盈利是不会随着销气量减少而减少的。

  国外类似的燃气公司很多,比如之前的法国煤气公司和德国的RWE,早期都是靠卖气赚钱,后来很快都转型为综合能源服务商,现在主要的盈利模式就是为用户提供技术服务。

  秦朝葵:不是所有的问题都可以通过技术和管理来解决,燃气管网的安全,根本还是在于人才培养和知识体系搭建。

  人才培养上,近三年高校燃气方向毕业生数量远不能满足城燃行业的人才需求。根据2021年6月中国城市燃气协会的调研,目前全国城燃行业专业技术人员年需求约为3900至6000人,但是2018年、2019年、2020年高校燃气方向本科毕业人数均不超过500人,硕士毕业生每年不足100人,博士生三年共计毕业11人。在现有高校尤其是重点高校毕业生不足的情况下,许多城燃公司只能通过自行组织的培训学习安全知识、强化安全意识。此外还有人才流失问题。城燃行业责任大、压力重,如果薪酬不匹配,改行的人也会很多。

  回到高校教育上,燃气学科招生难、教师数量日益减少的情况也普遍存在。我国城燃行业的人才培养主要依托两个专业——综合性高校的“建筑环境与能源应用工程专业”,石油类院校的“油气储运工程”(主要服务于行业上游、长输工程)。目前全国设“建筑环境与能源应用工程”学院的高校中设有“燃气”方向的仅十几所,其中有硕士招生资质的12所,博士招生资质的仅7所,并且都普遍面临严重的师资缺口,各高校燃气方向师资均不超10人,其中一半高校中燃气师资在4人以下。

  总的来说,无论是国家层面还是技术政策各方面,目前对城燃行业的重视度都不够。比如,我们目前只有对操作工人的证书和培训,像调压工、管道维护工,他们需要去考上岗证。更高级别的注册工程师却没有,相邻行业有注册的动力工程师和设备工程师,而燃气如此特种的行业却没有。


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