同濟大學燃氣所秦朝葵:如何讓燃氣管道更安全

符小茵2022-07-12 18:47

經濟觀察網 記者 符小茵 7月12日,國家發(fā)展改革委發(fā)布《“十四五”新型城鎮(zhèn)化實施方案》,在推進新型城市建設中提出,全面推進燃氣管道老化更新改造,重點改造城市及縣城不符合標準規(guī)范、存在安全隱患的燃氣管道、燃氣場站、居民戶內設施及監(jiān)測設施。

此前,無論是在2月住房和城鄉(xiāng)建設高質量發(fā)展發(fā)布會上,還是在國家發(fā)改委3月印發(fā)的《2022年新型城鎮(zhèn)化和城鄉(xiāng)融合發(fā)展重點任務》中,開展燃氣管道等老化更新改造都被單列為2022年的主要工作內容。

截至目前,廣西、山東、陜西、河北等多個省、自治區(qū)都已陸續(xù)發(fā)布2022年燃氣管道更新改造任務。住建部今年將統(tǒng)籌開工改造存在安全隱患的燃氣管道約2萬公里,“十四五”期間改造老舊燃氣管道約10萬公里。

隨著城市老舊燃氣管道更新的重要性凸顯,接下來的問題是,怎么改以及如何建立更加安全的城市燃氣管道管理體系?同濟大學燃氣所所長、中國城市燃氣協(xié)會常務理事、上海市隱患管道排查改造專班成員秦朝葵表示,目前城市燃氣管道的施工管理水平,包括流程的規(guī)范性、圖檔的管理、針對性設計,都亟待加強。此外,提升燃氣行業(yè)的整體安全水平,根本還在于人才培養(yǎng)和知識體系搭建。

以下是經濟觀察網對秦朝葵的專訪:

經濟觀察網:中國城市燃氣管道建設是如何發(fā)展過來的?大概分為幾個階段?

秦朝葵:這與城市燃氣行業(yè)的發(fā)展歷史有關系,規(guī)?;陌l(fā)展大致經歷了三個階段。第一個階段是人工煤氣,國內最早使用的城市是上海,1865年“大英自來火房”用煤氣化技術生產煤氣,之后鋪設管道,但是當時范圍很小。新中國成立以后,大煉鋼鐵使得人工煤氣在一些大城市發(fā)展較快,當時生產出來的燃氣熱值大概是現在天然氣的1/5至1/3。

管道上,人工煤氣時代用得比較多的是鑄鐵管。鑄鐵管又分成灰口鑄鐵和球墨鑄鐵兩種,人工煤氣時代,鑄鐵管的密封方式多采用承插式接口,使用麻絲、青鉛、水泥等密封,當時煤氣的需求量不大、產量也不大,所以壓力不高,這種方式保持密封沒有問題。此外,這種密封方式是適用于人工煤氣的,因為人工煤氣含有一定的水分或大分子烴類,它們能維持密封材料的溶脹性,保持足夠的管道氣密性。

第二個階段,80年代中后期到90年代中后期,國內有些城市建設了少量的液化石油氣供應管道,也發(fā)展了相關的管道技術,但是規(guī)模都不大。液化石油氣主要依靠鋼瓶來運輸、配送。在西南地區(qū)比如重慶、成都等天然氣資源比較豐富,一直使用的是天然氣。

第三個階段,隨著2004年西氣東輸投運,國內越來越多城市開始發(fā)展天然氣輸配系統(tǒng),管道上也開始發(fā)生變化。各個城市根據自身基礎設施情況,進行管道的更新,或新建天然氣管道。

天然氣管道管材主要有兩種,一種是在壓力比較高的情況下使用的鋼管。在施工現場將鋼管一段一段焊接起來,其耐壓以及密封性都優(yōu)于鑄鐵管。不過,鋼管施工過程中需要道路開挖等工藝環(huán)節(jié),施工成本比較高。另外鋼管對耐腐蝕也有特殊要求。

第二種主要使用的管材是塑料管(英文簡稱PE管,即聚乙烯管),PE管施工簡單,口徑不大,能承受的最高壓力也比鋼管低,但是施工快速、性價比高,且不存在腐蝕問題。所以在城市燃氣公司運營的中低壓管道系統(tǒng)中,PE管占比越來越多。但是塑料管的問題是機械強度低、比較脆弱,容易被第三方破壞。

總結一下,目前在役的燃氣管道包括鋼管、鑄鐵管和PE管三大類。其中,高壓、次高壓的管道基本全部為鋼管,一般在城市外圍,歸管網公司運行管理。這些管道的投用年代不久,一般狀態(tài)比城燃公司運營的管道好很多。

經濟觀察網:燃氣管道的使用期限一般是多久,有什么因素會影響到它的使用期限?

秦朝葵:正常情況下,如果沒有人為破壞,維護狀態(tài)又比較好,管道壽命甚至可以達到50年。老化只是影響管道壽命的物理原因,其他影響因素還包括管理層面以及人為層面(第三方破壞)。

不同國家對管道的管理理念和技術體系不太一樣。

比如德國,若某一管道的設計壽命是30年,就會嚴格按照一套技術體系,從材料、施工、驗收、后期維護各方面來確保管道在30年里安全運行。

美國則采用另外一套技術方法,叫完整性管理。首先評估確立哪些因素會影響管道運行,比如有10個因素,然后定期對某一管道的這10個因素進行記錄打分、評估,通過理論分析計算這段管道出問題的概率有多大,再確定什么時候要維修。

大概20年前,這套管理體系就引進中國了,但是我們采集的基礎數據比較少。比如美國每段管道以100米為單位要記錄20個影響因素,記錄之后總結規(guī)律看哪個因素影響比較大、以后要如何注意,國內可能簡化到10個或者8個要素,所以目前國內管道的完整性管理仍有提高的空間。

經濟觀察網:什么因素會影響到管道的安全運行?

秦朝葵:最近我們做得比較多的一個科研是關于地鐵直流電對管道的影響,屬于“電化學腐蝕”的一種。這是一個非常典型的中國特色問題,我們團隊從2006年開始做現場測試、科研,在上海、杭州、無錫、長沙、佛山這些城市的地鐵對燃氣管道的影響都非常大。地鐵是由1500V直流電驅動的,而直流配電系統(tǒng)與大地之間無法實現100%絕緣,所以地鐵附近的燃氣管道都會受到直流電的影響。地鐵啟動時,直流電可以達到5、6千安培,如果這5、6千安培里面有幾安培的電泄漏到附近的燃氣管道內,會導致有防腐層缺陷的鋼管緩慢溶解到土壤里,管道就有可能腐蝕、引發(fā)燃氣泄漏。

針對這方面,國外的做法是:在管道規(guī)劃鋪設前,先到現場測量其路由附近的干擾情況,哪個地方干擾強,就采取針對性的技術措施。監(jiān)測方面,不僅是對管道本體進行監(jiān)測,還包括對它所處的環(huán)境,比如外面有沒有大型建筑,會不會在力學上帶來一些潛在破壞?以及土壤的pH值、酸堿度、電導率情況。他們會記錄這些數據,推導管道所處空間受電化學腐蝕的可能性有多少,并進行打分評估。

另外的因素比如道路外貌變化也會對管道產生影響。比如:10年前有一根管道按照當時的國家標準設計后,埋在地下一定的深度。但是10年之間道路拓寬,車流量變大了,那么管道受到土體、動載的作用力就比之前惡劣。類似這種性質的問題比較多,這也是這次隱患管道排查的任務之一。

經濟觀察網:老舊燃氣管道更新包括哪些實施環(huán)節(jié)?有哪些重點和難點?

秦朝葵:第一個是先評估,評估明確了哪些管道存在隱患,之后第二個環(huán)節(jié)就是改。

不同城市或者不同公司,面臨的問題不一樣。比如在一些大城市,獲得道路和市政施工許可就比較難,城市燃氣管道基本上是沿道路敷設的,道路級別越高,邊上走的管道管徑越大、壓力也就越高。國家現在鼓勵老舊燃氣管道更新,那么在市政許可方面應該會比之前容易。

另一個是費用的問題。中央預算內投資安排6400億元,但是攤到各個城市之后,具體能落實多少,很可能還是燃氣公司出資一部分、地方財政出資一部分。城燃公司帶有一定的公共服務色彩,很多時候盈利不是第一位的考量,保障供應和安全是第一位的。

另一方面,城燃公司的發(fā)展離不開盈利的考量。他們對管道更新的投入,甚至安裝報警器帶來的成本增加,都非常在意。將來花大力氣去翻修管道,爭取地方財政的補貼或許是城燃公司不得不面對的事情。

經濟觀察網:城市老舊燃氣管道更新的方向是什么?

秦朝葵:不同管道泄漏的原因不一樣,有些是因為老化,有些是因為力學,有些是因為電化學腐蝕,有些是因為第三方破壞。原因不同,各個城市的應對策略或許有主次之分。

市政施工協(xié)調機制比較完善的城市比如上海,地下管線單位在獲得施工許可的同時,能了解到所有外圍相關管線的情況以避開,因此這些城市第三方破壞發(fā)生的情況比較少。這種情況下,他們希望用塑料管來替代容易受到電化學腐蝕的鋼管。有些城市則沒有這樣的協(xié)調機制,塑料管就顯得比較脆弱。理論上,沒有一種管材是完美的,都有適用性問題。

可以肯定的是,老舊管道更新后,燃氣管道的安全水平等各方面都會有比較大的提升。不過從我們經歷的一些施工現場情況來看,施工管理水平,包括規(guī)范性、圖檔管理,都有待加強。

比較好的做法如深圳燃氣,從施工焊口的記錄底片開始實行電子化,就像去醫(yī)院拍片一樣,記錄焊口的狀態(tài)。假如以后管道附近要建立交,或者打樁,可以根據底片和受力分析來研究焊口能否承受。但是目前這方面的研究做得比較弱又比較少。

目前我們是先解決那種粗線條的問題,細的問題先放一放,所以我認為,更新后管網質量肯定會相較過去提高一個層次。我們目前碰到的是國外在天然氣大發(fā)展階段都碰到過的問題,而我們在處理這些問題上的技術積累、重視程度、相關研究的實力、針對國情的考量都還比較欠缺。

對于燃氣行業(yè)來說,其實只有把兩件事做好,這個行業(yè)才能更好。第一個是安全,因為燃氣壓力高,所以燃氣公司首先要做好安全的功課,才能承載輸送能源的任務。這樣才能凸顯氣體能源長期儲存、靈活調配的優(yōu)勢。第二個是提升燃氣使用端的效率。目前大部分燃氣公司都還秉持“多賣氣多賺錢”的理念,賺取批發(fā)、零售的中間差價。國外奉行這種經營理念的燃氣公司大部分都倒閉了,只有做服務的燃氣公司活下來。

所以燃氣公司要去培育市場,從服務而不單單是賣氣的差價中盈利。比如國內的天然氣工業(yè)用戶,大部分能效不高,每創(chuàng)造一定的產值都要消耗大量天然氣,燃氣公司可以通過節(jié)能技術幫助工業(yè)用戶降低天然氣耗量進而降低成本,并從中收取服務費。從表面上看,燃氣公司銷氣量減少了,但實際上可以從替工業(yè)用戶省錢的服務里盈利,這種盈利是不會隨著銷氣量減少而減少的。

國外類似的燃氣公司很多,比如之前的法國煤氣公司和德國的RWE,早期都是靠賣氣賺錢,后來很快都轉型為綜合能源服務商,現在主要的盈利模式就是為用戶提供技術服務。

經濟觀察網:為什么我們對燃氣管道的管理還做不到那么精細?

秦朝葵:不是所有的問題都可以通過技術和管理來解決,燃氣管網的安全,根本還是在于人才培養(yǎng)和知識體系搭建。

人才培養(yǎng)上,近三年高校燃氣方向畢業(yè)生數量遠不能滿足城燃行業(yè)的人才需求。根據2021年6月中國城市燃氣協(xié)會的調研,目前全國城燃行業(yè)專業(yè)技術人員年需求約為3900至6000人,但是2018年、2019年、2020年高校燃氣方向本科畢業(yè)人數均不超過500人,碩士畢業(yè)生每年不足100人,博士生三年共計畢業(yè)11人。在現有高校尤其是重點高校畢業(yè)生不足的情況下,許多城燃公司只能通過自行組織的培訓學習安全知識、強化安全意識。此外還有人才流失問題。城燃行業(yè)責任大、壓力重,如果薪酬不匹配,改行的人也會很多。

回到高校教育上,燃氣學科招生難、教師數量日益減少的情況也普遍存在。我國城燃行業(yè)的人才培養(yǎng)主要依托兩個專業(yè)——綜合性高校的“建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)”,石油類院校的“油氣儲運工程”(主要服務于行業(yè)上游、長輸工程)。目前全國設“建筑環(huán)境與能源應用工程”學院的高校中設有“燃氣”方向的僅十幾所,其中有碩士招生資質的12所,博士招生資質的僅7所,并且都普遍面臨嚴重的師資缺口,各高校燃氣方向師資均不超10人,其中一半高校中燃氣師資在4人以下。

總的來說,無論是國家層面還是技術政策各方面,目前對城燃行業(yè)的重視度都不夠。比如,我們目前只有對操作工人的證書和培訓,像調壓工、管道維護工,他們需要去考上崗證。更高級別的注冊工程師卻沒有,相鄰行業(yè)有注冊的動力工程師和設備工程師,而燃氣如此特種的行業(yè)卻沒有。

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