城市埋地PE燃氣管道全面檢驗方法探討

石青

（上海派普諾管道檢測科技發(fā)展有限公司，上海201801）

1 PE 燃氣管道全面檢驗綜述

目前，PE 管道普遍應(yīng)用在城鎮(zhèn)埋地燃氣管道建設(shè)中，工作壓力≤0.8MPa 的燃氣管道可使用聚乙烯管道。根據(jù)特種設(shè)備安全法規(guī)定，在用壓力管道必須進行全面檢驗。城鎮(zhèn)PE 燃氣管道全面檢驗可根據(jù)TSG D7004-2010《壓力管道定期檢驗規(guī)則——公用管道》[1]實施，但是其只作了一般性規(guī)定。部分地區(qū)根據(jù)地區(qū)實際情況，發(fā)布了具有可操作性的地方性標準。根據(jù)上海市地方標準DB31/T 1162-2019《燃氣聚乙烯管道定期檢驗技術(shù)規(guī)則》[2]有關(guān)規(guī)定，除常見的檢驗難點之外，針對PE 燃氣管道全面檢驗工作還有以下獨有的技術(shù)難點：

1.1 漏點排查困難

由于泄漏的燃氣會沿著疏松的土壤結(jié)構(gòu)向上流動，可能擴散到附近的地溝、窖井、地下建（構(gòu)）筑物。因此檢測出某個區(qū)域的泄漏，并不是真正燃氣泄漏的地方，準確定位泄漏點位置是相當困難的。

1.2 定位探測困難

由于設(shè)計和安裝未對管線作示蹤裝置或路由標識，導致在管道檢驗過程中，需要重新對PE 燃氣管道進行跟蹤定位。加之PE 管道絕緣的性質(zhì)，不能直接施加信號定位、探測埋深。

1.3 失效機理不明

雖然PE 燃氣管材具有質(zhì)量輕、方便焊接、耐腐蝕性很強、管材使用壽命較長、柔韌性較好、摩阻較低等的優(yōu)越性能，PE 燃氣管材、管件、閥門、法蘭等可根據(jù)有關(guān)標準組成完全符合規(guī)范單元，但是PE 燃氣管材實際使用年代不長，難以保障在運輸、施工、安裝及后期管理過程能夠得到有效的控制，通常這些不利因素也會導致整個PE 燃氣管道系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。

2 全面檢驗要求

根據(jù)PE 燃氣管道的特有屬性和全面檢驗的特點，PE 燃氣管道全面檢驗項目主要包含資料審查、宏觀檢查、開挖直接檢驗、風險評估。

2.1 資料審查

全面檢驗一般需要收集以下資料分析：安全管理資料、設(shè)計資料、竣工驗收資料、管道運行狀況資料、運行周期內(nèi)的定期檢驗報告、上一次全面檢驗報告等。

圖1 示蹤法管線定位

2.2 宏觀檢查

PE 燃氣管道宏觀檢查項目主要有：地面泄漏檢查、位置與走向、地面標志檢查、管道示蹤系統(tǒng)檢查、穿越管段檢查、閥門井檢查和其它管道元件的檢查。其中管道沿線地表環(huán)境調(diào)查主要檢查是否有占壓、管道裸露、第三方施工、不良地質(zhì)環(huán)境條件調(diào)查、生物侵害等情況。

2.3 開挖直接檢驗

開挖直接檢驗項目主要有：管道敷設(shè)質(zhì)量檢查（管道埋深、示蹤系統(tǒng)及警示標識的敷設(shè)質(zhì)量、管基敷設(shè)質(zhì)量、生物侵害情況及敷設(shè)環(huán)境溫度等）和管體狀況檢查（管體整體質(zhì)量、測量壁厚、焊接接頭外觀及焊接質(zhì)量無損檢測等），必要時取樣進行靜液壓強度、耐慢速裂紋增長、斷裂伸長率和氧化誘導時間等理化性能試驗。

2.4 風險評估

風險評估根據(jù)失效可能性和失效后果兩個方面對PE 燃氣管線綜合以下數(shù)據(jù)進行風險等級評估。主要包括設(shè)計、竣工、運行狀況及安全管理資料調(diào)查情況、宏觀檢查及開挖直接檢驗數(shù)據(jù)、介質(zhì)特性、泄漏可能產(chǎn)生的危害等。

3 采取的技術(shù)措施

3.1 管道探測定位

通常采用PE 管道定位技術(shù)（弱磁法、電磁法）對管線埋深、走向進行探測。按照CJJ63-2018《聚乙烯燃氣管道工程技術(shù)標準》[3]中6.3.4 規(guī)定，示蹤線、警示帶、地面標志、保護板的敷設(shè)和設(shè)置應(yīng)符合下列規(guī)定：示蹤線應(yīng)敷設(shè)在聚乙烯燃氣管道的正上方，并應(yīng)有良好的導電性和有效的電氣連接，示蹤線上應(yīng)設(shè)置信號源井。通常示蹤線都是緊貼管道敷設(shè)，示蹤線應(yīng)具有金屬導電性能且應(yīng)外部絕緣，并且需要有一定的強度，應(yīng)當充分利用閥井設(shè)置信號源井，并預留測試線。如圖1 所示利用示蹤法管線定位。

圖2 弱磁法探測示意圖

安裝PE 燃氣管道時，示蹤裝置的敷設(shè)應(yīng)按相關(guān)標準規(guī)范執(zhí)行。但是由于某些因素并未按要求敷設(shè)金屬示蹤線，或因后期第三方施工導致金屬示蹤線未連接或示蹤線失效，后期的檢測往往會由于這些不利因素增加許多障礙。常用的PE 燃氣管道探測方法有探地雷達法、電磁法、弱磁法和聲波法等。對于已敷設(shè)示蹤線的PE 燃氣管道主要采用電磁法，未敷設(shè)示蹤線的PE 燃氣管道主要用探地雷達法、聲波法和弱磁法。

弱磁法雖在實際應(yīng)用中不如探地雷達使用普遍，但是經(jīng)過多次驗證，在對PE 燃氣管道探測定位還是具有一定的可信度。當然，PE 燃氣管道探測技術(shù)在儀器設(shè)備研究上遠不如鋼管探測設(shè)備技術(shù)成熟，但通過運用多種儀器搭配使用，合理利用各種探測方法和儀器的優(yōu)點，揚長避短，可有效提高PE 燃氣管道定位的準確度。圖2 為弱磁法探測PE 燃氣管道示意圖。

3.2 泄漏檢查

利用可燃氣體泄漏儀基于介質(zhì)分析的方法調(diào)查PE 燃氣管道泄漏，依據(jù)可能產(chǎn)生泄漏的部位主要檢查管道組成件和連接接頭的泄漏情況。應(yīng)對地質(zhì)災害影響點、管道經(jīng)過水面處有氣泡冒出和施工造成的管道裸露段、有氣體泄出聲響、植被異?？蔹S、有異常氣味等處重點檢查。必要時，應(yīng)對燃氣可能擴散到的窨井、地溝、地下構(gòu)筑物內(nèi)進行檢查。由于PE 燃氣管道敷設(shè)于地下，若發(fā)生泄漏，對可疑的泄漏范圍內(nèi)進行地面鉆孔檢測泄漏，根據(jù)泄漏濃度高低逐步鎖定泄漏點?，F(xiàn)場檢測泄漏如圖3所示。

圖3 泄漏檢測

3.3 PE 燃氣管道焊接接頭無損檢測

3.3.1 常見焊接接頭的種類

PE 燃氣管主要連接方式有熱熔焊接和電熔焊接兩種方式。PE 燃氣管的連接是保證燃氣管道結(jié)構(gòu)完整和安全運營的重要環(huán)節(jié)，焊接接頭的質(zhì)量直接關(guān)系到管道運行安全。

3.3.2 常見焊接接頭缺陷類型

PE 管焊接接頭主要缺陷類型有：孔洞、熔合面夾雜、冷焊、過焊、電阻絲錯位和管材承插不到位。每種缺陷形成的原因都不盡相同，找到其中的根本原因?qū)τ谔岣呤┕べ|(zhì)量控制有很大幫助。孔洞的成因有很多種，有焊接前管材、管件中制造時產(chǎn)生的孔洞；也有焊接過程中由于材料潮濕或者焊接面夾雜油污形成蒸汽產(chǎn)生的氣孔；還有焊接完成后產(chǎn)生的冷卻縮孔，如圖4 所示。熔合面夾雜缺陷主要是由于現(xiàn)場施工不規(guī)范造成，例如氧化皮未刮削、焊接面未清理干凈、電熔套筒沾染污物等，如圖5 所示。冷焊缺陷是由于焊接熱量不夠造成的，例如焊接時間不足、管材與管件配合間隙過大、施工現(xiàn)場斷電等，如圖6 所示。過焊則相反，是由于焊接能量過大造成的缺陷，一般由加熱時間過長，電壓過大，管材與管件配合過緊等原因造成，如圖7 所示。電阻絲錯位通常伴隨著過焊缺陷一起出現(xiàn)，一般是由于材料流動性太大造成，如圖8 所示。管材承插不到位則是屬于人為缺陷，主要是因為焊工操作不當造成的，如圖9 所示。

3.3.3 焊接接頭相控陣檢測

目前PE 燃氣管道熱熔焊接接頭質(zhì)量的現(xiàn)場檢測技術(shù)是耦合聚焦超聲檢測技術(shù)，PE 燃氣管道電熔焊接接頭質(zhì)量的現(xiàn)場檢測技術(shù)普遍是采用超聲相控陣動態(tài)聚焦并結(jié)合B 掃描成像技術(shù)。

電熔焊接接頭相控陣超聲檢測方法參照GB/T 29461-2012《聚乙烯管道電熔接頭超聲檢驗》[4]進行。超聲檢測后按GB/T 29460-2012《含缺陷聚乙烯管道電熔接頭安全評定》[5]進行安全評定。

目前來說，國家還沒有出臺相應(yīng)的標準和規(guī)范熱熔焊接接頭超聲檢測，上海市特檢院牽頭制定了地方標準DB31/T1058-2017《燃氣用聚乙烯（PE）管道焊接接頭相控陣超聲檢測》，給出了聚乙烯管道熱熔焊接接頭的超聲檢測方法及空洞、夾雜和未熔合的評定標準，可為安全評定提供依據(jù)。

3.4 PE 燃氣管及焊接接頭理化性能檢測

PE 燃氣管道全面檢驗是對在用管道進行的基于風險的檢驗。PE 燃氣管道由于長時間埋設(shè)于地下，不能確定地理環(huán)境是否會導致其理化性能發(fā)生改變，應(yīng)當通過全面檢驗的技術(shù)手段進行確認，理化性能檢測是針對埋地PE 燃氣管道全面檢驗中對管道本質(zhì)安全的一種技術(shù)手段。主要對取樣試件進行靜液壓強度試驗、耐慢速裂紋增長試驗、斷裂伸長率試驗和氧化誘導時間試驗，可以通過取樣分析現(xiàn)有埋地PE 燃氣管道的綜合性能指標。

靜液壓強度試驗按GB/T 6111-2018《流體輸送用熱塑性塑料管道系統(tǒng) 耐內(nèi)壓性能的測定》的有關(guān)要求進行，試驗溫度取80℃，環(huán)應(yīng)力為4.5MPa（PE80）、5.4MPa（PE100），可評價管道的力學性能。

圖4 孔洞

圖5 混沙夾雜圖

圖6 冷焊

圖7 過焊

圖8 金屬絲錯位

圖9 承插不到位

圖10 現(xiàn)場開挖直接檢驗圖

圖11 相控陣檢測圖

當管材公稱壁厚＞5mm 時，按照GB/T 18476-2019《流體輸送用聚烯烴管材 耐裂紋擴展的測定 慢速裂紋增長的試驗方法（切口試驗）》要求進行耐慢速裂紋增長試驗。試驗溫度取80℃，環(huán)應(yīng)力為4.0MPa（PE80）、4.6MPa（PE100），可測試管道破壞時間，評定級別。

斷裂伸長率試驗應(yīng)根據(jù)GB/T 8804.3-2003《熱塑性塑料管材拉伸性能測定第3 部分：聚烯烴管材》、GB/T 19810-2005《聚乙烯(PE) 管材和管件熱熔對接接頭拉伸強度和破壞形式的測定》和GB/T 19808-2005《塑料管材和管件公稱外徑大于等于90mm 的聚乙烯電熔組件的拉伸剝離試驗》分別進行管材和焊接接頭拉伸剝離性能評價。

氧化誘導時間試驗按照GB/T 19466.6-2009《塑料差示掃描量熱法（DSC）第6 部分：氧化誘導時間(等溫OIT)和氧化誘導溫度（動態(tài)OIT）的測定》的要求進行，試驗溫度取200℃，可部分評價管道的抗老化性能。

3.5 PE 燃氣管道的風險評估

雖然尚未制定PE 燃氣管道風險評估的國家標準，但根據(jù)對城鎮(zhèn)PE 燃氣管道事故的失效原因進行分析，已有機構(gòu)根據(jù)分析的結(jié)果提出了PE 燃氣管道失效可能性和失效后果的風險評估方法。參照風險評估的原理，在實際使用環(huán)境條件下，從失效可能性和失效后果兩個方面綜合評估PE 燃氣管道的風險程度，這是一種完全可適用于PE 燃氣管道的半定量風險評估方法。

利用決策樹定性分析方法根據(jù)各因素的分配權(quán)重來確定失效可能性評分，并在綜合各失效后果的基礎(chǔ)上，利用層次分析法確定失效后果評分，最終風險值為失效后果與失效可能性的乘積，據(jù)此評定風險等級。

4 工程實踐

利用上述PE 燃氣管道檢驗檢測方法，根據(jù)某工程實際特點制定了詳細的檢驗方案，開展了全面檢驗。檢測中，發(fā)現(xiàn)存在示蹤系統(tǒng)失效、部分管段埋深不足、違章占壓等問題，開挖處外觀檢驗合格。此外，還對管道的焊接接頭抽樣進行了相控陣無損檢測，取樣做了靜液壓試驗、拉伸剝離試驗和熱穩(wěn)定性試驗，試驗結(jié)果均合格。現(xiàn)場開挖直接檢驗如圖10 所示，相控陣檢測如圖11 所示。

5 結(jié)論

設(shè)計壓力大于0.1MPa 的城鎮(zhèn)PE 燃氣管道為壓力管道，不管是出于安全運營考慮，還是相關(guān)法律法規(guī)的要求，都應(yīng)該對在役PE 燃氣管道進行全面檢驗，但是針對有關(guān)PE 燃氣管道全面檢驗的國家標準體系尚未出臺。本文主要從定位探測困難、漏點排查困難、失效機理不明等技術(shù)難點和重點，針對PE 燃氣管道的全面檢驗要求，根據(jù)現(xiàn)場常用的檢驗檢測儀器設(shè)備原理及技術(shù)手段，探討PE 燃氣管道全面檢驗方法。方法是否可用，有待商榷驗證，同時希望能夠盡快出臺有關(guān)PE 燃氣管道的定期檢驗標準，有利于更快速有效的開展全面檢驗工作，保障PE燃氣管道的安全運營。