城鎮(zhèn)燃氣聚乙烯管道關鍵部位和高風險段的檢測方法

鐘 鳴，吳 明

（遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院， 遼寧 撫順 113001）

城鎮(zhèn)燃氣聚乙烯管道關鍵部位和高風險段的檢測方法

鐘 鳴，吳 明

（遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院， 遼寧 撫順 113001）

對聚乙烯管道關鍵部位和高風險段監(jiān)測方法的研究對管道安全運行和管道周邊人身安全有重要意義。對國內外管道檢測技術進行匯總并根據(jù)其特點進行分類，將檢測方法分為：電磁檢測、聲波檢測、光波檢測、壓力檢測、管道機器人和直接評價。并對各自優(yōu)缺點進行簡要分析，并根據(jù)城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管網(wǎng)的特點，建立了城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道關鍵部位及高風險段檢測體系，以期為降低城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)事故發(fā)生概率提供一定的理論基礎。

聚乙烯管道；檢測技術；關鍵部位；高風險段

近年來，我國城鎮(zhèn)燃氣管道迅猛發(fā)展，并且聚乙烯管道以其價格低廉、材料來源廣泛、質量輕便、易施工、耐腐蝕等特點，在中低壓端城市燃氣管網(wǎng)中逐步取代了傳統(tǒng)的鑄鐵管和鋼管，成為了城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)中重要的組成部分。但受外界因素、應力破壞等一系列因素的影響，聚乙烯燃氣管道易發(fā)生泄漏、爆炸等安全事故，由于城鎮(zhèn)人口、建筑密集，人員活動頻繁，燃氣管道一旦發(fā)生事故，所造成的人身、財產及環(huán)境危害相對于野外長距離輸送管道事故危害更大。管道檢測技術可及時的發(fā)現(xiàn)管道在運行過程中存在的問題及安全隱患，及時的修補維護會降低管道事故造成的損失，現(xiàn)行管道檢測技術方法呈多元化發(fā)展，各自特點、用途均存在一定的差異性。因此，尋找科學、合理、適用于城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道的檢測方法和檢測體系，對城鎮(zhèn)燃氣管道安全運行，保護人身及財產的安全具有重要的意義。

我國燃氣管道檢測技術起源于20世紀60年代，隨著科學技術的不斷發(fā)展，在聲、光、電、磁等多個領域的先進技術逐漸應用于管道檢測領域，例如，超聲檢測技術、光纖傳感技術、漏磁檢測技術等；隨著數(shù)字及計算機領域的開發(fā)，管道機器人也逐漸成為管道檢測的重要組成部分；此外，傳統(tǒng)的壓力檢測、人工肉眼檢測等傳統(tǒng)檢測方法也隨著科學技術的發(fā)展而不斷進步，并逐步趨于科學、完善、制度化。

1 城鎮(zhèn)燃氣聚乙烯管道關鍵部位的檢測方法

管道檢測按照檢測介質或工具可大致分為電磁檢測、聲波檢測、光波檢測、壓力檢測、管道機器人和直接評價6大類。

1.1 電磁檢測技術主要方法

（1）漏磁檢測技術

漏磁通檢測被磁化到墻壁，然后讓穿過壁的磁力線，由于磁通的變化的壁缺陷發(fā)生，所以漏磁信號采集探針壁，根據(jù)信號之間的對應關系，確定和缺陷墻體受損情況。在1994年從美國引進的漏磁檢測設備，它真正開始研究和應用的漏磁檢測技術[1]。

（2）渦流檢測技術

渦流檢測是基于電磁場電磁無損檢測方法的原理，其基本原理是，通過線圈（勵磁線圈），使所測量的金屬管表面的渦流電流，依次產生渦流感應磁場作用在線圈上，只要在測試管的表面缺陷，它將使所述渦流環(huán)發(fā)生變形，由該勵磁線圈由渦流激發(fā)測通過改變感情傳感器（檢測線圈），分布和變化的大小，可以得到表面缺陷和腐蝕試驗管的狀態(tài)[2]。

（3）示蹤線法檢測技術

示蹤線技術就是在鋪設施工埋地管道時與管道一起埋入一條銅導線，用來在日后檢測管道的位置和深度，示蹤劑線法的檢測方法被廣泛應用在國內外。示蹤線在埋地管道施工中，想讓示蹤線在今后起到良好的作用，其施工方法和檢測方法的選擇是非常重要的。

1.2 聲波檢測技術主要方法

超聲波管道檢測儀通過發(fā)射和接受超聲波信號，進而分析可以實現(xiàn)精確定位管道內的缺陷、漏點或者凸出等，還可以預測將來一段時間內存在隱患部位管道發(fā)展及變化狀況。超聲波檢測技術不僅方便快捷，還可以實現(xiàn)管道的無損檢測，目前，超聲波檢測技術中壓電超聲檢測技術、電磁超聲檢測技術、相控陣超聲檢測技術和超聲導波技術應用較為廣泛。

（1）壓電超聲（UT）檢測技術

此技術采用管壁布置與超聲波探頭垂直入射的方式來減少測量管道壁厚減薄的金屬損失，進而將量化缺陷進一步準確量化，而且能夠提高靈敏度。

（2）電磁超聲檢測技術

當前，在市場上主要生產且投入商業(yè)運用的EMAT的企業(yè)有兩家，分別是德國的ROSEN公司以及美國的美國GE PII公司，通過了解發(fā)現(xiàn)，目前此類檢測器尚沒有系列化的程度。

（3）相控陣超聲檢測技術

相控陣超聲檢測系統(tǒng)是通過電子技術實現(xiàn)光束掃描方向，并且控制聚焦深度，以達到不同的厚度，不同的直徑，不同材質管焊縫的檢測。在不同的顏色或灰度圖像再現(xiàn)缺陷或內部結構信息的回波的形式所收集的信息，可以準確地確定在材料，尺寸、分布，取向缺陷的位置和等特點[3]。

（4）超聲導波檢測技術

近幾年以來，超聲波導檢測技術才迅速的發(fā)展并開始應用。在快速檢測的內部和外部腐蝕和周圍的軸向和在裂縫和金屬損耗（橫截面大于3%）的檢測裂紋常用，特別在埋地輸油氣場站工藝管線進行長距離檢測時具有其技術優(yōu)勢。

1.3 光波檢測技術主要方法

（1）光纖傳感技術檢測

目前光纖技術和激光正在以不可思議的速度迅速發(fā)展，這勢必會給未來的天然氣和石油管道的安全監(jiān)測技術的發(fā)展成熟帶來巨大的機遇，而分布式的光纖傳感技術則會成為未來的一個重要發(fā)展方向。隨著近年來，此技術不斷地被國內外的相關研究機構重視，也極大的推動了它的發(fā)展。

（2）數(shù)字射線檢測技術

目前我們采用的數(shù)字X射線技術，以DR和CR作為主要的檢測和成像技術，其中DR是可以利用電子設備直接進行掃描的一種成像技術而CR（X射線成像技術）則是用先進的影像版IP來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的膠片進行成像。由于DR和CR技術本身沒有成像薄膜，能夠以更小的像素尺寸和更款的動態(tài)范圍等多方面優(yōu)勢，而且在圖像所具備的的灰階指數(shù)、寬容度以及對比度方面都要優(yōu)于膠片。數(shù)字射線的應用可以加快工作的流程，并且能夠進行影響評估和網(wǎng)絡共享，勢必會在管道的環(huán)焊縫檢測領域也有一定的用武之地[4]。

（3）熱像顯示檢測技術

熱成像顯示就是我們所說的紅外熱成像檢測技術，它主要是通過紅外探測系統(tǒng)測得的溫度與管表面溫度場了解引起這種變化的力學性能、材料缺陷和腐蝕等原因及其影響程度。利用熱像顯示技術可做出管道的等溫線圖（或利用其他手段顯示），它的優(yōu)點是可以非接觸地進行在線測量，但成功應用的關鍵是管道表面存在著自發(fā)或誘發(fā)的溫度場[5,6]。

1.4 壓力檢測方法

長期以來我們一直采用壓力試驗來測定管道的完整性，目前這種方法已經(jīng)得到了業(yè)界的廣泛認可，同時它對于保持管道的完整性運行，他最大的特點就是可以檢查出管道因為時間的變化而出現(xiàn)的某些缺陷。我們在進行壓力實驗時必須要停止燃氣的供應，這勢必會造成工商業(yè)戶以及居民的正常生活的便利性降低；而進行強度試驗則會造成管道的大量積水從而影響管道的正常工作[7]。

1.5 管道機器人檢測

管道機器人是一種可在管道內行走的機械，可以攜帶一種或多種傳感器，在操作人員的遠端控制下進行一系列的管道檢測維修作業(yè)通過對與管道環(huán)境進行識別，從而接近檢測目標，并利用超聲波傳感器、漏磁通傳感器等多種檢測傳感器進行信息檢測和識別，自動完成檢測任務。其核心組成為管道環(huán)境識別系統(tǒng)（視覺系統(tǒng)）和移動載體[8]。

圖1 城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道關鍵部位檢測體系Fig.1 The key parts of the town polyethylene gas pipeline detection system

1.6 直接檢測技術

管道直接檢測技術主要依賴于管道運行管理及維護方工作人員通過肉眼與經(jīng)驗判斷進行管道安全性檢測。直接檢測技術很大程度上依賴于從業(yè)人員的專業(yè)素質與檢測經(jīng)驗，但是直接檢測技術具有較強的應變能力，對于突發(fā)事故與新出現(xiàn)的情況具有較強的處理能力，是管道檢測體系中不可或缺的組成部分。

2 城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道關鍵部位檢測體系的建立

在城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道檢測過程中，需要耗費大量的人力、物力，必要時候還可能停氣，對燃氣供應產生一定的影響；在城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管網(wǎng)中，很大部分管道運行平穩(wěn)，受破壞、發(fā)生事故的概率非常小，因此，本章只針對聚乙烯燃氣管道關鍵部位的檢測方法進行研究，并且建立了適用于城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道關鍵部位的檢測體系(圖1)。

3 城鎮(zhèn)燃氣聚乙烯管道高風險段的檢測方法

根據(jù)城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道事故分析可知，管道斷裂破壞是城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道發(fā)生事故的主要破壞形式之一，針對管道斷裂迫害高風險段的特點，建立了城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道高風險段檢測體系，如圖2所示。

圖2 城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道高風險段檢測體系Fig.2 The town PE gas pipeline high risk segment detection system

通過總結燃氣管道主要檢測技術及方法可以看出，每個檢測技術都有其獨特的特點，每個方法的適用范圍都存在一定的差異性；由于聚乙烯材料是電和磁的不良導體，因此，許多檢測方法不適用于聚乙烯管道，建立科學合理的燃氣管道檢測體系顯得至關重要。

4 結束語

（1）簡要介紹了城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道檢測的重要意義及發(fā)展現(xiàn)狀。

（2）列舉了現(xiàn)行主要的燃氣管道檢測技術及分類，根據(jù)城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道的特點，針對城鎮(zhèn)城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道的關鍵部位，建立了城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道關鍵部位評價體系。

（3）管道斷裂是城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道的主要破壞方式，針對其特點，建立了城鎮(zhèn)聚乙烯燃氣管道高風險段評價體系。

［1］李育忠，鄭宏麗，賈世民，等.國內外油氣管道檢測監(jiān)測技術發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 石油科技論壇2012(2)：30-32.

［2］索富強.油氣管道檢測技術及其防護方法[J].中國石油和化工標準與質量 2012,10（11）：15-32.

［3］左延田，俞厚德.在用埋地鋼質管道管體無損檢測技術[J].化工裝備技術 2010,31(6):54-56.

［4］續(xù)理，姚士洪，王成強，等.追蹤世界管道施工發(fā)展動態(tài)努力提高施工技術水平[J]石油科技論壇 2012(2):27-29.

［5］宋生奎，宮敬，才建,等.油氣管道內檢測技術研究進展[J].石油工程技術 2005,31(2):10-14.

［6］李志鵬，李艷紅，胡國新，等.燃氣管道檢測技術綜述[J].煤氣與熱力2003,23(9):566-570.

［7］邱姝娟,閔希華,吳明,等.穿越河流油氣管道檢測技術研究進展[J].管道技術與設備2009(3):21-23.

［8］黃云山.淺談埋地鋼質燃氣管道防腐蝕檢測項目與檢測方法[J]城市建設理論研究（電子版） 2013(9)．

Detection Methods of Key Parts and High-risk Segments of City Gas Polyethylene Pipes

ZHONG Ming，WU Ming
（College of Petroleum and Natural Gas Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

Research on safety monitoring methods of key parts and high-risk segments of city gas polyethylene pipe has great significance to safe running of the pipe and personal safety. In this paper, pipeline inspection technologies at home and abroad were summarized and classified according to their characteristics. The detection methods were divided into electromagnetic testing, acoustic detection, lightwave detection, pressure detection, pipeline robot and direct evaluation. And their advantages and disadvantages were analyzed. According to the characteristics of urban polyethylene gas pipe network, the detection system of key parts and high-risk segment of town polyethylene gas pipeline was established, which could provide a theoretical basis for reducing the urban gas pipeline accident probability.

Polyethylene pipe；Detection technology；Key parts；High risk period

TQ 352

： A

： 1671-0460（2015）10-2381-03

2015-03-14

鐘鳴（1989-），男，遼寧盤錦人，碩士學位，2015年畢業(yè)于遼寧石油化工大學油氣儲運工程專業(yè)，研究方向：油氣集輸技術研究。E-mail：339497977@qq.com。