城鎮(zhèn)燃?xì)饩垡蚁㏄E埋地管道失效模式及檢驗(yàn)方法分析

卓佳

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2107-5640-2456

摘? 要：現(xiàn)如今，城鎮(zhèn)燃?xì)饩垡蚁㏄E埋地管道（以下簡(jiǎn)稱PE燃?xì)夤艿溃┮殉蔀槭姓細(xì)鈮毫艿赖闹匾M成。PE燃?xì)夤艿涝靸r(jià)低、耐腐蝕、施工方便。上述種種優(yōu)點(diǎn)使得其在中、低燃?xì)鈮毫Ψ秶鷥?nèi)得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)于在役的PE燃?xì)夤艿肋M(jìn)行全面檢驗(yàn)，在我國(guó)的一些發(fā)達(dá)地區(qū)已有部分標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，但目前還沒(méi)有形成一套完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。本文梳理了各種實(shí)際應(yīng)用中PE燃?xì)夤艿赖氖Ｊ?，結(jié)合常見(jiàn)的技術(shù)重難點(diǎn)（PE管線的定位、泄漏點(diǎn)如何排查），加上目前主流的檢驗(yàn)方法，總結(jié)與分析了一套關(guān)于PE燃?xì)夤艿赖膯?wèn)題管理辦法。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)燃?xì)? 聚乙烯（PE）? 管道檢驗(yàn)? 壓力管道? 質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：TU996? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2021）06（b）-0007-03

The failure mode and inspection method analysis of urban gas polyethylene PE buried pipeline

ZHUO Jia

（Chongqing Zhongliangshan YuNeng Gas Co. Ltd，Chongqing，400050? China）

Abstract： Urban gas polyethylene PE buried pipeline （PE gas pipeline） has now become an important component of municipal gas pressure pipeline.PE gas pipeline has the advantages of low cost， corrosion resistance and convenient construction. The above advantages make it widely used in the range of medium and low gas pressure. For the comprehensive inspection of PE gas pipelines in service， some standards have been issued in some developed areas of our country， but a complete standard system has not been formed at present.In this paper， the failure modes of PE gas pipeline in various practical applications are sorted out， and a set of problem management methods for PE gas pipeline is summarized and analyzed in combination with common technical difficulties （PE pipeline positioning， how to check the leakage point） and the current mainstream inspection methods.

Key Words： Urban gas; Polyethylene （PE）; Pipeline inspection; Pressure pipeline; Quality control

對(duì)于工作壓力小于0.8MPa的燃?xì)鈮毫芫W(wǎng)，聚乙烯PE管道相比傳統(tǒng)的鋼制管道有著十分明顯的使用優(yōu)勢(shì)。而對(duì)于PE燃?xì)夤艿?，由特種設(shè)備安全管理對(duì)應(yīng)的法規(guī)，必須對(duì)其進(jìn)行全面檢驗(yàn)。根據(jù)《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則—公用管道》（TSG? D7004 -2010）的適用范圍，PE燃?xì)夤艿赖臋z驗(yàn)只有一般性的規(guī)定。在我國(guó)，有著相對(duì)成熟標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)以上海等發(fā)達(dá)城市為主。在上海市頒布的《燃?xì)饩垡蚁┕艿蓝ㄆ跈z驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（DB31/T 1162-2019）有關(guān)規(guī)定之外，PE燃?xì)夤艿赖娜鏅z驗(yàn)，在應(yīng)用過(guò)程中還有著以下技術(shù)困難。

1? PE燃?xì)饴竦毓艿朗褂弥械膯?wèn)題

1.1 漏點(diǎn)的排查工作

管道流動(dòng)的主要工質(zhì)——燃?xì)馐敲芏缺瓤諝廨p的擴(kuò)散性流體，在埋地管道流動(dòng)中，如發(fā)生泄漏，將會(huì)沿著土壤縫隙向四周（主要是向上）流動(dòng)。水渠、管溝、地線建筑房間、大型構(gòu)筑物都有可能成為泄漏燃?xì)獾木奂?。而燃?xì)夤芾砥髽I(yè)在日常巡檢或搶險(xiǎn)任務(wù)中檢測(cè)到的燃?xì)獾牡攸c(diǎn)，不一定是真正的管道泄漏點(diǎn)。

1.2 探測(cè)定位的技術(shù)問(wèn)題

由于早年P(guān)E燃?xì)夤艿腊惭b的不規(guī)范，或者第三方施工破壞，很多管道的示蹤線存在缺失。而非金屬管道非常依賴示蹤線的定位，PE材質(zhì)的絕緣性，讓傳統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛的電信號(hào)探管工作難以開(kāi)展[1]。

1.3 PE管道失效機(jī)理缺少理論支撐

PE燃?xì)夤艿赖氖褂媚晗逓?0年，但這種材質(zhì)的管道實(shí)際投入市政公用的時(shí)間并不長(zhǎng)。管道的附屬管件，如套筒、彎頭、三通、管帽和管道的結(jié)合不一定能和管道本身形成致密的整體。在運(yùn)輸、安裝、施工、投運(yùn)后管理等多個(gè)環(huán)節(jié)，難以對(duì)其質(zhì)量達(dá)到有效控制，這些是PE燃?xì)夤艿朗У闹饕騕2]。

2? 全面檢驗(yàn)的步驟

由PE燃?xì)夤艿赖挠袡C(jī)高分子材料特性出發(fā)，區(qū)別于傳統(tǒng)金屬管道，對(duì)該種材質(zhì)的管道全面檢驗(yàn)分為審查資料、外觀檢查、直接式開(kāi)挖檢驗(yàn)、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估等幾個(gè)步驟[3]。

2.1 審查資料

由燃?xì)馄髽I(yè)管理經(jīng)驗(yàn)和特種設(shè)備檢驗(yàn)規(guī)范，審查資料主要有施工安裝資料、設(shè)計(jì)文件、驗(yàn)收檔案、運(yùn)行狀況分析、定期檢驗(yàn)報(bào)告和上一次全面檢驗(yàn)報(bào)告等。

2.2 外觀檢查

PE燃?xì)夤艿劳庥^檢查分為泄漏地區(qū)檢查、安裝位置、標(biāo)志樁（磚）檢查、示蹤線檢查、管道穿越、閥室閥井和管道元器件等多個(gè)部位的檢查。環(huán)境檢查包括管道裸露、占?jí)簡(jiǎn)栴}、第三方施工、地質(zhì)條件的不良因素、生物損害等情況。

2.3 直接式開(kāi)挖檢驗(yàn)

開(kāi)直接式開(kāi)挖檢驗(yàn)：管道安裝質(zhì)量（埋深、回填土質(zhì)、壓實(shí)度、示蹤線、保護(hù)蓋板、警示標(biāo)志）和管道本體狀況（質(zhì)量、管徑、不圓度、焊接宏觀質(zhì)量、超聲波檢測(cè)狀況）[4]。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估

對(duì)于PE燃?xì)夤艿勒麄€(gè)運(yùn)行周期進(jìn)行失效性概率分析。綜合各類影響因素，如施工質(zhì)量、設(shè)計(jì)合理程度、運(yùn)行安全保證投入程度、第三方施工地區(qū)頻繁度、人為破壞因素（恐怖襲擊等），對(duì)管網(wǎng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行公式化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估。

3? 檢驗(yàn)技術(shù)分析

3.1 埋設(shè)位置的測(cè)定

由于PE燃?xì)夤艿赖姆墙饘偬匦裕绻惭b規(guī)范，則通過(guò)示蹤線及標(biāo)志測(cè)物定位是最簡(jiǎn)單、高效的?！毒垡蚁┤?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 63-2018）的6.3.4項(xiàng)中規(guī)定：示蹤線應(yīng)敷設(shè)在聚乙烯燃?xì)夤艿赖恼戏?，并?yīng)有良好的導(dǎo)電性和有效的電氣連接，示蹤線上應(yīng)設(shè)置信號(hào)源專用井。

然而，由于受到多種因素的影響，很多時(shí)候金屬示蹤線缺失或安裝不合格，之后的檢測(cè)就會(huì)因此徒生很多困難。綜上所述，近年來(lái)使用頻率較高的方法有探地雷達(dá)法、弱磁法、聲波法、電磁法（有示蹤線）。

探地雷達(dá)比弱磁法使用更加普及。但是在近年來(lái)的工程實(shí)際中，弱磁法可行度正逐步提高。雖然非金屬管道的探測(cè)精度遠(yuǎn)不及金屬管道，但通過(guò)多種儀器交叉搭配使用，也可以達(dá)到令人滿意的要求。如圖1所示，利用失蹤法對(duì)管線定位。

3.2 泄漏檢查

可燃?xì)怏w有著獨(dú)特的分子電化學(xué)性質(zhì)，通過(guò)這些性質(zhì)可以利用精密的電子儀器進(jìn)行低成本探測(cè)。在泄漏檢查中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注管道連接處，各個(gè)管件安裝位置處進(jìn)行檢測(cè)。而對(duì)于整個(gè)區(qū)域來(lái)講，易沉降地區(qū)、管道裸露區(qū)域、深根植物種植處、植物異?？菸?、氣味異常處則應(yīng)為擴(kuò)大檢查的重點(diǎn)[5]。管道埋設(shè)周?chē)牡叵旅荛]空間（管溝、渠道、建構(gòu)筑物）也應(yīng)按照泄漏可燃?xì)怏w濃度梯度進(jìn)行順藤摸瓜式排查，直至找到最終泄漏點(diǎn)。

3.3 焊接工藝及檢測(cè)方法

3.3.1 非金屬管道的焊接

PE燃?xì)夤苡袃纱蠛附臃绞剑弘娙莺附?、熱熔焊接。而在最新的?guó)家規(guī)范中要求：采用全自動(dòng)焊接設(shè)備，消除人為施工質(zhì)量干擾，已經(jīng)成為了強(qiáng)制要求。

3.3.2 焊接部位的缺陷

PE管焊接部位缺陷有熔合面夾雜、管材承插不到位、冷焊、孔洞、過(guò)焊、電阻絲錯(cuò)位。

熔合面夾雜缺陷有未清理焊接面、未刮削氧化皮、套筒熔面被污染。

管材承插不到位，主要為人為施工因素，焊接工人的操作水平成為質(zhì)量關(guān)鍵。

冷焊產(chǎn)生的缺陷，因焊接熱量問(wèn)題導(dǎo)致，焊接時(shí)間短、管件連接間隙過(guò)大、施工電壓不足都會(huì)引起冷焊缺陷。

孔洞：由于管道制造本身產(chǎn)生孔洞、焊接過(guò)程中水漬油泥產(chǎn)生的蒸汽氣孔、冷卻縮孔產(chǎn)生。

過(guò)焊與冷焊相反，是由焊接能量過(guò)大造成，電焊電壓過(guò)高，加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，管件間配合無(wú)空隙都是過(guò)焊的影響因素。

電阻絲錯(cuò)位，一般是由于材料流動(dòng)性太大造成（塑料材質(zhì)加熱后成熔融流體）。

3.3.3 相控陣檢測(cè)技術(shù)在PE燃?xì)夤芎附又械膽?yīng)用

耦合聚焦超聲波的檢測(cè)是PE燃?xì)夤艿罒崛酆附拥淖钚聶z測(cè)手段。相控陣超聲檢測(cè)通過(guò)《聚乙烯管道電熔接頭超聲檢驗(yàn)》（GB/T 29461-2012）實(shí)施，檢測(cè)后按《含缺陷聚乙烯管道電熔接頭安全評(píng)定》（GB/T 29460-2012）進(jìn)行安全評(píng)定。

3.4 理化性能檢測(cè)技術(shù)在PE燃?xì)夤芎附又械膽?yīng)用

PE燃?xì)夤艿莱Ｄ曷裨O(shè)于地下，需要對(duì)其系統(tǒng)性的全面檢驗(yàn)來(lái)判斷風(fēng)險(xiǎn)高低，地下的各種環(huán)境變化（物理化學(xué)影響）將對(duì)PE燃?xì)夤艿喇a(chǎn)生不可預(yù)見(jiàn)的影響，而理化性能檢驗(yàn)則是目前所掌握技術(shù)中，對(duì)PE燃?xì)夤艿肋M(jìn)行檢驗(yàn)的重要手段。它主要包括了耐慢速裂紋增長(zhǎng)試驗(yàn)、靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)、斷裂裂紋伸長(zhǎng)試驗(yàn)、氧化誘導(dǎo)作用試驗(yàn)。

對(duì)于厚壁的PE燃?xì)夤艿溃üQ壁厚大于5mm），因按照規(guī)范要求進(jìn)行耐慢速裂紋增長(zhǎng)試驗(yàn)。對(duì)于PE80管材環(huán)應(yīng)力為4.0MPa，PE100管材為4.6MPa，溫度選取80℃作為試驗(yàn)溫度。靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)同樣按照規(guī)范要求進(jìn)行，對(duì)于PE80管材環(huán)應(yīng)力為4.5MPa，PE100管材為45.4MPa，溫度選取80℃作為試驗(yàn)溫度。在該條件下，可評(píng)價(jià)管道的力學(xué)性能。

氧化誘導(dǎo)作用試驗(yàn)由對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行試驗(yàn)，溫度取200℃作為試驗(yàn)溫度，PE燃?xì)夤艿赖目估匣芰捎纱藖?lái)評(píng)價(jià)。

3.5 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估在PE燃?xì)夤艿乐械膽?yīng)用

由于PE燃?xì)夤艿涝诟魇姓芫W(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用時(shí)間較短，我國(guó)目前尚未制定PE燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。但是在空間上，我國(guó)的應(yīng)用規(guī)模又非常廣大，PE燃?xì)饴竦毓艿赖氖О咐延辛俗銐虻姆e累，有關(guān)的研究機(jī)構(gòu)根據(jù)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)模擬分析，提出了上述管道失效的可能性和在失效之后的嚴(yán)重程度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估辦法。通過(guò)使用決策樹(shù)定性分析方法、影響因素權(quán)重分配模型，來(lái)對(duì)失效的概率分布進(jìn)行打分[6]。

4? 燃?xì)馄髽I(yè)在管道安裝運(yùn)營(yíng)上的實(shí)踐

事實(shí)上，很多在管理和技術(shù)走在行業(yè)前列的燃?xì)馄髽I(yè)，已經(jīng)開(kāi)始全部或部分利用上述方法進(jìn)行PE燃?xì)饴竦毓艿赖氖Ｊ椒治龊腿鏅z驗(yàn)了。而根據(jù)不同的工程情況、不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、不同的區(qū)域生物屬性、不同的第三方作業(yè)情況，制定個(gè)性化的管理方案，將會(huì)是各大燃?xì)馄髽I(yè)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。在管理過(guò)程中，管道的埋深不足、回填壓實(shí)不規(guī)范、占?jí)喝闆r等諸多問(wèn)題需要燃?xì)馄髽I(yè)建立全面檢測(cè)臺(tái)賬來(lái)進(jìn)行隱患立消整改，這一點(diǎn)在技術(shù)上并不困難。然而，對(duì)管道進(jìn)行焊接部位抽樣點(diǎn)控相位陣列無(wú)損檢測(cè)，取樣做熱穩(wěn)定試驗(yàn)、拉伸拉伸剝離試驗(yàn)來(lái)控制管道質(zhì)量性能，則需要配合專業(yè)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行。

5? 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于管理中壓燃?xì)夤艿溃ㄔO(shè)計(jì)壓力>0.1MPa）的城鎮(zhèn)燃?xì)馄髽I(yè)來(lái)說(shuō)，不管是出于對(duì)安全平穩(wěn)供氣的需求，還是對(duì)法律法規(guī)的遵守，都應(yīng)該對(duì)在役的PE燃?xì)饴竦毓艿肋M(jìn)行全面檢驗(yàn)。而在可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，國(guó)家也會(huì)出臺(tái)強(qiáng)制性規(guī)范來(lái)約束整個(gè)行業(yè)的經(jīng)營(yíng)行為。本文通過(guò)對(duì)目前常見(jiàn)的技術(shù)難點(diǎn)出發(fā)（漏點(diǎn)的排查手段有限、探測(cè)定位的技術(shù)困難、PE管道失效機(jī)理缺少理論支撐），向PE燃?xì)饴竦毓艿赖墓芾硖岢隽巳鏅z驗(yàn)方法和要求。利用現(xiàn)有的檢驗(yàn)檢測(cè)儀器設(shè)備，通過(guò)方法原理梳理，對(duì)PE燃?xì)夤艿廊鏅z驗(yàn)再次進(jìn)行深入的探討。

由于筆者水平有限，本文中的方法在應(yīng)用中是否高效和可行，還有待該領(lǐng)域?qū)＜业纳倘厄?yàn)證。同時(shí)也希望，PE燃?xì)夤艿赖亩ㄆ跈z驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)能盡早出臺(tái)，從而執(zhí)導(dǎo)整個(gè)燃?xì)馄髽I(yè)的全面檢測(cè)工作，保障市政燃?xì)釶E管網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

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