PipeDiver檢測在PCCP管檢測中的應用

丁文淵

（山西萬家寨水控水資源有限公司，山西 太原 030012）

預應力鋼筒混凝土管（簡稱PCCP管）是由鋼筒、混凝土管芯、預應力鋼絲與砂漿保護層組成的一種多層混合材料管道，具有高強鋼絲的抗拉伸特性、鋼板的防滲漏特性、混凝土的抗壓特性[1]，是一種高性能輸水管材，主要應用于大型水利工程，例如我國的南水北調工程、引黃工程均應用了PCCP管[2]。

PCCP管直徑大、制作難度大，在制作過程中難免會出現(xiàn)制造缺陷[3]。同時PCCP管長期運行也會出現(xiàn)超載、腐蝕等問題，會影響PCCP管強度；PCCP預應力鋼絲受到腐蝕后，會出現(xiàn)鋼絲斷裂，巨大的預應力釋放，易致爆管和水流噴射，造成經(jīng)濟、社會及環(huán)境破壞[4]。為保障管道運行安全性，采用管道無損檢測技術對PCCP管進行檢測。

管道無損檢測技術，包括電磁技術、聲學光纖監(jiān)測技術與聲波及超聲檢測技術，其中電磁檢測技術由于干擾少，檢測精度高，已成為PCCP管無損檢測的重要手段[5]，其中PipeDiver檢測的應用比較廣泛。

1 PipeDiver檢測

PipeDiver檢測是一種搭載PureEMTM電磁法技術的檢測平臺，由賽萊默（中國）有限公司設計，具有多功能性與可靠性的特點，能夠對正在運行的PCCP管道進行狀態(tài)評估，能有效地檢測出PCCP管中的鋼絲破損情況。

PipeDiver檢測采用了一種創(chuàng)新的自游式工具，由追蹤模塊、遠場變壓器耦合模塊與電池組模塊構成。PipeDiver檢測設備在檢測時，借助柔性承推瓣懸浮于管道居中位置，為檢測設備在水流中的運行提供動力。PipeDiver設備采用柔性設計，能夠靈活地通過PCCP管中的各個彎頭與管內蝶閥。檢測過程中遠場變壓器耦合模塊會不斷向外發(fā)送電磁場信號，管道中的預應力鋼絲將會放大電磁場信號，并會被遠場變壓器耦合模塊中的“接收機”接收，當預應力鋼線出現(xiàn)斷裂、破損時，“接收機”接受到的放大信號會發(fā)生局部變化。通過分析采集到的檢測數(shù)據(jù)，精確定位與量化PCCP管預應力鋼絲斷裂的位置與數(shù)量[6]。PipeDiver自游式檢測設備見圖1。

圖1 PipeDiver檢測設備

PipeDiver檢測相比其它檢測技術具有以下優(yōu)勢：一是PipeDiver檢測過程中可以保證管道的實時在壓狀態(tài)，進而可以有效的降低整個檢測的費用；二是靈活的柔性設計能夠保證設備通過管道中的絕大多數(shù)蝶閥與彎頭；三是能夠精確定位PCCP管中極其細微的鋼絲破損區(qū)域、斷絲數(shù)量，能夠幫助客戶選擇性地對PCCP管道進行修復與更換，降低PCCP管爆管風險，最大程度地避免發(fā)生公共安全事故、財產損失或大面積中斷供水服務的問題；四是僅需2個接入點，一個用于設備投放，一個用于設備回收，單次投放便能進行長距離干線檢測。并且可以隨時檢測，無需停水減壓，不會干擾地區(qū)供水服務。

2 PCCP檢測

2.1 工程簡介

引黃工程聯(lián)接段全長58.15km，其中43.2km采用PCCP管線輸水，輸水管內徑3m。聯(lián)接段工程自2003年正式投運，至今已安全穩(wěn)定運行了17年，聯(lián)接段的PCCP管線穿越城市、郊區(qū)等復雜地段，有必要對聯(lián)接段PCCP管的預應力鋼絲完整性進行全面檢測。本工程項目擬檢測引黃工程聯(lián)接段8號檢查井至20號檢查井之間管段，檢測段信息如表1所示。

表1 檢測段信息

2.2 PipeDiver檢測應用

2.2.1 智能球預檢

PCCP管道的通暢性，將影響PipeDiver檢測的實施。因此，在進行PipeDiver檢測前需要對待檢測的PCCP管道進行沿線通暢性追蹤檢測，以降低PipeDiver檢測風險。賽萊默公司提供了一種智能球技術，這是一種基于聲學原理，能夠準確定位管道泄漏、滯留氣囊的檢測技術。

智能球由泡沫球套和水密性合金小球構成，其中泡沫球套能夠為智能球提供更大的受力面積，使其能夠跟隨水流進行移動，同時也能避免合金小球與管道壁直接接觸產生低頻噪音，降低低頻信號干擾；水密性合金小球由電池組、電子元件和儀器儀表（內含聲傳感器、三軸加速度計、三軸磁強計，可與GPS進行時間同步的超聲波發(fā)射器以及溫度感應器）構成。

（1）追蹤傳感器布設

智能球在進行管道預檢時，在PCCP管道的管壁或管件上間隔500～1000m安裝追蹤用聲波傳感器，用于接收智能球的超聲波信號，以確定智能球位置。本工程將追蹤傳感器安裝于檢測人員易進入的閥井的蝶閥、空氣閥或容易靠近的裸露管壁處，且傳感器到管道內水流的距離不超過0.3m，在8號檢查井至20號檢查井檢測段共設置18個追蹤點。

（2）回收格柵安裝

智能球投放后需要進行回放，將在回收點安裝回收格柵（可同時用于智能球與PipeDiver檢測設備回收）阻止其繼續(xù)隨水流前移，并在格柵底部固定網(wǎng)兜用于回收設備。

本工程在安裝回收格柵時，須關閉6號檢修閥，使下游管道能夠繼續(xù)自流，直至20號檢查井采用插入式流速儀確認無壓后，打開檢查井內人孔蓋板，在檢查水位不超過30cm后由檢測人員進入管道安裝格柵。格柵安裝完成后，封閉回收口，打開6號檢修閥，恢復管道運行。

圖2 回收格柵

（3）智能球投放與回收

回收格柵安裝完成，管道恢復運行后，在設備投放點使用投球爪進行智能球投放。智能球將隨水流向前移動，追蹤傳感器全程追蹤智能球位置，當智能球到達回收點后，暫不進行回收，將與PipeDiver檢測設備一并停水回收。

2.2.2 PipeDiver檢測

待檢測的PCCP管道完成通暢性檢查后，便可進行PipeDiver檢測，整個檢測過程包括以下主要工作內容。

（1）追蹤傳感器布設

PipeDiver檢測設備的追蹤原理、追蹤設備、追蹤過程與上述智能球追蹤相同，PipeDiver檢測設備的追蹤傳感器布設可按照智能球布設方式。

（2）檢修閥角度調整

PipeDiver檢測設備為了適應PCCP管道內復雜的環(huán)境，采用了柔性設計，使其能夠靈活地通過管內蝶閥，例如實心閥板式蝶閥，可在設備全開狀態(tài)下直接通過；空心閥板式蝶閥則需要對閥板角度進行調整，本工程為了避免PipeDiver檢測設備鉆入空心閥板上的孔洞，將檢修蝶閥的閥門開至67°，如圖3所示。

圖3 空心蝶閥角度調整示意圖

（3）PipeDiver檢測設備投放

由于智能球投放時已在設備回收點安裝了回收格柵，且管道已恢復運行，檢修閥角度已進行調整，此時便可以投放PipeDiver檢測設備進行檢測。

本工程在PipeDiver檢測設備投放時，調節(jié)1號減壓閥前池內水位和前池出水速度，采用插入式流速儀確認8號檢查井達到無壓滿管狀態(tài)后打開井內人孔，由檢測人員將設備從人孔投入管道。在投放過程中由于設備重量超過200kg，現(xiàn)場環(huán)境無法停靠吊機，采用搭設支架，使用電動葫蘆輔助方式進行設備投放。投放完畢后，封閉投放口，使管道保持正常運行。

（4）PipeDiver檢測設備回收

檢測人員根據(jù)追蹤傳感器上報的位置信息，追蹤PipeDiver檢測設備位置，當設備到達20號回收點時，表示本次檢測完成，需要進行設備回收。回收時，采用安裝回收格柵的方法，使回收口達到無壓排空狀態(tài)，且水位不超過30cm。然后檢測人員下到管道內，再用吊機將設備吊出。最后拆除回收格柵，檢測人員全部出管后，封閉回收口，打開檢修閥，恢復管道運行。

（5）PipeDiver檢測數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場檢測將采集到詳細的管道檢測數(shù)據(jù)，由專業(yè)的數(shù)據(jù)分析人員對數(shù)據(jù)進行分析后，便能夠診斷出管道的斷線分布區(qū)域與數(shù)量。具體見圖4所示：

圖4 PipeDiver檢測數(shù)據(jù)分析

3 結語

文章深入探討了PipeDiver檢測在PCCP管檢測中的工作機制、優(yōu)勢，由此可見，PipeDiver檢測是一種性價比好、檢測精確度高的檢測方法，可大面積推廣。