聚乙烯燃?xì)饴竦毓艿罊z測技術(shù)研究

任 峰，生建文，劉 健

(中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100029)

0 引言

聚乙烯管道具有良好的耐腐蝕性，成本低、施工簡單，逐步取代鋼質(zhì)管道應(yīng)用到城市燃?xì)廨斉湫袠I(yè)中。國內(nèi)目前新建的城市燃?xì)庵械蛪汗艿阑静捎镁垡蚁┎馁|(zhì)[1]。為了減少燃?xì)庑孤┦鹿?，?yīng)對潛在的安全隱患進(jìn)行風(fēng)險分析和評估，采用先進(jìn)的檢測技術(shù)發(fā)現(xiàn)盡可能多的管道缺陷，降低管道運(yùn)行風(fēng)險，提前排查、消除安全隱患將逐步取代事故發(fā)生后再進(jìn)行緊急搶險的方法。

1 城市燃?xì)饴竦鼐垡蚁┕艿佬孤┌踩[患影響因素

1.1 管道本體質(zhì)量缺陷

管道本體質(zhì)量缺陷主要包括管件和管道本體質(zhì)量不合格造成的缺陷，例如管道在運(yùn)行過程中管件密封失效以及在制造、儲存過程中存在裂紋、劃傷等缺陷。按照CJJ 63—2018《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求，管材劃傷不能超過管材壁厚的10%。如圖1所示，鞍型三通密封失效，導(dǎo)致運(yùn)行的燃?xì)夤艿佬孤?/p>

圖1 鞍型三通密封失效

1.2 管道焊接缺陷

管道焊接缺陷主要是焊接過程中結(jié)構(gòu)不合理、焊接參數(shù)設(shè)置不合理，焊接面有雜質(zhì)以及環(huán)境影響等因素造成焊接接頭存在缺陷和變形。焊縫缺陷根據(jù)焊接方法不同分為電熔接頭缺陷和熱熔接頭缺陷。電熔接頭缺陷包括熔合面缺陷、孔洞、金屬絲錯位、冷焊等；熱熔接頭缺陷包括熔合面缺陷、冷焊、過焊、焊縫過短、焊縫不對中等。圖2為熱熔焊縫變形，由焊縫未對齊焊接造成。

圖2 熱熔焊縫變形

1.3 外力機(jī)械損傷

外力機(jī)械損傷是指管道受到外力機(jī)械作用造成管體變形或者損傷。圖3為管道受外力擠壓變形。圖4為管道破損，管道被第三方施工破壞造成泄漏。

圖3 管道受外力擠壓變形

圖4 管道破損

管道敷設(shè)時，應(yīng)隨管道走向埋設(shè)金屬示蹤線和警示帶(CJJ 63—2018《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》)，目前聚乙烯燃?xì)夤艿来嬖谑聚櫨€缺失的現(xiàn)象，導(dǎo)致埋地聚乙烯管道不能準(zhǔn)確定定位，外力機(jī)械損傷，也是管道安全運(yùn)行的難題。

1.4 其他因素

其他因素包括高溫、低溫、電擊等，聚乙烯管道相對于鋼質(zhì)管道能夠承受的溫度范圍較窄，聚乙烯管道附近存在高溫管道或者其他高溫物體，都有可能造成管道融熔失效，聚乙烯管道長期處于低溫環(huán)境有可能造成管道凍裂失效，因此在管道運(yùn)行過程中要充分考慮聚乙烯管道的周邊環(huán)境，做好保溫、隔離熱源、防雷擊等措施。

2 城市燃?xì)饴竦鼐垡蚁┕艿离[患排查檢測技術(shù)

2.1 目測法

目測法主要包括目視檢查和泄漏檢查。目視檢查范圍包括檢查管道本體、管件及焊縫外觀、變形及損傷。泄漏檢查是采用日常巡檢與燃?xì)庑孤z測結(jié)合的方法，能快速、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)燃?xì)庑孤c(diǎn)，是及時排除安全隱患的重要方法[2]。

熱熔接頭的目視檢查項目包括焊縫翻邊對稱性、接頭對正性檢驗和翻邊切除檢驗。翻邊應(yīng)沿整個外圓周平滑對稱，尺寸均勻、飽滿，不應(yīng)有切口或缺口狀缺陷；焊縫高度不能低于母材表面；焊接部位的錯變量不能超過管材壁厚的10%。

電熔接頭的目視檢查項目要求管件端口處應(yīng)有明顯刮皮痕跡；接縫處不應(yīng)有熔融料溢出；鞍型三通的出口應(yīng)垂直于管材中心線；電熔管件內(nèi)電阻絲不應(yīng)擠出，管件上觀察孔中應(yīng)能看到少量熔融料溢出，但不能呈流淌狀。

目視法簡單快捷，對發(fā)現(xiàn)管道表面宏觀缺陷以及燃?xì)庑孤c(diǎn)非常有效，缺點(diǎn)是對于埋地管道不能實(shí)施目視檢查。

2.2 力學(xué)性能試驗

力學(xué)性能試驗主要指針對熱熔接頭、電熔接頭進(jìn)行的破壞性試驗，通過檢測接頭的力學(xué)性能指標(biāo)確定接頭質(zhì)量。

對熱熔接頭采用拉伸試驗、三點(diǎn)彎曲試驗、拉伸蠕變測試等，通過這些試驗可以得到焊口的焊縫系數(shù)，評價焊接質(zhì)量和變形能力，可評價焊接接頭的壽命。

對電熔接頭采用電熔拉伸剝離、電熔擠壓剝離、鞍形三通焊接抗沖擊強(qiáng)度測定等，用管壁、管件壁或焊接面的破壞特征和剝離百分比表征焊接質(zhì)量，檢查是否有可見損傷，以此判定電熔接頭性能是否達(dá)標(biāo)。

力學(xué)性能試驗?zāi)転榻宇^質(zhì)量提供準(zhǔn)確的判定數(shù)據(jù)，但是由于操作復(fù)雜、成本較高，應(yīng)用受到限制。

2.3 無損檢測方法

無損檢測方法主要包括超聲波無損檢測方法和射線無損檢測方法。焊縫超聲檢測已經(jīng)發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)，例如檢測按照J(rèn)B/T 10662—2013《無損檢測 聚乙烯管道焊縫超聲檢測》、GB/T 29461—2012《聚乙烯管道電熔接頭超聲檢測》進(jìn)行，檢測結(jié)果評價參照GB/T 29460—2012《含缺陷聚乙烯管道電熔接頭安全評定》。射線檢測方法對接頭孔洞、金屬絲錯位、未熔合、未焊透等缺陷能進(jìn)行直觀反映。

由于聚乙烯材質(zhì)對聲波的損耗，超聲無損檢測的精度受到一定影響，中國特種設(shè)備檢測研究院采用超聲相控陣動態(tài)聚焦結(jié)合B掃查成像技術(shù)對焊縫進(jìn)行檢測，結(jié)果表明能夠?qū)θ毕荻ㄎ唬瑢缚p質(zhì)量進(jìn)行判定[3]。無損檢測方法還有待于進(jìn)一步研究，提高檢測能力和精度。

2.4 管道定位探測技術(shù)

造成外力機(jī)械損傷的主要原因是施工單位在對埋地聚乙烯管道位置、埋深定位不準(zhǔn)確的情況下施工造成管道本體損傷，而缺乏有效的埋地聚乙烯管道探測技術(shù)是事故的主要原因之一。

目前埋地聚乙烯管道探測定位可采用的設(shè)備主要包括：通過探測沿管道內(nèi)部傳播的聲波振動信號進(jìn)行管道定位的燃?xì)釶E管線探測儀GPPL，探測短聲波脈沖反射信號的APL地下(PE)管線探測儀[4]，探測高頻電磁波反射信號的探地雷達(dá)，探測示蹤線電磁信號的埋地管線探測儀[5]，對設(shè)備從操作簡易程度、是否與管道連接、定位準(zhǔn)確性、埋深探測準(zhǔn)確性、單次探測長度等方面進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表1。

表1 聚乙烯管道探測設(shè)備對比分析結(jié)果

通過以上研究發(fā)現(xiàn)示蹤線法是目前操作方便、準(zhǔn)確性高的聚乙烯管道探測技術(shù)，但是目前很多聚乙烯管道未安裝示蹤線，導(dǎo)致該技術(shù)不能使用；對于其他3項技術(shù)，燃?xì)釶E管線探測儀GPPL在管道定位方面較準(zhǔn)確，探地雷達(dá)在管道埋深探測方面較準(zhǔn)確，集合這2種技術(shù)的優(yōu)勢，可以提高聚乙烯管道定位、埋深檢測的準(zhǔn)確性。

應(yīng)用燃?xì)釶E管線探測儀GPPL+探地雷達(dá)的技術(shù)組合進(jìn)行聚乙烯管道現(xiàn)場探測，分3步進(jìn)行：

(1)利用燃?xì)釶E管線探測儀GPPL對聚乙烯管道進(jìn)行定位。管道定位探測現(xiàn)場如圖5所示。

圖5 管道定位探測現(xiàn)場圖片

(2)利用探地雷達(dá)選擇2處管道進(jìn)行埋深測量。探地雷達(dá)埋深探測1#坑檢測結(jié)果如圖6所示。埋深探測2#坑檢測結(jié)果如圖7所示。

圖6 埋深探測1#坑圖片

圖7 埋深探測2#坑圖片

(3)現(xiàn)場開挖，對管道的定位、埋深誤差進(jìn)行驗證。

通過結(jié)果分析得出結(jié)論：利用燃?xì)釶E管線探測儀GPPL進(jìn)行管道定位，單側(cè)能夠探測的管線距離在500～1 000 m之間?，F(xiàn)場實(shí)際開挖驗證2處，平面誤差：1#坑10 cm，2#坑0 cm。埋深探測誤差：1#坑探測埋深2.2 m，實(shí)際1.9 m；2#坑探測埋深1.4 m，實(shí)際埋深1.3 m。

探測結(jié)果表明：燃?xì)釶E管線探測儀GPPL+探地雷達(dá)的技術(shù)組合是目前比較實(shí)用的聚乙烯燃?xì)夤艿捞綔y方法。

3 基于管道內(nèi)示蹤線的埋地聚乙烯管道檢測新技術(shù)

為了能準(zhǔn)確、高效進(jìn)行埋地聚乙烯管道的探測，提出了基于管道內(nèi)示蹤線探測的新型聚乙烯管道探測技術(shù)，如圖8所示。用牽引裝置將示蹤線從聚乙烯管道內(nèi)部的一端牽引至另一端，然后將示蹤線接地，并與檢測信號發(fā)射機(jī)連接，啟動檢測信號發(fā)射機(jī)，使檢測信號通過示蹤線并形成回路，再利用檢測信號接收機(jī)沿管道走向，在地面對檢測信號進(jìn)行讀取分析，確定管道位置及埋深，避免聚乙烯管道受到第三方破壞。示蹤線可以安裝于管道內(nèi)部長期使用。此技術(shù)操作簡單，檢測準(zhǔn)確，不易受到環(huán)境影響，對于已經(jīng)施工完畢而未安裝示蹤線的管道尤其適用。關(guān)鍵問題在于牽拉裝置能通過聚乙烯管道的90°直角彎頭，目前該裝置已經(jīng)研制成功，已申請專利。

圖8 管道內(nèi)示蹤線探測示意圖

4 結(jié)論

(1)造成聚乙烯燃?xì)饴竦毓艿朗У闹饕蛩乜梢苑譃椋汗艿辣倔w質(zhì)量缺陷、管道焊接缺陷、外力機(jī)械損傷、其他因素，針對這些失效因素提出了目測法、力學(xué)性能試驗、無損檢測方法、管道定位檢測技術(shù)等措施。

(2)通過分析發(fā)現(xiàn)燃?xì)釶E管線探測儀GPPL在定位方面有優(yōu)勢，而探地雷達(dá)在管道埋深探測方面比較準(zhǔn)確，采用這2種方法結(jié)合進(jìn)行管道探測并進(jìn)行現(xiàn)場驗證，管道平面誤差最大10 cm、埋深誤差最大0.3 m，這種技術(shù)組合是目前比較實(shí)用的探測方法。

(3)示蹤線法探測聚乙烯管道方便快捷，對于未安裝示蹤線的管道研發(fā)了一種能通過聚乙烯管道90°直角彎頭的牽拉裝置，能夠用于聚乙烯管道的示蹤線在管道內(nèi)部的敷設(shè)，為聚乙烯管道的探測提供了檢測方案。