埋地PE燃氣管道全面檢驗方法綜述*

左延田湯曉英錢耀洲

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院)

埋地PE燃氣管道全面檢驗方法綜述*

左延田**湯曉英錢耀洲

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院)

PE燃氣管道是壓力管道的一種。在用的PE燃氣管道要進行全面檢驗，但是目前關于PE燃氣管道的全面檢驗還沒有形成一套標準體系。綜述了對于現有的PE燃氣管道檢驗檢測的技術難點，例如定位困難、泄漏點確定困難、PE燃氣管道失效機理不明等，并總結了現有的、有針對性的解決方法。

PE燃氣管道全面檢驗技術難點焊接接頭壓力管道無損檢測

1 PE燃氣管道全面檢驗概述

目前，PE燃氣管越來越多地應用于城市埋地燃氣管道建設中，一般用于設計壓力為0.4 MPa、工作壓力≤0.32 MPa的燃氣管道中。PE燃氣管道是壓力管道的一種，按照《中華人民共和國特種設備安全法》[1]，在役的PE燃氣管道要進行全面檢驗。雖然TSG D7003—2010《壓力管道定期檢驗規則——公用管道》[2]對城市燃氣管道（PE）的全面檢驗進行了一般的原則規定，但是不具有操作性。也就是說，目前國內對PE燃氣管道的檢驗還沒有形成一套配套標準與方法體系，各檢驗結構都在摸索著進行PE燃氣管道的全面檢驗工作。除了常規的檢驗難點外，PE燃氣管道全面檢驗工作還具有如下一些獨特的技術難點[3]：

（1）PE燃氣管道定位困難

在管道檢驗過程中，需要準確定位PE燃氣管道的位置及埋深。由于當初在設計、建造時未對此問題作妥善處理，因此造成了日后檢驗時困難很多。

（2）PE燃氣管道泄漏位置點難以確定

由于泄漏的氣體會沿著土壤介質的縫隙流動，因此在一定范圍內都能查出燃氣泄漏。但查出有燃氣泄漏的地方并不一定就是燃氣管道的泄漏點位置，要準確確定泄漏點位置是有一定難度的。

（3）PE燃氣管道失效機理不是很明確

雖然PE燃氣管材的優越性能(耐腐蝕性強，柔韌性好，重量輕，連接方便，摩阻低，管材使用壽命長達50年以上等)已得到很多部門的認可，但是管材的使用壽命并不等于輸配系統的使用壽命。應用實踐表明，即使采用完全符合標準的管材、管件、閥門等單元產品，如果施工管理得不到有效控制，施工質量也難以保證，再加上平時運行管理不善，這些因素都可能對管道輸送系統造成不良影響。

2 全面檢驗要求

根據PE燃氣管道及其全面檢驗工作的特點，PE燃氣管道（≤0.4 MPa）的全面檢驗工作一般包括如下項目。

（1）原始資料審查

一般要審查的項目：管道的設計單位和安裝單位，設計規范，施工及驗收規范，設計壓力，操作壓力，設計溫度，操作溫度，竣工驗收日期，投用日期，管道規格，設計介質及使用介質等；審查安全管理資料（安全管理規章制度、安全操作規則、管道作業人員證等）；審查技術檔案資料；審查運行狀況資料等。

（2）外部宏觀檢驗和敷設環境調查

主要進行泄漏檢查，位置與走向檢查，地面標志檢查，管道沿線地表環境調查，穿、跨越管段檢查及其他管道元件的檢查。對于PE燃氣管道來說，敷設環境調查主要是進行地區級別的調查。

（3）開挖直接檢驗

主要檢查PE燃氣管道的外觀質量（顏色、光澤變化情況，麻面、鼓泡、裂紋等情況）和表面缺陷（槽痕、鑿痕、凹痕、老化降解等情況），檢查鋼塑接頭質量狀況，管道焊接接頭質量（管道整體質量檢查、管道缺陷檢測及焊接接頭相控陣檢測）等，必要時或條件允許時，可進行現場取樣，進行理化性能檢驗等。

（4）對整個管網進行風險評估

從“第三方破壞”、“設備（裝置）及操作”和“本質安全質量”三方面考慮管道失效的可能性，從“介質的短期危害性”、“介質的擴散性”和“中斷對下游用戶的影響”等方面考慮失效后果，從而評估管網的風險。

3 采取的技術措施

（1）管道定位檢查

采用管道定位技術（示蹤法、探地雷達法）進行管道方位、埋深等方面探查。按照CJJ 63—2008《聚乙烯燃氣管道工程技術規范》[4]中5.2.4條的規定，敷設PE燃氣管道時，需要沿管線埋設示蹤線，保證示蹤線有良好的導電性和有效的電氣連接，并設置信號源井。為了準確確定管線埋深，應把示蹤線緊貼管道埋設（示蹤線設在管道頂部還是側面，需要提前統一標準），示蹤線要具有一定的強度，且需絕緣。信號源井應充分利用閥井來進行設置。利用示蹤線查找管線如圖1所示。

圖1 利用示蹤線查找管線

PE燃氣管道施工時，應隨管道埋設金屬示蹤線，但有些PE燃氣管道工程并沒有埋設金屬示蹤線，還有一些是施工不規范造成示蹤線斷開或未連接，這都給后期的維護帶來了問題。目前，PE燃氣管道的探查有電磁法、探地雷達法及震動波法等，電磁法主要應用在有示蹤線的PE燃氣管道上，探地雷達法和震動波法主要用來探查復雜部位管線和沒有示蹤線的PE燃氣管道。

上海市特種設備監督檢驗技術研究院（以下簡稱上海市特檢院）已經購置了某型探地雷達，并進行了該設備的應用開發工作。由于南方地下水位較高，城市管網較多，因此存在著相互干擾等情況。研究表明，該類型設備應用于城市PE燃氣管道的定位檢測還有很多需要解決的實際問題。圖2為某探地雷達進行現場檢測的照片。

（2）泄漏檢查

采用氣體嗅敏儀法或基于聲波的泄漏定位技術進行PE燃氣管道泄漏檢測（主要在閥門井內或有泄漏跡象的地方）。圖3為采用泄漏儀進行泄漏檢測現場照片。由于管道埋在地下，不容易準確定位，因此對于PE燃氣管可在氣體泄漏的可疑范圍地面多打孔，通過檢測孔內氣體濃度判斷漏氣點。

圖2 探地雷達法檢測PE燃氣管道現場

圖3 泄漏儀現場查漏

（3）PE燃氣管焊接接頭的無損檢測

①常用的焊接接頭種類

PE燃氣管的連接是管道整個安裝過程中最重要的工序，是保證結構完整性、安全運營和持久強度的重要環節，連接的質量直接關系到管道的運行壽命。電熔焊接和熱熔焊接是中高密度聚乙烯燃氣管的主要連接方法。

②焊接接頭中常見的缺陷類型[5]

PE燃氣管焊接接頭中存在的主要缺陷有如下四類：熔合面缺陷，氣泡與孔洞，金屬絲錯位（電熔連接時），冷焊。其中熔合面缺陷是指出現在熔合界面上的缺陷，主要包括未熔合、夾雜等，該類缺陷屬于面積型缺陷。未熔合主要是指焊接界面未熔合，即套筒內壁與管材外壁間或對接接頭中出現沒有完全熔合在一起的現象，如圖4所示。若套筒內壁或管材外壁（或對接接頭處）在焊接前粘有污物，焊接后這些污物就會成為熔接界面中的夾雜，如圖5所示。孔洞是指位于焊接界面上或在焊接界面附近出現的空洞，如圖6所示，該類缺陷屬于體積型缺陷。金屬絲錯位是指原先均勻排布的電阻絲在焊接后發生了水平或垂直方向的位移，如圖7所示。冷焊是指焊接接頭焊接熱量不足造成的缺陷，如圖8所示。

圖4 未熔合

圖5 夾雜

圖6 空洞

圖7 金屬絲錯位

圖8 冷焊

③PE燃氣管接頭相控陣檢測

超聲相控陣方法可用于焊接接頭的無損檢測。GB/T 29461—2012《聚乙烯管道電熔接頭超聲檢測》[6]給出了聚乙烯管道焊接接頭的超聲檢測方法，一般要采用相控陣聚焦探頭，探頭頻率根據管件厚度選定。不同管件厚度適用的探頭頻率如表1所示。能夠檢測的缺陷類型為：熔合面夾雜、電阻絲錯位、孔洞、冷焊、過焊等缺陷。檢測后參照GB/ T 29460—2012《含缺陷聚乙烯管道電熔接頭安全評定》[7]進行安全評定。

目前，對于熱熔連接的焊接接頭超聲檢測國家還沒有相應的標準和規范，上海市特檢院制定了上海市地方標準《燃氣用聚乙烯管道焊接接頭相控陣超聲檢測》[8]。該標準采納了我國燃氣用聚乙烯管道熱熔接頭缺陷檢測及安全評定的研究成果，對熱熔對接接頭相控陣的檢測設備、檢測參數、檢測方法進行了大量的研究優化和試驗，可有效檢測熱熔接頭中的一些常見缺陷，如熔合面夾雜、空洞、未熔合等。該標準是對各種缺陷的熱熔接頭進行了大量的試驗和分析確定的，可為安全評定提供依據。

表1 不同管件厚度適用的探頭頻率

（4）PE燃氣管及焊接接頭理化性能檢測

PE燃氣管及焊接接頭一般都是埋地敷設，經過一定時間的運行后，其具有的理化性能是否有改變，這是埋地PE燃氣管道檢驗過程中的一個關系到本質安全的檢驗項目。應對所考察的管子及其焊接接頭進行拉伸試驗、拉伸剝離試驗、高溫靜液壓試驗、熱穩定性試驗等相關試驗，可以和原先的數據進行對比（若有數據時），也可以實時地評估現有的埋地PE燃氣管道的理化性能指標，評估其是否滿足相應的標準及規范等。

拉伸剝離試驗是考察焊接接頭焊接性能使用得最多、最廣泛的方法。根據GB/T 19808—2005《塑料管材和管件公稱外徑大于或等于90 mm的聚乙烯電熔組件的拉伸剝離試驗》[9]進行電熔接頭拉伸剝離性能試驗；根據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》[10]進行熱熔接頭拉伸性能試驗，可以評估目前管道焊接接頭的拉伸剝離性能。

高溫靜液壓試驗可模擬評估不同缺陷下的管道失效模式。按照GB 15558.2—2005《燃氣用埋地聚乙烯（PE）管道系統》[11]第2部分中對聚乙烯管件的檢驗要求進行電熔、熱熔接頭的力學性能試驗，試驗在80℃下進行，試樣內、外介質均為水，試驗壓力4.5 MPa(環應力)，保壓時間≥165 h。參照GB/T 6111—2003《流體輸送用熱塑性塑料管材耐內壓試驗方法》[12]進行靜壓試驗，可快速評價管道目前是否具有滿足相關標準的力學性能。

熱穩定性試驗就是通過測定試樣在高溫氧氣條件下開始發生自動催化氧化反應的時間，對試樣的熱穩定性作出評價。按照GB/T 17391—1998《聚乙烯管材與管件熱穩定性試驗方法》[13]可部分地評價出管道的老化性能。

（5）PE燃氣管道的風險評估

目前國內還沒有關于PE燃氣管道風險評估的國家標準，但已有研究機構對城鎮PE燃氣管道、燃氣埋地管道的事故和失效分析進行了有益的探索。例如，利用故障樹定性分析方法和層次分析法進行管道危險性辨識，各因素權重以分配分值確定，建立城市PE燃氣管道失效可能性評分體系，同時在總結各失效后果的基礎上，利用層次分析法為各因素分配分值，建立失效后果評分體系，最終形成半定量的PE燃氣管道風險評估方法體系。

國外，美國、加拿大等國也進行了與燃氣管道完整性管理相關的研究。以下簡單介紹一下美國的相關情況。美國于2000年起開展了燃氣管道完整性管理研究。美國燃氣基金會（AGF）于2005年發布了燃氣管道的安全績效及完整性研究報告。管道和危險材料安全管理局（PHMSA）2005年發布了燃氣管道完整性管理I期研究報告，并于2009年頒布了燃氣管道完整性管理法規CFR Part 192 Subpart P，還在2011年規定了燃氣管道運營商須制定并實施燃氣管道完整性管理。美國交通部（DOT）規定了中低壓燃氣管道的完整性管理流程，要求運營商必須制定并實施書面的、滿足以下要素的城市燃氣管道完整性管理體系，如圖9所示。

圖9 美國城市燃氣管道完整性管理體系

4 工程實踐

采用上述檢驗檢測方法，上海市特檢院編制了詳細的檢驗方案，對某PE燃氣管道進行了全面檢驗工程實踐。檢驗中發現，管道存在直接占壓、部分管段埋深不足、沒有安裝示蹤線、部分閥門井損壞及存在較大泄漏等問題，開挖處管材外表面存在鑿痕、劃傷等缺陷。此外，還對管道的焊接接頭（電熔、熱熔結構）進行了超聲相控陣檢測，現場取樣進行了拉伸試驗、拉伸剝離試驗、高溫靜液壓試驗、熱穩定性試驗等相關試驗，試驗結果均合格，取得了較好的效果。圖10是現場開挖直接檢驗圖，線框內為發現的鑿痕。圖11是現場相控陣檢測圖，圖12是熱穩定性試驗圖。

圖10 開挖直接檢驗

圖12 熱穩定性試驗圖

5 結論

PE燃氣管道是壓力管道的一種。在用的PE燃氣管道要進行全面檢驗，但是目前關于PE燃氣管道的全面檢驗還沒有形成一套標準體系。本文綜述了對于現有的PE燃氣管道檢驗檢測的技術難點，例如定位困難、泄漏點確定困難、PE燃氣管道失效機理不明等，并總結了現有的、有針對性的解決方法。采用上述的檢驗檢測方法和技術，基本上能夠滿足PE燃氣管道全面檢驗的要求。但是相關的做法還有待于國家權威部門的認可，或者說希望國家有關部門盡快出臺關于PE燃氣管道定期檢驗的相關配套檢驗檢測標準，這樣就能更好地進行燃氣管道的全面檢驗工作，更好地為城市PE燃氣管道的安全運行保駕護航。

[1]中華人民共和國特種設備安全法[S].北京：中國質檢出版社/中國標準出版社，2013.

[2]TSG D7004—2010壓力管道定期檢驗規則——公用管道[S].北京：新華出版社，2010.

[3]任峰，何仁洋，等.城市燃氣管網檢測技術研究[J].管道技術與設備，2014（5）：17-23.

[4]CJJ 63—2008聚乙烯燃氣管道工程技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[5]王卉.聚乙烯燃氣管道電熔接頭缺陷的超聲檢測及安全評定[D].杭州：浙江大學，2007.

[6]GB/T 29461—2012聚乙烯管道電熔接頭超聲檢測[S].北京：中國標準出版社，2012.

[7]GB/T 29460—2012含缺陷聚乙烯管道電熔接頭安全評定[S].北京：中國標準出版社，2012.

[8]上海市特種設備監督檢驗技術研究院.燃氣用聚乙烯管道焊接接頭相控陣超聲檢測（送審稿）[S].上海：2015.

[9]GB/T 19808—2005塑料管材和管件公稱外徑大于或等于90 mm的聚乙烯電熔組件的拉伸剝離試驗[S].北京：中國標準出版社，1998.

[10]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[S].北京：中國標準出版社，2005.

[11]GB 15558.2—2005燃氣用埋地聚乙烯（PE）管道系統[S].北京：中國標準出版社，2005.

[12]GB/T 6111—2003流體輸送用熱塑性塑料管材耐內壓試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2003.

[13]GB/T 17391—1998聚乙烯管材與管件熱穩定性試驗方法[S].北京：中國標準出版社，1998.

Review of Comprehensive Inspection Methods for Buried PE Gas Pipeline

Zuo Yantian Tang Xiaoying Qian Yaozhou

PE gas pipeline is a kind of pressure pipeline,it should be conducted a comprehensive inspection during lifetime,but the comprehensive inspection has not yet formed a set of standard system.This article introduced the current technical difficulties,such as difficulties to locating pipeline,difficulties to locating leak point,unknown failure mechanism of PE pipeline,etc.,and summarized existing useful solutions.

PE gas pipeline；Comprehensive inspection；Technical difficulties；Welded joint；Pressure pipe；Nondestructive testing

TQ 055.8

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.12.017

2016-01-05）

*本項目受上海質檢局系統項目No.2013-54資助。

**左延田，男，1980年生，碩士研究生，高級工程師。上海市，200333。