聚乙烯燃氣管道全面檢驗項目的探討

張小春 朱 鑫 汪雪梅

（瀘州市特種設備監督檢驗所 瀘州 646100）

1 前言

聚乙烯管道具有耐腐蝕性、柔韌性、環保性、施工簡單等優點，已在中低壓燃氣管網中廣泛取代了過去的傳統管材，成為GB 50028—2006的首選管材[2]。21世紀后，宏觀經濟拉動了聚乙烯管道的發展，使其在農村、城鎮燃氣中迅速普及。然而隨著使用時間的增加，聚乙烯燃氣管道失效概率逐漸增大，損傷機理也更加復雜。近年來，行業專家們針對聚乙烯燃氣管道失效模式進行了大量研究，并陸續發表了相關論文[3-4]。TSG D7004—2010也提到了“管道表面有無槽痕、鑿痕等缺陷，管道有無老化降解等跡象”的宏觀檢驗內容，但未規定發現問題后的處置方式（如對發現的問題進行安全狀況等級評定)。本文就宏觀檢驗發現的問題并結合其損傷機理，進一步提出具體的檢驗項目。

2 損傷模式和對應的檢驗項目

2.1 第三方破壞—強度校核

第三方破壞形式主要為人為施工、自然災害等造成的管道表面槽痕、鑿痕等缺陷。全面檢驗時，筆者通過開挖后宏觀檢驗發現這類缺陷，但TSG D7004—2010未規定這類缺陷的處置方式。

現今，城鎮燃氣公司維修搶險涉及部門多、手續繁雜，農村燃氣公司維修應急事故處置缺乏演練，導致這類缺陷管段很難在短時間內完成更換。故筆者認為此類管段可以通過強度校核的方式來判斷是否可以監控使用，即通過剩余壁厚測定來確定最大工作壓力（許用壓力）。

式（1）[5]為管道設計時聚乙烯燃氣管道最大工作壓力MOP的計算公式，式中MRS、C均為固定參數。要計算監控使用的許用壓力，只能用剩余壁厚修正標準尺寸比SDR，進而計算出最大工作壓力MOP'。

式中：

MOP——TSG D7004—2010中的許用壓力；

MRS——最小要求強度；

C——設計系數；

SDR——標準尺寸比，即管材公稱外徑dn與公稱壁厚en的比值，由SDR=dnen圓整得出。

當管網遭受第三方破壞出現槽痕、鑿痕（以下稱“缺陷”）時，應用工具將缺陷清理消除，使其圓滑過渡，并測出剩余壁厚。管件、焊縫等應力集中部位，此類缺陷不允許存在。

缺陷清理消除后測得的最小壁厚為剩余壁厚emin'；根據剩余壁厚計算得出，最小直徑（其中：de'為缺陷附近任一點外徑，e'為缺陷附近任一點壁厚）。

當剩余壁厚emin'≥最小壁厚emin(即公稱壁厚en)時，該管道最大工作壓力不變；

當剩余壁厚emin'＜最小壁厚emin(即公稱壁厚en)時，式(1)中SDR修正為SDR'。圓整得出。此時，最大工作壓力MOP'為監控使用的許用壓力。

若最大工作壓力MOP'＜0.1MPa，則該管線應停止使用，并立即更換缺陷管段。

具體案例：

在某公司聚乙烯燃氣管道（PE100/dn75×4.3/SDR17.6，0.35/0.4MPa）全面檢驗時，開挖后宏觀檢驗發現管段上有一處鑿痕，圓滑過渡后測得數據如下： 剩余壁厚emin'為2.8mm，缺陷附近任一點外徑de'為75.3mm，缺陷附近任一點壁厚e'為4.4mm。計算得出，最小直徑，圓整后取25。

根據最大工作壓力MOP'/最大工作壓力MOP=(SDR-1)(SDR′ -1) =0.692，計算得出監控使用的許用壓力為0.3 5× 0.6 92 = 0.24MPa。

2.2 管材老化—耐候性試驗

CJJ 63—2008[5]提到了管材從生產到使用期間，存放期間超過1年（管材接受日照輻射量達到一定程度）的耐候性試驗要求。TSG D7004—2010中也提到檢驗時，應檢查管道有無老化降解（如表面粉化）等跡象，但未提及管道老化的具體檢驗方法。筆者認為：聚乙烯燃氣管道使用過程中，管道曝露接受日照輻射是加速其老化的主要原因；通過耐候性試驗可確定管材老化程度，并預測管道剩余壽命。

具體案例：

在某公司聚乙烯燃氣管道（PE100/dn75×4.3/SDR17.6，使用時間3年）全面檢驗時，筆者發現一處未按設計要求敷設的穿越管段（見圖1），該管段長期曝露接受日照輻射。

為驗證該管段（取樣后見圖2，以下簡稱“舊管材”）的力學性能和物理性能是否因上述原因發生變化，筆者將舊管材同規格、同原材料牌號、同公司近期生產的管材（以下簡稱“新管材”）與其分別進行取樣，按靜液壓強度（165h/80℃）、熱穩定性和斷裂伸長率進行試驗得出數據如下。

圖1 穿越管段

圖2 舊管材

圖3 新管材

由試驗數據可知：

1）斷裂伸長率項目（見表1、表2）：舊、新管材實測數據分別為579.71%、638.45%，推算得出：斷裂伸長率的衰減速率為(638.45 % -579.71% )3 = 19.58%a。 假 設 管 道 敷設環境、運行參數不變，管道剩余壽命為x年，按(579.71 % -19.58 %x)≥3 50%[6]，計算得出管道剩余壽命為11年。

表1 斷裂伸長率（舊管材）

表2 斷裂伸長率（新管材）

2）熱穩定性項目（見圖4、圖5）：舊、新管材實測數據分別為73.54min、114.62min。考慮到該數據＞20min的要求[6]，結合實際使用年限和指標降低值，也可預測管道剩余壽命。

圖4 熱穩定性（舊管材）

圖5 熱穩定性（新管材）

3）靜液壓強度（165h/80℃）項目（見圖6、圖7）：分別測得舊、新管材靜液壓強度試驗前的平均外圓周長為239.1mm、238.9mm，靜液壓強度試驗后，測得最大變形處外圓周長分別為246.5mm、245.0mm。計算得出：舊、新管材的脹粗量分別超過 原 管 材 平 均 外 徑 的(2 46.5 -239.1 )239.1 = 3.1%和(2 45.0 -238.9 )238.9 = 2.6%。 舊 管 材 變 形 量 大 于 新管材。

圖6 靜液壓強度（165h/80℃）-舊管材

圖7 靜液壓強度（165h/80℃）-新管材

試驗結果充分證明：

1）管道曝露接受日照輻射后管道老化加速，力學性能、物理性能隨之下降；

2）可通過實際使用年限、性能要求和舊、新管材的力學性能、物理性能數據預測管道剩余壽命。

因為GB 15558.1—2003[6]聚乙烯混配料（黑色）的性能試驗中缺少耐候性試驗要求，所以筆者建議TSG D7004—2010修訂時在聚乙烯管檢驗中增加管材的耐候性檢驗項目。

3 結論

筆者通過聚乙烯燃氣管道第三方破壞造成的缺陷和管道曝露接受日照輻射導致老化加速提出了強度校核和耐候性試驗兩個檢驗項目，為從事聚乙烯燃氣管道全面檢驗工作的同行提供了一定參考。

[1] TSG D7004—2010 壓力管道定期檢驗規則—公用管道[S].

[2] 王新華，徐永亮，屈安，等．城鎮燃氣聚乙烯管道失效風險等級評定方法研究[J]. 壓力容器，2015，32（12）：A33．

[3] 辛明亮，李茂東，張術寬，等．聚乙烯燃氣管道失效模式研究進展[J]．中國塑料，2015，29（03）：16-20.

[4] 王新華，屈安，徐永亮，等．城鎮燃氣聚乙烯管道系統脆弱性評估技術[J]．地質科技情報，2016，35（02）：37-40.

[5] CJJ 63—2008 聚乙烯燃氣管道工程技術規程[S].

[6] GB 15558.1—2003 燃氣用埋地聚乙烯（PE）管道系統 第1部分：管材[S].