城鎮埋地聚乙烯燃氣管道全面檢驗技術及其應用

嚴俊偉 陳 偉 王友義 陳 長 王亞東

（1.浙江省特種設備科學研究院；2.浙江省特種設備安全檢測技術研究重點實驗室）

城鎮埋地聚乙烯（PE）燃氣管道（一般指中壓燃氣管道） 在特種設備目錄里被劃分為公用管道， 公用管道全面檢驗主要參照TSG D7004—2010 《壓力管道定期檢驗規則——公用管道》的相關要求， 但該標準里只涉及PE 燃氣管道的部分內容，而有關檢驗規則尚缺。

葛玉雄闡述參照檢規的常規檢測的同時，提到管道定位和埋深方法、割管檢查和性能測試［1］；倪曦闡述了英國雷迪公司LD9000 型探地雷達的檢測方法及其工程應用情況［2］；閔宇謙等結合某市燃氣管道的全面檢驗案例， 著重探討PE 管道的全面檢驗方法、檢驗周期等問題［3］；李智等介紹了 《在用聚乙烯燃氣埋地管道定期檢驗規則》的編制背景，并說明其主要內容［4］；李達儒探究了PE 燃氣管道全面檢驗的必要性，提出PE 燃氣管道全面檢驗的策略［5］；陳仲波闡述了PE 燃氣管道基于風險的檢驗與評價體系，并在實際工程中有較好的應用效果［6］。

筆者在現有的檢驗檢測技術基礎上，增加了聲波定位技術、 管材性能分析和風險評估項目，以完善檢驗技術，排除安全隱患。

1 全面檢驗技術

1.1 資料審查

城鎮埋地PE 燃氣管道涉及的里程數較大，且敷設環境特殊，管網錯綜復雜，針對管網的文字記錄資料極為重要。 從設計、施工、驗收直至運行這一管道壽命周期內會有大量的圖紙、記錄及報告等資料產生，其中審查的重點應放在安全管理資料、技術檔案資料和運行狀況資料［7］。

1.2 宏觀審查

1.2.1 泄漏檢查

城鎮埋地PE 燃氣管道泄漏的首要影響因素是第三方施工，其次是焊接接頭、管道連接的閥門及調壓裝置等。 由于天然氣泄漏之后可在狹小的空間集聚并能發生爆炸，所以必須檢測泄漏氣體可能擴散到的地溝、 窨井及地下建筑物等地方。 常用的檢測方法有利用燃氣測爆儀、聲學泄漏檢測等。

1.2.2 管道位置與走向檢查

城鎮埋地PE 燃氣管道位置與走向應清楚明確，但在實際檢驗檢測過程中很難實現。CJJ 33—2005《城鎮燃氣輸配工程施工及驗收規范》規定PE 燃氣管道敷設時， 應在管頂同時隨管道走向敷設示蹤線［8］。在實際檢測中發現，某些城鎮埋地PE 燃氣管道未敷設示蹤線；某些有示蹤線，但檢測距離不夠長。 目前，在用管道位置與走向的檢測技術見表1。其中，聲波定位技術能較好地判斷出PE 管道水平位置， 但不具備對管道埋深檢測的能力。 因此，對燃氣管道維護和檢測缺少行之有效的措施， 建議城鎮埋地PE 燃氣管道應在施工過程中按要求安裝示蹤線和地面標志，若經濟允許時最好安裝電子標簽， 同時規范驗收和監督。

表1 管道位置與走向的檢測技術

1.2.3 管道沿線地表環境調查

城鎮埋地PE 燃氣管道沿線地表環境主要檢查與其他建（構）筑物或者管道的間距、占壓、管道裸露及土壤擾動情況等，此項調查結合管位探測儀能較好地判斷占壓情況。

1.2.4 閥門（井）檢查

城鎮埋地PE 燃氣管道閥門 （井） 的數量較多，閥門井內不得積水、塌陷，不得有妨礙閥門操作的堆積物［9］。

1.3 開挖檢查

城鎮埋地PE 燃氣管道的開挖檢查， 應選擇鋼塑接頭轉換、 經第三方破壞曾經有過泄漏、基礎沉降及占壓等風險較大的位置。 最低檢測比例為每千米0.3 處， 還可根據實際檢測結果調整比例。

開挖檢查的項目包含：

a. 管道泄漏檢測；

b. 開挖點GPS 定位記錄；

c. 管道上方警示帶；

d. 隨管道敷設示蹤線；

e. 管道敷設周邊土壤情況，是否存在尖銳碎石塊、是否存在深植植物發達根系；

f. 管道埋深是否符合要求；

g. 管道附近有無與其他建（構）筑物或者管道間距不符的情況；

h. 管道表面狀況，有無槽痕、鑿痕或者凹痕等缺陷，管道有無老化降解（如表面粉化）等跡象；

i. 存在焊接接頭時， 通過常規超聲或超聲相控陣檢測焊縫質量；

j. 存在鋼塑轉換接頭時，檢查其質量狀況。

1.4 管材性能試驗

城鎮埋地PE 燃氣管道在良好環境下使用壽命可達50 年之久， 但在國內最長的使用時間為30 年左右，而且針對這種老舊管道能否繼續使用或者剩余壽命有多久的研究都很少。 城鎮埋地PE 燃氣管道在制造驗收階段， 需要進行的性能試驗包含管材的力學性能試驗和物理性能試驗。管材的力學性能試驗有靜液壓強（HS）、縱向回縮率（%）、耐候性（僅適用于黑色管材）、耐快速裂紋擴展（RCP）和耐慢速裂紋增長5 項；管材的物理性能試驗有熱穩定性（氧化誘導時間）、熔體質量流動速率（MFR）和縱向回縮率3 項。 對在役城鎮埋地PE 燃氣管道通過上述性能試驗能進一步明確其剩余壽命和安全狀況。

1.5 風險評估

在研究分析國內外關于PE 燃氣管道風險評價研究成果的基礎上，結合多年來現場檢驗的經驗積累， 建立PE 燃氣管道模糊綜合評價數學模型，利用等級參數評判方法確定風險值。 根據計算結果將PE 燃氣管道風險劃分低風險區、 中風險、中高風險和高風險區，并將安全預警理論與風險矩陣法相結合來確定管道的安全預警等級，在此基礎上編制適用于埋地燃氣管道風險評價的評價體系軟件。

2 應用實例

某城鎮埋地PE 燃氣管道的相關參數為：設計壓力0.40MPa， 運行壓力0.34MPa， 設計材料PE80/SDR11，管道直徑為63、110、160、200、250、315mm，該區塊管網總長118km，服役時間20 年左右。

2.1 資料審查

經審查， 該管道安全管理資料比較齊全，包括安全管理制度、操作規程、上崗證、應急預案和演練計劃；技術檔案資料通過梳理設計、安裝、竣工資料和定期檢驗報告，制作每條管道參數特性表并形成管網參數特性表臺賬，其中發現少部分管道缺少竣工資料， 大部分未進行年度檢查；運行狀況資料缺少日常巡檢記錄、輕微故障與事故記錄。

2.2 宏觀檢查

全面檢驗過程中發現，該管網某小區調壓箱的閥門處存在燃氣泄漏，管線進某小區路面標識損壞，燃氣管道上方附近有深根植物，采用APL進行燃氣管道定位后發現有占壓現象，閥門井有積水和雜物。

2.3 開挖檢測

按照最低比例要求進行開挖檢測。 開挖現場一的管道周圍存在少量根系（圖1），無明顯影響，管道順氣流頂部12 點方向有凹痕， 尺寸大約為10mm×10mm， 凹痕附近測厚結果5.9～6.0mm，無異常，管道距住宅構建物190～230mm。 開挖現場二的管道周邊存在深根植物且位于管道正上方，管道周邊發現較粗根系（圖2），管道氣流方向12點方向有槽痕，尺寸大約為20mm×1mm，槽痕附近測厚6.0～6.1mm，無異常，且鋼塑轉換處也無異常和泄漏。 這兩處開挖后都發現有警示帶，但無示蹤線。

2.4 管材性能試驗和風險評估

選取規格為De90 SDR11 PE80 管材進行性能試驗，其外觀、顏色、外徑、壁厚、不圓度、氧化誘導時間、管材斷裂伸長率、管材熔體質量流動速率、擠壓剝離試驗和靜液壓試驗均符合相關要求，但其中氧化誘導時間接近臨界值，說明該管道有老化降解的傾向。

圖1 開挖現場一

圖2 開挖現場二

將管網中的某段管道進行風險評估，由失效可能性、失效后果和相對風險值可評定等級為Ⅲ（中高風險），評級結果如圖3 所示。 通過每一段管道的風險評估，將風險值與管道GPS 衛星圖相結合，可繪制整個管網的風險示意圖。

圖3 管道風險評級結果

2.5 提出建議

針對城鎮埋地PE 燃氣管道全面檢驗過程提出以下建議：

a. 涉及管道的相關資料應將紙質和電子版妥善存檔；

b. 按照相應標準規范進行年度檢查和定期檢驗；

c. 嚴格制定填寫記錄制度，并對從業人員進行培訓；

d. 對于燃氣泄漏應引起高度重視，對此種類似年限和工況的閥門應進行逐一排查，并加強巡檢力度；

e. 對燃氣上方的一般深根植物應移除，保護樹種或者高大樹木應聯系林業局進行移栽或者砍伐；

f. 針對燃氣管道占壓應與當地社區和政府相關部門進行積極主動協調拆除，若無法拆除應進行有效的監控措施。

3 結束語

城鎮埋地PE 燃氣管道在國內存量巨大，且敷設處于城市人口密集區域、管道周邊交叉施工復雜， 這就對管道安全可靠運行有一定的要求，其中開展管網定期檢驗檢測是保證管網安全運行的必要措施。 鑒于現有的檢驗檢測方法和設備不完善的情況，增加聲波定位技術、管材性能分析和風險評估項目能更好地反饋管網問題，同時能對以后國家層面出臺詳細可靠的檢驗檢測標準提供相關參考。