城市埋地PE燃氣管道全面檢驗方法探討

石青

（上海派普諾管道檢測科技發展有限公司，上海201801）

1 PE 燃氣管道全面檢驗綜述

目前，PE 管道普遍應用在城鎮埋地燃氣管道建設中，工作壓力≤0.8MPa 的燃氣管道可使用聚乙烯管道。根據特種設備安全法規定，在用壓力管道必須進行全面檢驗。城鎮PE 燃氣管道全面檢驗可根據TSG D7004-2010《壓力管道定期檢驗規則——公用管道》[1]實施，但是其只作了一般性規定。部分地區根據地區實際情況，發布了具有可操作性的地方性標準。根據上海市地方標準DB31/T 1162-2019《燃氣聚乙烯管道定期檢驗技術規則》[2]有關規定，除常見的檢驗難點之外，針對PE 燃氣管道全面檢驗工作還有以下獨有的技術難點：

1.1 漏點排查困難

由于泄漏的燃氣會沿著疏松的土壤結構向上流動，可能擴散到附近的地溝、窖井、地下建（構）筑物。因此檢測出某個區域的泄漏，并不是真正燃氣泄漏的地方，準確定位泄漏點位置是相當困難的。

1.2 定位探測困難

由于設計和安裝未對管線作示蹤裝置或路由標識，導致在管道檢驗過程中，需要重新對PE 燃氣管道進行跟蹤定位。加之PE 管道絕緣的性質，不能直接施加信號定位、探測埋深。

1.3 失效機理不明

雖然PE 燃氣管材具有質量輕、方便焊接、耐腐蝕性很強、管材使用壽命較長、柔韌性較好、摩阻較低等的優越性能，PE 燃氣管材、管件、閥門、法蘭等可根據有關標準組成完全符合規范單元，但是PE 燃氣管材實際使用年代不長，難以保障在運輸、施工、安裝及后期管理過程能夠得到有效的控制，通常這些不利因素也會導致整個PE 燃氣管道系統產生不良影響。

2 全面檢驗要求

根據PE 燃氣管道的特有屬性和全面檢驗的特點，PE 燃氣管道全面檢驗項目主要包含資料審查、宏觀檢查、開挖直接檢驗、風險評估。

2.1 資料審查

全面檢驗一般需要收集以下資料分析：安全管理資料、設計資料、竣工驗收資料、管道運行狀況資料、運行周期內的定期檢驗報告、上一次全面檢驗報告等。

圖1 示蹤法管線定位

2.2 宏觀檢查

PE 燃氣管道宏觀檢查項目主要有：地面泄漏檢查、位置與走向、地面標志檢查、管道示蹤系統檢查、穿越管段檢查、閥門井檢查和其它管道元件的檢查。其中管道沿線地表環境調查主要檢查是否有占壓、管道裸露、第三方施工、不良地質環境條件調查、生物侵害等情況。

2.3 開挖直接檢驗

開挖直接檢驗項目主要有：管道敷設質量檢查（管道埋深、示蹤系統及警示標識的敷設質量、管基敷設質量、生物侵害情況及敷設環境溫度等）和管體狀況檢查（管體整體質量、測量壁厚、焊接接頭外觀及焊接質量無損檢測等），必要時取樣進行靜液壓強度、耐慢速裂紋增長、斷裂伸長率和氧化誘導時間等理化性能試驗。

2.4 風險評估

風險評估根據失效可能性和失效后果兩個方面對PE 燃氣管線綜合以下數據進行風險等級評估。主要包括設計、竣工、運行狀況及安全管理資料調查情況、宏觀檢查及開挖直接檢驗數據、介質特性、泄漏可能產生的危害等。

3 采取的技術措施

3.1 管道探測定位

通常采用PE 管道定位技術（弱磁法、電磁法）對管線埋深、走向進行探測。按照CJJ63-2018《聚乙烯燃氣管道工程技術標準》[3]中6.3.4 規定，示蹤線、警示帶、地面標志、保護板的敷設和設置應符合下列規定：示蹤線應敷設在聚乙烯燃氣管道的正上方，并應有良好的導電性和有效的電氣連接，示蹤線上應設置信號源井。通常示蹤線都是緊貼管道敷設，示蹤線應具有金屬導電性能且應外部絕緣，并且需要有一定的強度，應當充分利用閥井設置信號源井，并預留測試線。如圖1 所示利用示蹤法管線定位。

圖2 弱磁法探測示意圖

安裝PE 燃氣管道時，示蹤裝置的敷設應按相關標準規范執行。但是由于某些因素并未按要求敷設金屬示蹤線，或因后期第三方施工導致金屬示蹤線未連接或示蹤線失效，后期的檢測往往會由于這些不利因素增加許多障礙。常用的PE 燃氣管道探測方法有探地雷達法、電磁法、弱磁法和聲波法等。對于已敷設示蹤線的PE 燃氣管道主要采用電磁法，未敷設示蹤線的PE 燃氣管道主要用探地雷達法、聲波法和弱磁法。

弱磁法雖在實際應用中不如探地雷達使用普遍，但是經過多次驗證，在對PE 燃氣管道探測定位還是具有一定的可信度。當然，PE 燃氣管道探測技術在儀器設備研究上遠不如鋼管探測設備技術成熟，但通過運用多種儀器搭配使用，合理利用各種探測方法和儀器的優點，揚長避短，可有效提高PE 燃氣管道定位的準確度。圖2 為弱磁法探測PE 燃氣管道示意圖。

3.2 泄漏檢查

利用可燃氣體泄漏儀基于介質分析的方法調查PE 燃氣管道泄漏，依據可能產生泄漏的部位主要檢查管道組成件和連接接頭的泄漏情況。應對地質災害影響點、管道經過水面處有氣泡冒出和施工造成的管道裸露段、有氣體泄出聲響、植被異常枯黃、有異常氣味等處重點檢查。必要時，應對燃氣可能擴散到的窨井、地溝、地下構筑物內進行檢查。由于PE 燃氣管道敷設于地下，若發生泄漏，對可疑的泄漏范圍內進行地面鉆孔檢測泄漏，根據泄漏濃度高低逐步鎖定泄漏點?，F場檢測泄漏如圖3所示。

圖3 泄漏檢測

3.3 PE 燃氣管道焊接接頭無損檢測

3.3.1 常見焊接接頭的種類

PE 燃氣管主要連接方式有熱熔焊接和電熔焊接兩種方式。PE 燃氣管的連接是保證燃氣管道結構完整和安全運營的重要環節，焊接接頭的質量直接關系到管道運行安全。

3.3.2 常見焊接接頭缺陷類型

PE 管焊接接頭主要缺陷類型有：孔洞、熔合面夾雜、冷焊、過焊、電阻絲錯位和管材承插不到位。每種缺陷形成的原因都不盡相同，找到其中的根本原因對于提高施工質量控制有很大幫助。孔洞的成因有很多種，有焊接前管材、管件中制造時產生的孔洞；也有焊接過程中由于材料潮濕或者焊接面夾雜油污形成蒸汽產生的氣孔；還有焊接完成后產生的冷卻縮孔，如圖4 所示。熔合面夾雜缺陷主要是由于現場施工不規范造成，例如氧化皮未刮削、焊接面未清理干凈、電熔套筒沾染污物等，如圖5 所示。冷焊缺陷是由于焊接熱量不夠造成的，例如焊接時間不足、管材與管件配合間隙過大、施工現場斷電等，如圖6 所示。過焊則相反，是由于焊接能量過大造成的缺陷，一般由加熱時間過長，電壓過大，管材與管件配合過緊等原因造成，如圖7 所示。電阻絲錯位通常伴隨著過焊缺陷一起出現，一般是由于材料流動性太大造成，如圖8 所示。管材承插不到位則是屬于人為缺陷，主要是因為焊工操作不當造成的，如圖9 所示。

3.3.3 焊接接頭相控陣檢測

目前PE 燃氣管道熱熔焊接接頭質量的現場檢測技術是耦合聚焦超聲檢測技術，PE 燃氣管道電熔焊接接頭質量的現場檢測技術普遍是采用超聲相控陣動態聚焦并結合B 掃描成像技術。

電熔焊接接頭相控陣超聲檢測方法參照GB/T 29461-2012《聚乙烯管道電熔接頭超聲檢驗》[4]進行。超聲檢測后按GB/T 29460-2012《含缺陷聚乙烯管道電熔接頭安全評定》[5]進行安全評定。

目前來說，國家還沒有出臺相應的標準和規范熱熔焊接接頭超聲檢測，上海市特檢院牽頭制定了地方標準DB31/T1058-2017《燃氣用聚乙烯（PE）管道焊接接頭相控陣超聲檢測》，給出了聚乙烯管道熱熔焊接接頭的超聲檢測方法及空洞、夾雜和未熔合的評定標準，可為安全評定提供依據。

3.4 PE 燃氣管及焊接接頭理化性能檢測

PE 燃氣管道全面檢驗是對在用管道進行的基于風險的檢驗。PE 燃氣管道由于長時間埋設于地下，不能確定地理環境是否會導致其理化性能發生改變，應當通過全面檢驗的技術手段進行確認，理化性能檢測是針對埋地PE 燃氣管道全面檢驗中對管道本質安全的一種技術手段。主要對取樣試件進行靜液壓強度試驗、耐慢速裂紋增長試驗、斷裂伸長率試驗和氧化誘導時間試驗，可以通過取樣分析現有埋地PE 燃氣管道的綜合性能指標。

靜液壓強度試驗按GB/T 6111-2018《流體輸送用熱塑性塑料管道系統 耐內壓性能的測定》的有關要求進行，試驗溫度取80℃，環應力為4.5MPa（PE80）、5.4MPa（PE100），可評價管道的力學性能。

圖4 孔洞

圖5 混沙夾雜圖

圖6 冷焊

圖7 過焊

圖8 金屬絲錯位

圖9 承插不到位

圖10 現場開挖直接檢驗圖

圖11 相控陣檢測圖

當管材公稱壁厚＞5mm 時，按照GB/T 18476-2019《流體輸送用聚烯烴管材 耐裂紋擴展的測定 慢速裂紋增長的試驗方法（切口試驗）》要求進行耐慢速裂紋增長試驗。試驗溫度取80℃，環應力為4.0MPa（PE80）、4.6MPa（PE100），可測試管道破壞時間，評定級別。

斷裂伸長率試驗應根據GB/T 8804.3-2003《熱塑性塑料管材拉伸性能測定第3 部分：聚烯烴管材》、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》和GB/T 19808-2005《塑料管材和管件公稱外徑大于等于90mm 的聚乙烯電熔組件的拉伸剝離試驗》分別進行管材和焊接接頭拉伸剝離性能評價。

氧化誘導時間試驗按照GB/T 19466.6-2009《塑料差示掃描量熱法（DSC）第6 部分：氧化誘導時間(等溫OIT)和氧化誘導溫度（動態OIT）的測定》的要求進行，試驗溫度取200℃，可部分評價管道的抗老化性能。

3.5 PE 燃氣管道的風險評估

雖然尚未制定PE 燃氣管道風險評估的國家標準，但根據對城鎮PE 燃氣管道事故的失效原因進行分析，已有機構根據分析的結果提出了PE 燃氣管道失效可能性和失效后果的風險評估方法。參照風險評估的原理，在實際使用環境條件下，從失效可能性和失效后果兩個方面綜合評估PE 燃氣管道的風險程度，這是一種完全可適用于PE 燃氣管道的半定量風險評估方法。

利用決策樹定性分析方法根據各因素的分配權重來確定失效可能性評分，并在綜合各失效后果的基礎上，利用層次分析法確定失效后果評分，最終風險值為失效后果與失效可能性的乘積，據此評定風險等級。

4 工程實踐

利用上述PE 燃氣管道檢驗檢測方法，根據某工程實際特點制定了詳細的檢驗方案，開展了全面檢驗。檢測中，發現存在示蹤系統失效、部分管段埋深不足、違章占壓等問題，開挖處外觀檢驗合格。此外，還對管道的焊接接頭抽樣進行了相控陣無損檢測，取樣做了靜液壓試驗、拉伸剝離試驗和熱穩定性試驗，試驗結果均合格。現場開挖直接檢驗如圖10 所示，相控陣檢測如圖11 所示。

5 結論

設計壓力大于0.1MPa 的城鎮PE 燃氣管道為壓力管道，不管是出于安全運營考慮，還是相關法律法規的要求，都應該對在役PE 燃氣管道進行全面檢驗，但是針對有關PE 燃氣管道全面檢驗的國家標準體系尚未出臺。本文主要從定位探測困難、漏點排查困難、失效機理不明等技術難點和重點，針對PE 燃氣管道的全面檢驗要求，根據現場常用的檢驗檢測儀器設備原理及技術手段，探討PE 燃氣管道全面檢驗方法。方法是否可用，有待商榷驗證，同時希望能夠盡快出臺有關PE 燃氣管道的定期檢驗標準，有利于更快速有效的開展全面檢驗工作，保障PE燃氣管道的安全運營。