城鎮燃氣聚乙烯PE埋地管道失效模式及檢驗方法分析

卓佳

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2107-5640-2456

摘? 要：現如今，城鎮燃氣聚乙烯PE埋地管道（以下簡稱PE燃氣管道）已成為市政燃氣壓力管道的重要組成。PE燃氣管道造價低、耐腐蝕、施工方便。上述種種優點使得其在中、低燃氣壓力范圍內得到了廣泛應用。對于在役的PE燃氣管道進行全面檢驗，在我國的一些發達地區已有部分標準出臺，但目前還沒有形成一套完善的標準體系。本文梳理了各種實際應用中PE燃氣管道的失效模式，結合常見的技術重難點（PE管線的定位、泄漏點如何排查），加上目前主流的檢驗方法，總結與分析了一套關于PE燃氣管道的問題管理辦法。

關鍵詞：城鎮燃氣? 聚乙烯（PE）? 管道檢驗? 壓力管道? 質量控制

中圖分類號：TU996? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）06（b）-0007-03

The failure mode and inspection method analysis of urban gas polyethylene PE buried pipeline

ZHUO Jia

（Chongqing Zhongliangshan YuNeng Gas Co. Ltd，Chongqing，400050? China）

Abstract： Urban gas polyethylene PE buried pipeline （PE gas pipeline） has now become an important component of municipal gas pressure pipeline.PE gas pipeline has the advantages of low cost， corrosion resistance and convenient construction. The above advantages make it widely used in the range of medium and low gas pressure. For the comprehensive inspection of PE gas pipelines in service， some standards have been issued in some developed areas of our country， but a complete standard system has not been formed at present.In this paper， the failure modes of PE gas pipeline in various practical applications are sorted out， and a set of problem management methods for PE gas pipeline is summarized and analyzed in combination with common technical difficulties （PE pipeline positioning， how to check the leakage point） and the current mainstream inspection methods.

Key Words： Urban gas; Polyethylene （PE）; Pipeline inspection; Pressure pipeline; Quality control

對于工作壓力小于0.8MPa的燃氣壓力管網，聚乙烯PE管道相比傳統的鋼制管道有著十分明顯的使用優勢。而對于PE燃氣管道，由特種設備安全管理對應的法規，必須對其進行全面檢驗。根據《壓力管道定期檢驗規則—公用管道》（TSG? D7004 -2010）的適用范圍，PE燃氣管道的檢驗只有一般性的規定。在我國，有著相對成熟標準的地區以上海等發達城市為主。在上海市頒布的《燃氣聚乙烯管道定期檢驗技術規則》（DB31/T 1162-2019）有關規定之外，PE燃氣管道的全面檢驗，在應用過程中還有著以下技術困難。

1? PE燃氣埋地管道使用中的問題

1.1 漏點的排查工作

管道流動的主要工質——燃氣是密度比空氣輕的擴散性流體，在埋地管道流動中，如發生泄漏，將會沿著土壤縫隙向四周（主要是向上）流動。水渠、管溝、地線建筑房間、大型構筑物都有可能成為泄漏燃氣的聚集地。而燃氣管理企業在日常巡檢或搶險任務中檢測到的燃氣的地點，不一定是真正的管道泄漏點。

1.2 探測定位的技術問題

由于早年PE燃氣管道安裝的不規范，或者第三方施工破壞，很多管道的示蹤線存在缺失。而非金屬管道非常依賴示蹤線的定位，PE材質的絕緣性，讓傳統應用十分廣泛的電信號探管工作難以開展[1]。

1.3 PE管道失效機理缺少理論支撐

PE燃氣管道的使用年限為50年，但這種材質的管道實際投入市政公用的時間并不長。管道的附屬管件，如套筒、彎頭、三通、管帽和管道的結合不一定能和管道本身形成致密的整體。在運輸、安裝、施工、投運后管理等多個環節，難以對其質量達到有效控制，這些是PE燃氣管道失效的主要原因[2]。

2? 全面檢驗的步驟

由PE燃氣管道的有機高分子材料特性出發，區別于傳統金屬管道，對該種材質的管道全面檢驗分為審查資料、外觀檢查、直接式開挖檢驗、風險等級評估等幾個步驟[3]。

2.1 審查資料

由燃氣企業管理經驗和特種設備檢驗規范，審查資料主要有施工安裝資料、設計文件、驗收檔案、運行狀況分析、定期檢驗報告和上一次全面檢驗報告等。

2.2 外觀檢查

PE燃氣管道外觀檢查分為泄漏地區檢查、安裝位置、標志樁（磚）檢查、示蹤線檢查、管道穿越、閥室閥井和管道元器件等多個部位的檢查。環境檢查包括管道裸露、占壓問題、第三方施工、地質條件的不良因素、生物損害等情況。

2.3 直接式開挖檢驗

開直接式開挖檢驗：管道安裝質量（埋深、回填土質、壓實度、示蹤線、保護蓋板、警示標志）和管道本體狀況（質量、管徑、不圓度、焊接宏觀質量、超聲波檢測狀況）[4]。

2.4 風險等級評估

對于PE燃氣管道整個運行周期進行失效性概率分析。綜合各類影響因素，如施工質量、設計合理程度、運行安全保證投入程度、第三方施工地區頻繁度、人為破壞因素（恐怖襲擊等），對管網可能出現的問題進行公式化風險等級評估。

3? 檢驗技術分析

3.1 埋設位置的測定

由于PE燃氣管道的非金屬特性，如果安裝規范，則通過示蹤線及標志測物定位是最簡單、高效的?！毒垡蚁┤細夤艿拦こ碳夹g標準》（CJJ 63-2018）的6.3.4項中規定：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專用井。

然而，由于受到多種因素的影響，很多時候金屬示蹤線缺失或安裝不合格，之后的檢測就會因此徒生很多困難。綜上所述，近年來使用頻率較高的方法有探地雷達法、弱磁法、聲波法、電磁法（有示蹤線）。

探地雷達比弱磁法使用更加普及。但是在近年來的工程實際中，弱磁法可行度正逐步提高。雖然非金屬管道的探測精度遠不及金屬管道，但通過多種儀器交叉搭配使用，也可以達到令人滿意的要求。如圖1所示，利用失蹤法對管線定位。

3.2 泄漏檢查

可燃氣體有著獨特的分子電化學性質，通過這些性質可以利用精密的電子儀器進行低成本探測。在泄漏檢查中，應重點關注管道連接處，各個管件安裝位置處進行檢測。而對于整個區域來講，易沉降地區、管道裸露區域、深根植物種植處、植物異?？菸?、氣味異常處則應為擴大檢查的重點[5]。管道埋設周圍的地下密閉空間（管溝、渠道、建構筑物）也應按照泄漏可燃氣體濃度梯度進行順藤摸瓜式排查，直至找到最終泄漏點。

3.3 焊接工藝及檢測方法

3.3.1 非金屬管道的焊接

PE燃氣管有兩大焊接方式：電容焊接、熱熔焊接。而在最新的國家規范中要求：采用全自動焊接設備，消除人為施工質量干擾，已經成為了強制要求。

3.3.2 焊接部位的缺陷

PE管焊接部位缺陷有熔合面夾雜、管材承插不到位、冷焊、孔洞、過焊、電阻絲錯位。

熔合面夾雜缺陷有未清理焊接面、未刮削氧化皮、套筒熔面被污染。

管材承插不到位，主要為人為施工因素，焊接工人的操作水平成為質量關鍵。

冷焊產生的缺陷，因焊接熱量問題導致，焊接時間短、管件連接間隙過大、施工電壓不足都會引起冷焊缺陷。

孔洞：由于管道制造本身產生孔洞、焊接過程中水漬油泥產生的蒸汽氣孔、冷卻縮孔產生。

過焊與冷焊相反，是由焊接能量過大造成，電焊電壓過高，加熱時間過長，管件間配合無空隙都是過焊的影響因素。

電阻絲錯位，一般是由于材料流動性太大造成（塑料材質加熱后成熔融流體）。

3.3.3 相控陣檢測技術在PE燃氣管焊接中的應用

耦合聚焦超聲波的檢測是PE燃氣管道熱熔焊接的最新檢測手段。相控陣超聲檢測通過《聚乙烯管道電熔接頭超聲檢驗》（GB/T 29461-2012）實施，檢測后按《含缺陷聚乙烯管道電熔接頭安全評定》（GB/T 29460-2012）進行安全評定。

3.4 理化性能檢測技術在PE燃氣管焊接中的應用

PE燃氣管道常年埋設于地下，需要對其系統性的全面檢驗來判斷風險高低，地下的各種環境變化（物理化學影響）將對PE燃氣管道產生不可預見的影響，而理化性能檢驗則是目前所掌握技術中，對PE燃氣管道進行檢驗的重要手段。它主要包括了耐慢速裂紋增長試驗、靜液壓強度試驗、斷裂裂紋伸長試驗、氧化誘導作用試驗。

對于厚壁的PE燃氣管道（公稱壁厚大于5mm），因按照規范要求進行耐慢速裂紋增長試驗。對于PE80管材環應力為4.0MPa，PE100管材為4.6MPa，溫度選取80℃作為試驗溫度。靜液壓強度試驗同樣按照規范要求進行，對于PE80管材環應力為4.5MPa，PE100管材為45.4MPa，溫度選取80℃作為試驗溫度。在該條件下，可評價管道的力學性能。

氧化誘導作用試驗由對應的國家標準要求進行試驗，溫度取200℃作為試驗溫度，PE燃氣管道的抗老化能力可由此來評價。

3.5 風險等級評估在PE燃氣管道中的應用

由于PE燃氣管道在各市政管網中的實際應用時間較短，我國目前尚未制定PE燃氣管道風險評估標準。但是在空間上，我國的應用規模又非常廣大，PE燃氣埋地管道的失效案例已有了足夠的積累，有關的研究機構根據大數據統計和計算機模擬分析，提出了上述管道失效的可能性和在失效之后的嚴重程度風險評估辦法。通過使用決策樹定性分析方法、影響因素權重分配模型，來對失效的概率分布進行打分[6]。

4? 燃氣企業在管道安裝運營上的實踐

事實上，很多在管理和技術走在行業前列的燃氣企業，已經開始全部或部分利用上述方法進行PE燃氣埋地管道的失效模式分析和全面檢驗了。而根據不同的工程情況、不同的地質結構、不同的區域生物屬性、不同的第三方作業情況，制定個性化的管理方案，將會是各大燃氣企業技術發展的重點。在管理過程中，管道的埋深不足、回填壓實不規范、占壓圈圍情況等諸多問題需要燃氣企業建立全面檢測臺賬來進行隱患立消整改，這一點在技術上并不困難。然而，對管道進行焊接部位抽樣點控相位陣列無損檢測，取樣做熱穩定試驗、拉伸拉伸剝離試驗來控制管道質量性能，則需要配合專業的檢驗機構進行。

5? 結語

對于管理中壓燃氣管道（設計壓力>0.1MPa）的城鎮燃氣企業來說，不管是出于對安全平穩供氣的需求，還是對法律法規的遵守，都應該對在役的PE燃氣埋地管道進行全面檢驗。而在可以預見的將來，國家也會出臺強制性規范來約束整個行業的經營行為。本文通過對目前常見的技術難點出發（漏點的排查手段有限、探測定位的技術困難、PE管道失效機理缺少理論支撐），向PE燃氣埋地管道的管理提出了全面檢驗方法和要求。利用現有的檢驗檢測儀器設備，通過方法原理梳理，對PE燃氣管道全面檢驗再次進行深入的探討。

由于筆者水平有限，本文中的方法在應用中是否高效和可行，還有待該領域專家的商榷驗證。同時也希望，PE燃氣管道的定期檢驗國家標準能盡早出臺，從而執導整個燃氣企業的全面檢測工作，保障市政燃氣PE管網的安全平穩運行。

參考文獻

[1] 董本萬，岳建新，李國政.城鎮PE燃氣管道定位方法研究[J].中國特種設備安全，2019，35（4）：55-59.

[2] 周麗麗，黃亞暉.關于燃氣管道耐久性未確知測度評估模型的研究[J].科技資訊，2019（5）：95-96.

[3] 壓力管道定期檢驗規則—公用管道：TSG D7004 - 2010[S].北京：中華人民共和國國家質量家督檢驗檢疫總局，2010.

[4] 崔闖.超聲波檢測技術在壓力管道檢測中的應用研究[J].科技資訊，2020（4）：57-59.

[5] 燃氣聚乙烯管道定期檢驗技術規則：DB31/T 1162-2019[S].上海：上海市市場監督管理總局，2019.

[6] 閔宇謙，劉偉，肖忠群.在用聚乙烯燃氣管道全面檢驗探討[J].特種設備安全技術，2019（3）：18-20.