PipeDiver檢測在PCCP管檢測中的應用

丁文淵

（山西萬家寨水控水資源有限公司，山西 太原 030012）

預應力鋼筒混凝土管（簡稱PCCP管）是由鋼筒、混凝土管芯、預應力鋼絲與砂漿保護層組成的一種多層混合材料管道，具有高強鋼絲的抗拉伸特性、鋼板的防滲漏特性、混凝土的抗壓特性[1]，是一種高性能輸水管材，主要應用于大型水利工程，例如我國的南水北調工程、引黃工程均應用了PCCP管[2]。

PCCP管直徑大、制作難度大，在制作過程中難免會出現制造缺陷[3]。同時PCCP管長期運行也會出現超載、腐蝕等問題，會影響PCCP管強度；PCCP預應力鋼絲受到腐蝕后，會出現鋼絲斷裂，巨大的預應力釋放，易致爆管和水流噴射，造成經濟、社會及環境破壞[4]。為保障管道運行安全性，采用管道無損檢測技術對PCCP管進行檢測。

管道無損檢測技術，包括電磁技術、聲學光纖監測技術與聲波及超聲檢測技術，其中電磁檢測技術由于干擾少，檢測精度高，已成為PCCP管無損檢測的重要手段[5]，其中PipeDiver檢測的應用比較廣泛。

1 PipeDiver檢測

PipeDiver檢測是一種搭載PureEMTM電磁法技術的檢測平臺，由賽萊默（中國）有限公司設計，具有多功能性與可靠性的特點，能夠對正在運行的PCCP管道進行狀態評估，能有效地檢測出PCCP管中的鋼絲破損情況。

PipeDiver檢測采用了一種創新的自游式工具，由追蹤模塊、遠場變壓器耦合模塊與電池組模塊構成。PipeDiver檢測設備在檢測時，借助柔性承推瓣懸浮于管道居中位置，為檢測設備在水流中的運行提供動力。PipeDiver設備采用柔性設計，能夠靈活地通過PCCP管中的各個彎頭與管內蝶閥。檢測過程中遠場變壓器耦合模塊會不斷向外發送電磁場信號，管道中的預應力鋼絲將會放大電磁場信號，并會被遠場變壓器耦合模塊中的“接收機”接收，當預應力鋼線出現斷裂、破損時，“接收機”接受到的放大信號會發生局部變化。通過分析采集到的檢測數據，精確定位與量化PCCP管預應力鋼絲斷裂的位置與數量[6]。PipeDiver自游式檢測設備見圖1。

圖1 PipeDiver檢測設備

PipeDiver檢測相比其它檢測技術具有以下優勢：一是PipeDiver檢測過程中可以保證管道的實時在壓狀態，進而可以有效的降低整個檢測的費用；二是靈活的柔性設計能夠保證設備通過管道中的絕大多數蝶閥與彎頭；三是能夠精確定位PCCP管中極其細微的鋼絲破損區域、斷絲數量，能夠幫助客戶選擇性地對PCCP管道進行修復與更換，降低PCCP管爆管風險，最大程度地避免發生公共安全事故、財產損失或大面積中斷供水服務的問題；四是僅需2個接入點，一個用于設備投放，一個用于設備回收，單次投放便能進行長距離干線檢測。并且可以隨時檢測，無需停水減壓，不會干擾地區供水服務。

2 PCCP檢測

2.1 工程簡介

引黃工程聯接段全長58.15km，其中43.2km采用PCCP管線輸水，輸水管內徑3m。聯接段工程自2003年正式投運，至今已安全穩定運行了17年，聯接段的PCCP管線穿越城市、郊區等復雜地段，有必要對聯接段PCCP管的預應力鋼絲完整性進行全面檢測。本工程項目擬檢測引黃工程聯接段8號檢查井至20號檢查井之間管段，檢測段信息如表1所示。

表1 檢測段信息

2.2 PipeDiver檢測應用

2.2.1 智能球預檢

PCCP管道的通暢性，將影響PipeDiver檢測的實施。因此，在進行PipeDiver檢測前需要對待檢測的PCCP管道進行沿線通暢性追蹤檢測，以降低PipeDiver檢測風險。賽萊默公司提供了一種智能球技術，這是一種基于聲學原理，能夠準確定位管道泄漏、滯留氣囊的檢測技術。

智能球由泡沫球套和水密性合金小球構成，其中泡沫球套能夠為智能球提供更大的受力面積，使其能夠跟隨水流進行移動，同時也能避免合金小球與管道壁直接接觸產生低頻噪音，降低低頻信號干擾；水密性合金小球由電池組、電子元件和儀器儀表（內含聲傳感器、三軸加速度計、三軸磁強計，可與GPS進行時間同步的超聲波發射器以及溫度感應器）構成。

（1）追蹤傳感器布設

智能球在進行管道預檢時，在PCCP管道的管壁或管件上間隔500～1000m安裝追蹤用聲波傳感器，用于接收智能球的超聲波信號，以確定智能球位置。本工程將追蹤傳感器安裝于檢測人員易進入的閥井的蝶閥、空氣閥或容易靠近的裸露管壁處，且傳感器到管道內水流的距離不超過0.3m，在8號檢查井至20號檢查井檢測段共設置18個追蹤點。

（2）回收格柵安裝

智能球投放后需要進行回放，將在回收點安裝回收格柵（可同時用于智能球與PipeDiver檢測設備回收）阻止其繼續隨水流前移，并在格柵底部固定網兜用于回收設備。

本工程在安裝回收格柵時，須關閉6號檢修閥，使下游管道能夠繼續自流，直至20號檢查井采用插入式流速儀確認無壓后，打開檢查井內人孔蓋板，在檢查水位不超過30cm后由檢測人員進入管道安裝格柵。格柵安裝完成后，封閉回收口，打開6號檢修閥，恢復管道運行。

圖2 回收格柵

（3）智能球投放與回收

回收格柵安裝完成，管道恢復運行后，在設備投放點使用投球爪進行智能球投放。智能球將隨水流向前移動，追蹤傳感器全程追蹤智能球位置，當智能球到達回收點后，暫不進行回收，將與PipeDiver檢測設備一并停水回收。

2.2.2 PipeDiver檢測

待檢測的PCCP管道完成通暢性檢查后，便可進行PipeDiver檢測，整個檢測過程包括以下主要工作內容。

（1）追蹤傳感器布設

PipeDiver檢測設備的追蹤原理、追蹤設備、追蹤過程與上述智能球追蹤相同，PipeDiver檢測設備的追蹤傳感器布設可按照智能球布設方式。

（2）檢修閥角度調整

PipeDiver檢測設備為了適應PCCP管道內復雜的環境，采用了柔性設計，使其能夠靈活地通過管內蝶閥，例如實心閥板式蝶閥，可在設備全開狀態下直接通過；空心閥板式蝶閥則需要對閥板角度進行調整，本工程為了避免PipeDiver檢測設備鉆入空心閥板上的孔洞，將檢修蝶閥的閥門開至67°，如圖3所示。

圖3 空心蝶閥角度調整示意圖

（3）PipeDiver檢測設備投放

由于智能球投放時已在設備回收點安裝了回收格柵，且管道已恢復運行，檢修閥角度已進行調整，此時便可以投放PipeDiver檢測設備進行檢測。

本工程在PipeDiver檢測設備投放時，調節1號減壓閥前池內水位和前池出水速度，采用插入式流速儀確認8號檢查井達到無壓滿管狀態后打開井內人孔，由檢測人員將設備從人孔投入管道。在投放過程中由于設備重量超過200kg，現場環境無法停靠吊機，采用搭設支架，使用電動葫蘆輔助方式進行設備投放。投放完畢后，封閉投放口，使管道保持正常運行。

（4）PipeDiver檢測設備回收

檢測人員根據追蹤傳感器上報的位置信息，追蹤PipeDiver檢測設備位置，當設備到達20號回收點時，表示本次檢測完成，需要進行設備回收。回收時，采用安裝回收格柵的方法，使回收口達到無壓排空狀態，且水位不超過30cm。然后檢測人員下到管道內，再用吊機將設備吊出。最后拆除回收格柵，檢測人員全部出管后，封閉回收口，打開檢修閥，恢復管道運行。

（5）PipeDiver檢測數據分析

現場檢測將采集到詳細的管道檢測數據，由專業的數據分析人員對數據進行分析后，便能夠診斷出管道的斷線分布區域與數量。具體見圖4所示：

圖4 PipeDiver檢測數據分析

3 結語

文章深入探討了PipeDiver檢測在PCCP管檢測中的工作機制、優勢，由此可見，PipeDiver檢測是一種性價比好、檢測精確度高的檢測方法，可大面積推廣。