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城市PE燃?xì)夤艿廊鏅z驗技術(shù)探析

2022-05-07 15:09:19 作者：腐蝕與防護(hù) 來源：腐蝕與防護(hù) 分享至：

隨著社會發(fā)展，天然氣作為清潔能源逐漸取代了煤氣、煤炭等在城市中被人們廣泛應(yīng)用。近年來，作為輸送天然氣的工具，PE（聚乙烯）管道憑借穩(wěn)定性高、耐磨耐腐蝕、使用壽命長等優(yōu)點越來越被各大燃?xì)夤舅放酰噍^金屬管材，PE也存在耐壓、耐高溫性能差等缺點，天然氣作為易燃易爆介質(zhì)，保證管道安全運行就變得尤為重要。近年來，國家出臺了一系列城鎮(zhèn)燃燃?xì)夤艿廊鏅z驗的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，本文針對城鎮(zhèn)PE燃?xì)夤艿赖娜鏅z驗工作進(jìn)行了深度探析，為燃?xì)夤艿腊踩\行提供參考。

城鎮(zhèn)PE燃?xì)鈾z驗概況

現(xiàn)如今，PE管道在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)中廣泛應(yīng)用，但仍存在設(shè)計偏差、施工不規(guī)范、管道資料遺失、第三方施工破壞、自然災(zāi)害等一系列風(fēng)險。根據(jù)《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》，在役壓力超過0.1MPa的PE燃?xì)夤艿佬枰M(jìn)行全面檢驗。檢驗規(guī)則可根據(jù)可根據(jù)TSG D7004-2010《壓力管道定期檢驗規(guī)則——公用管道》實施，同時可參照上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DB31/T 1162-2019《燃?xì)饩垡蚁┕艿蓝ㄆ跈z驗技術(shù)規(guī)則》進(jìn)行全面檢驗工作。

PE燃?xì)夤艿廊鏅z驗難點分析

因PE管道特性，除檢驗所遇到的一般性難點外，PE管道還存在一些特有的技術(shù)難點：

1 管道的定位和埋深探測困難

根據(jù)CJJ 63-2018《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》鋪設(shè)管道時應(yīng)隨行鋪設(shè)管道示蹤系統(tǒng)，因部分地區(qū)地下水位低，管道周圍黃沙擠壓等使管道之中系統(tǒng)偏離或者施工不規(guī)范等原因?qū)е率聚櫹到y(tǒng)失效，部分管道地面標(biāo)識殘缺，管道缺少相關(guān)資料等，導(dǎo)致管道位置和埋深探測困難。

2 漏點難以確定

當(dāng)前PE管道的泄漏檢查主要針對閥門、管道沿線、鋼塑轉(zhuǎn)換位置和一些附屬設(shè)施進(jìn)行泄漏檢查，但氣體具有流動性，管道本身和焊接接口位置的泄漏可能會沿著土壤疏松位置擴散到地溝、窖井或其他建筑物，對管道泄漏位置的判定非常困難。

3 焊接質(zhì)量難以把控

PE管道焊接過程中容易受天氣、現(xiàn)場環(huán)境、人員操作等影響，焊接接口容易出現(xiàn)夾渣、冷焊、過焊等缺陷，現(xiàn)場驗收主要以宏觀檢查為主，內(nèi)部缺陷容易被忽略，隨著管道使用或者升壓，缺陷點就成了管道泄漏的風(fēng)險點，現(xiàn)場檢驗對此難以識別。

4 失效機理難以確定

PE管道雖然諸多優(yōu)點，但對管材質(zhì)量把控要求較高。其耐有機溶劑性能差，有機溶劑若滲入其中易發(fā)生溶脹現(xiàn)象，物理性能下降；耐壓和耐高溫性能差，受沖擊時容易脆裂；管道長期暴露在空氣中容易被氧化、粉化。即使采用完全合格的材料，也難以保障在運輸、安裝以及后期管理過程中達(dá)到預(yù)期的使用結(jié)果，這也對檢驗過程中管道的評價帶來一定困難。

全面檢驗要求及流程

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和管道自身的性質(zhì)和特點，PE燃?xì)夤艿廊鏅z驗現(xiàn)場實施作業(yè)程序見下圖：

1 資料審查

針對被檢管道的原始資料審查內(nèi)容主要包括：規(guī)章制度、安全操作規(guī)則、作業(yè)人員持證上崗情況、安全宣傳情況等安全管理資料；管道設(shè)計單位、壓力、溫度、設(shè)計圖等設(shè)計資料；竣工報告、氣密性試驗、質(zhì)量證明、施焊記錄、安裝監(jiān)督檢驗報告、驗收報告、竣工圖等竣工驗收資料；管道的運行記錄、巡線記錄、維修改造資料、安全裝置校驗記錄等運行資料以及運行周期內(nèi)的歷次檢驗報告等。

2 風(fēng)險預(yù)評估

根據(jù)收集的管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、建設(shè)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)和以往的檢測報告進(jìn)行分類、匯總、分析，根據(jù)《燃?xì)饩垡蚁┕艿蓝ㄆ跈z驗技術(shù)規(guī)則》對被檢管道進(jìn)行風(fēng)險預(yù)評估。

3 宏觀檢驗和敷設(shè)環(huán)境調(diào)查

主要對沿線管道進(jìn)行位置走向和深度檢查、地面標(biāo)識檢查、閥門井和其他附屬設(shè)施的泄漏檢查、管道周圍占壓物檢查、管道示蹤系統(tǒng)檢查、穿跨越檢查、鉆孔泄漏檢查。敷設(shè)環(huán)境調(diào)查主要包括管道周圍占壓情況、是否存在第三方施工、管道裸露、生物侵蝕和可能發(fā)生災(zāi)害的不良地質(zhì)條件的檢查。

4 開挖檢測

根據(jù)規(guī)定要對管道選取可能存在風(fēng)險位置進(jìn)行開挖檢測，一般選取數(shù)量為0.3處/公里，開挖檢測主要包括管道敷設(shè)質(zhì)量檢查、管體狀況檢測和管道性能試驗三部分。其中敷設(shè)質(zhì)量檢查包含管道埋深檢查、示蹤系統(tǒng)和警示帶的敷設(shè)質(zhì)量檢查、管基質(zhì)量檢查。其檢查結(jié)應(yīng)滿足其深度應(yīng)滿足CJJ 63-2018《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定。管體狀況檢測包含管道表面質(zhì)量檢查、接頭宏觀檢查、法蘭連接接頭檢查、鋼塑轉(zhuǎn)換連接接頭檢查和熔接接頭相控陣超聲檢測。管道性能試驗包含管道材料抗氧化能力檢測、管道材料力學(xué)性能檢測。

5 管道測試及風(fēng)險再評估

根據(jù)現(xiàn)場檢驗結(jié)果，綜合甲方對已發(fā)現(xiàn)問題的整改情況，重新對管道的安全狀況進(jìn)行評估。主要從資料審查、宏觀檢查、直接檢驗、管道本質(zhì)安全、運行參數(shù)得分、安全管理六個方面對管道的失效可能性進(jìn)行評分。從介質(zhì)燃燒性、介質(zhì)反應(yīng)性、管道壓力、最大泄漏量、介質(zhì)擴散性、風(fēng)速、人口密度、沿途環(huán)境（財產(chǎn)密度）、泄漏原因、搶修時間、供應(yīng)中斷影響范圍、用戶對管道所輸送介質(zhì)的依賴性等12個方面對管道的失效后果進(jìn)行評分。評估標(biāo)準(zhǔn)參照上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DB31/T 1162-2019《燃?xì)饩垡蚁┕艿蓝ㄆ跈z驗技術(shù)規(guī)則》。

采取的技術(shù)措施

1 管道定位技術(shù)

根據(jù)管線敷設(shè)特點，有示蹤線且連接狀況良好時，采用PCM或RD8000對示蹤線進(jìn)行探測。無示蹤線或示蹤線連接不良時采用IDS雷達(dá)和BY-YKRL2017-B1型系列管道探測儀進(jìn)行探測。

采用PCM或RD8000對示蹤線進(jìn)行探測

探測原理：當(dāng)在示蹤線上施加電流，示蹤線周圍會產(chǎn)生磁場，如果是交流電，就會產(chǎn)生交變磁場。當(dāng)交變磁力線切割一個線圈時，線圈就會產(chǎn)生感應(yīng)電信號（如圖所示）。

系統(tǒng)由專用信號發(fā)射機和便攜式接收機所組成。發(fā)射機將一特殊交流的電信號施加于示蹤線上，接收機將通過感應(yīng)線圈或高靈敏的磁力儀檢測出示蹤線上這一特殊信號電流的強度和方向，從而進(jìn)行管道定位。接收機中有兩個水平放置的線圈，在管道正上方按下“深度”按紐，接收機內(nèi)置系統(tǒng)通過兩個水平線圈的信號差計算出示蹤線埋深。

采用IDS雷達(dá)檢測

探地雷達(dá)是利用介質(zhì)中電性差異（電導(dǎo)率、介電常數(shù)等）分界面對高頻電磁波（主頻數(shù)十到數(shù)百兆赫）的反射來探測目的體。然后根據(jù)周邊情況調(diào)查，判斷哪一個具體的目的體是管線管道信號。如下圖所示：

用一個天線發(fā)射高頻電磁波，另一個天線接收來自地下介質(zhì)界面（如非金屬地下管線與土壤的界面）的反射波，在介質(zhì)中一定深度范圍內(nèi)如果存在有異常物體，并且異常物體與周圍介質(zhì)存在有電性差異時，探地雷達(dá)天線在地表發(fā)射高頻電磁波時，在介質(zhì)中傳播的電磁波遇到異常物體與周圍介質(zhì)分界面，電磁波反射回地表，被地表的接收天線所接收，根據(jù)所接收的反射信號的雙程走時，通過對接收到的反射波的分析處理，便可確定異常物體的位置，從而達(dá)到探測地下非金屬管線的目的。

采用BY-YKRL2017-B1型系列管道探測儀檢測

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究表明一切物質(zhì)都具有磁性，在無外磁場情況下，分子呈不規(guī)則狀態(tài)，磁性甚微。BY-YKRL2017-B1弱磁感應(yīng)儀采用核磁共振的原理，不同物質(zhì)核磁共振的頻率不同，根據(jù)被測物的特性，選擇其相應(yīng)的頻率，可將被探物的弱磁場放大。檢測中，設(shè)備發(fā)射與燃?xì)庀嗥ヅ涞念l率信號，檢測人員手持兩金屬桿的管道附近運動，通過人體靜電、大地磁場和弱磁場的相互作用下，兩金屬桿產(chǎn)生靜電，當(dāng)通過管道上方時出現(xiàn)信號最強，兩金屬桿出現(xiàn)閉合現(xiàn)象。通過該方法可以探測管道的位置和埋深。

2 泄漏檢查

泄漏檢查，主要包括閥門、閥井、法蘭、補償器、調(diào)壓器、熔接接頭和鋼塑轉(zhuǎn)換接頭的泄漏情況，檢查采用泄漏檢查儀進(jìn)行，必要時還需對燃?xì)饪赡軘U散到的地溝、窨井、地下構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)行檢查。市面上常見的氣體泄漏檢查儀種類較多，常用的帶氣體分析的檢漏儀，可有效對泄漏氣體甲烷濃度進(jìn)行檢測，例如GS700燃?xì)庑孤z測儀，如下圖所示：

泄漏檢查還應(yīng)結(jié)合資料點、沿線地表環(huán)境調(diào)查和地面泄漏檢查中的情況，重點選擇法蘭、熔接接頭和鋼塑轉(zhuǎn)換接頭等進(jìn)行鉆孔泄漏檢測，檢查數(shù)量可參照表1。

表1 鉆孔泄漏檢查數(shù)量推薦表

3 PE燃?xì)夤艿篮附咏宇^無損檢測

對熱熔和電熔接頭采用相控陣檢測技術(shù)，檢測接頭內(nèi)有無影響性能的夾雜、氣孔、冷焊、過焊、裂紋等缺陷。常見的相控陣超聲技術(shù)類似醫(yī)學(xué)上的“B超”，將探頭沿著焊接方向掃查，探頭上的壓電晶片組產(chǎn)生并發(fā)射超聲波束，再通過接收單元將反射回的超聲波分析處理，最終成像在屏幕上，可以對存在的缺陷進(jìn)行判別，測量。

電熔接頭相控陣超聲檢測

掃查結(jié)束后，重點關(guān)注三條線，一是代表熔融區(qū)域邊界的特征線，將特征線與電阻絲的垂直距離與正常接頭對比來判斷是否過焊和冷焊；二是觀察電阻絲是否排列整齊，有無上下偏差；三是觀察底面回波是否顯示清晰，有無缺失。如果有局部底面回波缺失，則可能有氣泡存在，若底面回波不清晰，一般是由于管材與管件之間存在間隙造成的。如下圖：

電熔接頭相控陣超聲檢測圖

聚乙烯電熔接頭常見缺陷有過焊、冷焊、孔洞、電阻絲錯位等，如圖所示：

熱熔接頭相控陣超聲檢測

聚乙烯熱熔接頭常見缺陷有未熔合、冷焊、過焊、孔洞、夾雜等。

通過對焊接接頭缺陷的檢測分析，最終對缺陷進(jìn)行缺陷評級，評級標(biāo)準(zhǔn)可參照DB31T1058-2017《燃?xì)庥镁垡蚁≒E）管道焊接接頭相控陣超聲檢測》相關(guān)規(guī)定。

檢測結(jié)果分析及建議

現(xiàn)場檢測結(jié)束后應(yīng)對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，對發(fā)現(xiàn)的問題整理，以書面形式呈交并給出合理化整改建議。常見問題有：技術(shù)檔案資料不完整、遺失或存在明顯錯誤；閥門井泄漏、被埋、井體破損、井蓋非燃?xì)鈱Ｓ谩㈤y門壞死井內(nèi)少沙或無沙等；管道缺少或無地面標(biāo)識、地面標(biāo)識偏離、無穿越標(biāo)識、標(biāo)識樁（牌）損壞等；存在占壓、管道裸露、生物侵害、地質(zhì)條件不良、第三方施工等；管道無示蹤線或示蹤系統(tǒng)失效、無警示帶或警示帶偏離；焊接接頭相控陣超聲檢測存在較大缺陷等。

全面檢驗還應(yīng)針對檢測中發(fā)現(xiàn)的問題提出合理化建議，例如：建議對技術(shù)檔案資料不完整的管道進(jìn)行完善或根據(jù)檢驗成果進(jìn)行修正；修復(fù)存在問題的閥門井和其他附屬設(shè)施；增設(shè)地面標(biāo)識和穿越標(biāo)識；對管道占壓、露管等問題進(jìn)行整改；接頭相控陣檢測大于Ⅱ級的缺陷進(jìn)行切除重焊或監(jiān)控使用，建議對管道風(fēng)險較高段加強日常巡線和應(yīng)急搶險隊伍及裝備的投入工作。

結(jié)論

本文基于PE燃?xì)夤艿廊鏅z驗中難點的分析和檢驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題，以降低管道運行風(fēng)險為目的，對解決檢驗情況展開分析，最終通過PCM或RD8000、IDS探地雷達(dá)、BY-YKRL2017-B1型系列管道探測儀、燃?xì)夤艿佬孤z測儀、相控陣超聲檢測等對管道管位、埋深、泄漏以及焊接接頭檢測技術(shù)的應(yīng)用，分析管道可能損傷部位，針對性地對易產(chǎn)生缺陷的部位實施有效檢測，對發(fā)現(xiàn)的缺陷提出處理意見等，進(jìn)行管道檢驗時安全狀況的符合性驗證和評價活動，從而為管道安全運行提供依據(jù)。

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