聚乙烯燃气埋地管道检测技术.pdf

检验检测与监测技术42聚乙烯燃气埋地管道检测技术任 峰 续宏毅 刘 健 生建文 刘长征 孟 涛(中国特种设备检测研究院 北京 100029)摘 要：目前导致聚乙烯燃气埋地管道管体失效引发泄漏爆炸的主要原因包括管道本体质量缺陷、管道焊接缺陷、外力机械损伤和其他因素等，针对这几类影响因素提出了相对应的检测方法，包括目测法、力学性能试验、无损检测方法和管道定位探测技术。通过研究对比几种管道定位探测设备，确定了利用燃气 PE 管线探测仪 GPPL+探地雷达的技术组合进行聚乙烯管道探测的技术方案，并在现场应用中取得了较好的应用成果。针对目前的聚乙烯管道探测难题，提出了管道内示踪线探测技术，开发研制了一种能通过聚乙烯燃气管道 90直角弯头将示踪线敷设于管道内部的牵拉装置，是比较有前景的聚乙烯管道探测新技术。关键词：聚乙烯燃气管道 燃气泄漏检测 聚乙烯管道探测 管道定期检测Detection Technology of Polyethylene Gas Buried Pipeline Ren Feng Xu Hongyi Liu Jian Sheng Jianwen Liu Changzheng Meng Tao(China Special Equipment Inspection&Research Institute Beijing 100029)Abstract At present,the main causes of leakage explosion caused by the failure of polyethylene gas buried pipeline include pipeline body quality defects,pipeline welding defects,external mechanical damage and other factors.Aiming at these influencing factors,the corresponding detection methods are proposed,including visual method,mechanical property test,nondestructive detection method and pipeline positioning detection technology.By studying and comparing several pipeline positioning and detection equipment,the technical scheme of polyethylene pipeline detection by using the technical combination of Gas PE pipeline detector GPPL+ground penetrating radar is determined,and good application results have been obtained in field application.In view of the current difficult problem of polyethylene pipeline detection,the tracer line detection technology in the pipeline is proposed,and a traction device which can lay the tracer line inside the pipeline through the 90 right angle elbow of polyethylene gas pipeline is developed.It is a promising new technology for polyethylene pipeline detection.Keywords Polyethylene gas pipeline Gas leakage detection Polyethylene pipeline detection Pipeline regular detection中图分类号：X933.4 文献标志码：B文章编号：1673-257X(2023)09-0042-05 DOI:10.3969/j.issn.1673-257X.2023.09.010作者简介：任峰（1979 )，男，硕士，高级工程师，从事压力管道检验及新技术开发研究工作。基金项目：国家市场监督管理总局技术保障专项项目“聚乙烯埋地燃气管道探测技术研究”(2019YJ066)。通讯作者：续宏毅，E-mail:。（收稿日期：2022-08-13）聚乙烯管道因为具有良好的耐腐蚀性、成本低、施工简单，逐步取代钢质管道，越来越多的应用到城市燃气输配行业中，在城市燃气输配行业中发挥重要作用。国际上欧、美、日等发达国家和地区已全部采用聚乙烯燃气管道，国内目前新建的城市燃气中低压管道基本采用聚乙烯材质1。随着聚乙烯燃气管道的推广应用，由于设计施工、运行管理过程中各种问题造成的安全事故也越来越多，其中由燃气泄漏引发爆炸是造成严重后果的最直接原因，国内外发生多起燃气泄漏爆炸造成人员伤亡的重大事故。为了减少燃气泄漏事故，对潜在的安全隐患进行风险分析和评估，采用先进的检测技术发现尽可能多的管道缺陷，成为降低管道运行风险的迫切需要，随第 39 卷 第 9 期 检验检测与监测技术43着企业安全意识和风险管理水平提高，提前排查、消除安全隐患将逐步取代事故发生后再进行紧急抢险的办法，成为企业安全管理的必要手段。1 城市燃气埋地聚乙烯管道泄漏安全隐患的影响因素城市燃气埋地聚乙烯管道失效引起燃气泄漏是造成事故最直接的原因，造成管道失效的主要因素可以分为 4 类：管道本体质量缺陷、管道焊接缺陷、外力机械损伤和其他因素。1.1 管道本体质量缺陷管道本体质量缺陷主要包括管件和管道本体质量不合格造成的缺陷，例如管道在运行过程中管件密封失效以及在制造、储存过程中存在裂纹、划伤等缺陷。按照标准 CJJ 632018聚乙烯燃气管道工程技术标准要求，管材划伤不能超过管材壁厚的 10%才能合格使用2。图 1 中鞍型三通质量不合格，管件内部密封不严，导致在运行过程中燃气泄漏事故的发生。图 1 鞍型三通密封失效泄漏1.2 管道焊接缺陷管道焊接缺陷主要是焊接过程中结构不合理、焊接参数和焊接时间控制不合理，焊接面有杂质以及环境影响等因素造成焊接接头存在各种缺陷和变形。焊缝缺陷根据焊接方法不同又分为电熔接头缺陷和热熔接头缺陷。电熔接头缺陷包括熔合面缺陷、孔洞、金属丝错位、冷焊等，热熔接头缺陷包括熔合面缺陷、冷焊、过焊、焊缝过短、焊缝不对中等。图 2 是热熔焊缝未对齐焊接导致变形；图 3 是管道结构不合理导致弯曲变形；图 4 是三通管件采用焊接件，未按照规范要求安装三通标准件。图 2 焊缝变形图 3 管道弯曲变形图 4 三通采用焊接制作1.3 外力机械损伤外 力 机 械 损 伤 是 指 管 道 受 到 外 力 机 械 作 用造 成 管 体 变 形 或 者 损 伤。图 5 是 管 道 受 外 力 作用（如 占 压）造 成 的 管 道 变 形；图 6 是 被 第 三方 施 工 破 坏 造 成 管 体 破 损 引 起 泄 漏；图 7 是 未按照规范要求进行施工，对聚乙烯管道造成机械 破 坏；图 8 是 未 按 照 CJJ 632018 要 求 在 填埋过程中回填细砂2，回填土中石块在管体造成 凹坑。管道敷设时，应随管道走向埋设金属示踪线和警示带（CJJ 632018），但是示踪线缺失是目前很多燃气企业普遍存在的现象，导致埋地聚乙烯管道无法准确定位，外力机械损伤事故频繁发生，也是目前困扰企业安全生产的重大难题。检验检测与监测技术44图 5 管道受挤压变形图 6 管道破损图 7 管体机械划伤图 8 回填石块造成管体损伤1.4 其他因素其他因素包括高温、低温、电击等因素造成的管道失效，聚乙烯管道相对钢质管道能够承受的温度范围较窄，聚乙烯管道附近存在高温管道或者其他高温物体，都有可能造成管道融熔失效，聚乙烯管道长期处于低温环境有可能造成管道冻裂失效，因此在管道运行过程中要充分考虑聚乙烯管道的周边环境，做好保温、隔离热源、防雷击等措施。2 城市燃气埋地聚乙烯管道隐患排查检测技术针对以上聚乙烯埋地管道安全隐患，进行隐患排查的检测技术主要包括目测法、力学性能试验、无损检测方法、管道定位探测技术等。2.1 目测法目测法主要包括目视检查和泄漏检查。目视检查范围包括检查管道本体、管件及焊缝外观、变形及损伤。泄漏检查是采用日常巡检与燃气泄漏检测结合的方法，能快速、准确地发现燃气泄漏点，是及时排除安全隐患的重要手段之一3。热熔接头的目视检查项目包括焊缝翻边对称性、接头对正性检验和翻边切除检验。翻边应沿整个外圆周平滑对称，尺寸均匀、饱满，不应有切口或缺口状缺陷；焊缝高度不能低于母材表面；焊接部位的错变量不能超过管材壁厚的 10%。电熔接头的目视检查要求管件端口处应有明显的刮皮痕迹；接缝处不应有熔融料溢出；鞍型三通的出口应垂直于管材中心线；电熔管件内电阻丝不应挤出，管件上观察孔中应能看到少量熔融料溢出，但不能呈流淌状。目视法简单快捷，对发现管道表面宏观缺陷以及燃气泄漏点非常有效，缺点是对于埋地管道无法实施目视检查。2.2 力学性能试验力学性能试验主要针对热熔接头、电熔接头进行的破坏性试验，通过检测接头的力学性能指标确定接头质量的一种手段。对热熔接头采用拉伸试验、三点弯曲试验、拉伸蠕变测试等，通过这些试验可以得到焊口的焊缝系数，评价焊接质量和变形能力，对评价焊接接头的寿命很有价值。对电熔接头采用电熔拉伸剥离、电熔挤压剥离、鞍形三通焊接抗冲击强度测定等，用管壁、管件壁或焊接面的破坏特征和剥离百分比表征焊接质量、检查是否有可见损伤或丧失气密性，以此判定电熔接头性能是否达标。力学性能试验能为接头质量提供准确的判定数据，但是由于操作复杂，成本较高，因此应用受到限制。第 39 卷 第 9 期 检验检测与监测技术452.3 无损检测方法主要包括超声波无损检测方法和射线无损检测 方法。焊缝超声检测已经发布了几项标准，例如检测按照标准 JB/T 106622013无损检测 聚乙烯管道焊缝超声检测、GB/T 294612012聚乙烯管道电熔接头超声检测进行，检测结果评价参照标准 GB/T 294602012含缺陷聚乙烯管道电熔接头安全评定。射线检测方法对接头孔洞、金属丝错位、未熔合、未焊透等缺陷能进行比较直观的反映。由于聚乙烯材质对声波的损耗，超声无损检测的精度受到一定影响，笔者单位采用超声相控阵动态聚焦结合 B 扫查成像技术对焊缝进行检测，结果表明能够对缺陷定位，对焊缝质量进行判定4，有很好的应用前景。无损检测方法还有待进一步研究，提高检测能力和精度，是未来很有潜力的检测手段。2.4 管道定位探测技术造成外力机械损伤的主要原因是施工单位在对埋地聚乙烯管道位置、埋深定位不准确的情况下野蛮施工造成管道本体损伤，而缺乏有效的埋地聚乙烯管道探测技术是目前事故频发的主要原因之一。目前埋地聚乙烯管道探测定位可采用的设备主要包括：通过探测沿管道内部传播的声波振动信号进行管道定位的燃气 PE 管线探测仪 GPPL，探测短声波脉冲反射信号的 APL 地下（PE）管线探测仪5，探测高频电磁波反射信号的探地雷达，探测示踪线电磁信号的埋地管线探测仪6。对这几种设备从操作简易程度、是否与管道连接、定位准确性、埋深探测准确性、单次探测长度等方面进行对比分析，结果见表 1。序号探测技术设备操作性是否与管道连接定位埋深长度备注1燃气 PE 管线探测仪GPPL较方便连接较准确 较困难 受限制 需要连接阀门或其他聚乙烯管道附件，有些管段会受限；检测距离有限；埋深检测依赖检测人员经验2APL 地下（PE）管线探测仪较方便 不连接一般一般不受限 受土壤类型及密实程度影响；操作麻烦，界面非专业人员不容易看懂3探地雷达 较复杂 不连接困难较准确 不受限 对于小管 100 mm，无信号；操作麻烦，界面非专业人员不容易看懂4埋地管线探测仪（示踪线法）方便不连接准确准确不受限 需示踪线完好，示踪线缺失无法使用表 1 聚乙烯管道探测设备对比分析结果通过以上研究发现，示踪线法是最理想的聚乙烯管道探测技术，但是目前很多聚乙烯管道未安装示踪线，导致该技术无法使用；对比其他 3 项技术，燃气PE 管线探测仪 GPPL 在管道定位方面优于其他 2 项技术，而探地雷达在管道埋深探测方面优于其他 2 项技术，集合这2种技术的优势，可以提高聚乙烯管道定位、埋深检测的准确性。应用燃气 PE 管线探测仪 GPPL+探地雷达的技术组合进行聚乙烯管道现场探测，分 3 步进行：1）首先利用燃气 PE 管线探测仪 GPPL 对聚乙烯管道进行定位。见图 9。图 9 管道定位探测现场图片2）然后利用探地雷达选择2处管道进行埋深测量。见图 10、图 11。图 10 埋深探测 1#坑图片0.0 m0.4 m0.9 m1.3 m1.8 m2.2 m2.7 m3.1 m3.5 m4.0 m4.4 m4.9 m图 11 埋深探测 2#坑图片0.0 m0.3 m0.6 m0.9 m1.1 m1.4 m1.7 m2.0 m2.3 m2.6 m2.9 m检验检测与监测技术463）最后现场开挖对管道的定位、埋深误差进行验证。见图 12。图 12 现场开挖验证图片通过结果分析得出：利用燃气 PE 管线探测仪GPPL 进行管道定位，单侧能够探测的管线距离在 500 m 至 1 000 m 之间。现场实际开挖验证 2 处，平面误差 1#坑差 10 cm，2#坑 0 cm。埋深探测误差 1#探测埋深 2.2 m，实际 1.9 m；2#探测埋深 1.4 m，实际埋深 1.3 m。探测结果表明：燃气 PE 管线探测仪 GPPL+探地雷达的技术组合是目前比较实用的聚乙烯燃气管道探测方法。3 基于管道内示踪线的埋地聚乙烯管道检测新技术为了能准确、高效地进行埋地聚乙烯管道的探测，提出了基于管道内示踪线探测的一种新型的聚乙烯管道探测技术，如图 13 所示，用牵引装置将示踪线从聚乙烯管道内部的一端牵引至管道另一端，然后将示踪线接地，并与检测信号发射机连接，启动检测信号发射机，使检测信号通过示踪线并形成回路，再利用检测信号接收机沿管道走向，在地面对检测信号进行读取分析，确定管道位置及埋深，避免聚乙烯管道受到第三方破坏。示踪线可以安装于管道内部长期使用。此技术操作简单，检测准确，不易受到环境影响，对于已经施工完毕而未安装示踪线的管道尤其适用。关键问题在于牵拉装置能通过聚乙烯管道的 90 直角弯头，目前该装置已经研制成功，且已申请专利。图 13 示踪线牵拉示意图?4 结论1）造成聚乙烯燃气埋地管道失效的主要因素可以分为 4 类：管道本体质量缺陷、管道焊接缺陷、外力机械损伤和其他因素。针对这些失效因素提出了目测法、力学性能试验、无损检测方法和管道定位探测技术等措施，管道的安全运行需要采用先进的安全理念和检测技术。2）通过分析探地雷达、管线探测仪（示踪线）、APL 地下（PE）管线探测仪和燃气 PE 管线探测仪，发现燃气 PE 管线探测仪 GPPL 在定位方面有优势，而探地雷达在管道埋深探测方面比较准确，采用这 2 种方法结合进行管道探测并进行现场验证，管道平面误差、埋深误差都在允许范围内，这种技术组合是目前比较实用的探测方法。3）示踪线法进行管道探测是最具优势的聚乙烯管道探测技术，目前企业由于未按照规范要求敷设示踪线导致无法利用该技术进行管道探测，为此研发了一种能通过聚乙烯管道 90 直角弯头的牵拉装置，能够用于聚乙烯管道的示踪线在管道内部的敷设，为聚乙烯管道的探测提供了全新的检测方案。参考文献1 任峰.基于风险分析的城市燃气埋地聚乙烯管道检测技术 J.城市燃气,2018(03):4-7.2 CJJ 632018 聚乙烯燃气管道工程技术标准 S.3 任 峰,何 仁 洋,石秀 山.城市燃气 埋 地 管道泄漏现场精确定位技术 J.中国特种设备 安全,2017,33(12):36-39.4 石秀山,何仁洋,曾维国,等.埋地聚乙烯燃气管道基于失效模式的全面检验关键技术及工程应用 J.中国特种设备安全,2014,30(07):8-12+21.5 曾岳梅,贾向炜,李英杰.埋地 PE 管道声学定位探测技术应用研究 J.煤气与热力,2015,35(07):30-32+44.6 任峰,何仁洋,孟涛,等.城市燃气管网检测技术研究 J.管道技术与设备,2014(05):16-17+23.