聚乙烯燃?xì)夤艿罊z驗檢測與風(fēng)險評價關(guān)鍵技術(shù)探討

詹德蛟

大連華潤燃?xì)庥邢薰?遼寧大連 116000

目前，我國最早投用的聚乙烯燃?xì)夤艿肋\(yùn)行時間已達(dá)30 年，部分管道由于施工流程不規(guī)范，無法找到管位；此外，隨著運(yùn)行時間的增長，在管道本體老化、第三方破壞、地基沉降等因素作用下，管道容易發(fā)生穿孔或破裂等事故，在南方地區(qū)還出現(xiàn)過白蟻啃食管道造成燃?xì)庑孤┑那闆r。因此，以科學(xué)的方法對在役聚乙烯燃?xì)夤艿篱_展檢驗檢測與風(fēng)險評價，預(yù)防管道故事發(fā)生意義重大。

1 聚乙烯燃?xì)夤艿罊z驗檢測

早期聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ檀嬖谖捶笤O(shè)管線示蹤線或設(shè)置電子標(biāo)識器，導(dǎo)致管道運(yùn)行過程中需要對管道位置和埋深進(jìn)行重新定位、跟蹤，加之聚乙烯燃?xì)夤懿木哂薪^緣性、無法直接加載信號，定位檢測存在困難。聚乙烯燃?xì)夤懿暮附臃矫?、防腐蝕性好，然而實踐證明在管件、閥門等安裝均規(guī)范的情況下，聚乙烯燃?xì)夤懿囊埠茈y達(dá)到最長使用壽命，對管道正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。目前常用聚乙烯燃?xì)夤艿罊z驗檢測內(nèi)容主要包含對管道材質(zhì)檢測、管道位置與埋深檢測和焊接質(zhì)量的檢測。檢測技術(shù)有資料審查、宏觀檢查、開挖直接檢測和非開挖檢測等。

1.1 管材性能檢驗

管材性能好壞是管道質(zhì)量的首要保證。最小要求強(qiáng)度（MRS）越高，可以保證管道足夠高的壓力下達(dá)到最長的使用壽命。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對于使用條件嚴(yán)格壓力管道，對聚乙烯作出嚴(yán)格的性能指標(biāo)要求，明確要求提供混配料等級分類證明，以保證在正常使用情況下聚乙烯燃?xì)夤艿赖氖褂脡勖_(dá)到50 年以上。表1 和表2 為相關(guān)規(guī)范[1]對管材性能的強(qiáng)制要求。

表1 聚乙烯混配料分級的規(guī)定

表2 聚乙烯管材物理性能的要求

聚乙烯管材在紫外線輻射下容易被氧化而逐漸發(fā)脆，對某工程停用2 年的聚乙烯燃?xì)夤艿莱闄z發(fā)現(xiàn)存在老化現(xiàn)象，原因為該管道專用材料中炭黑添加低于規(guī)范要求，所以聚乙烯燃?xì)夤懿?、管件和閥門不應(yīng)長期存放于室外。當(dāng)出廠到使用時間段內(nèi)，存在以下情況時，均應(yīng)對其抽樣檢驗檢測，性能符合規(guī)范要求方可使用：累計受到太陽能輻射量超過3.5GJ/ m2時；管材閑置超過4 年；包裝完好的管件存放時間超過6 年。

風(fēng)險評價時若發(fā)現(xiàn)管材存在與原設(shè)計不符，材質(zhì)不明或材質(zhì)老化，影響管道的安全運(yùn)行，需要對其進(jìn)行檢驗檢測，強(qiáng)度等性能校核合格，在使用中未發(fā)生安全問題，方可繼續(xù)使用。

1.2 管道位置與埋深檢測

聚乙烯燃?xì)夤艿蓝喾笤O(shè)在城市內(nèi)，敷設(shè)環(huán)境、運(yùn)行工況和周圍環(huán)境不斷變化等因素復(fù)雜，尤其近年來由于管道位置不明確和埋深不足導(dǎo)致的第三方破壞事故屢見不鮮[2]，因此進(jìn)行聚乙烯燃?xì)夤艿牢恢门c埋深檢測技術(shù)的研究勢在必行。目前常用的檢測方法主要包含：固定信標(biāo)探測法、探管儀定位法、探地雷達(dá)探測法和多頻聲波探測法，固定信標(biāo)探測法和探管儀定位法適用于敷設(shè)有連續(xù)示蹤線的聚乙烯燃?xì)夤艿赖臋z測，多頻聲波探測法和探地雷達(dá)探測法適用于未敷設(shè)示蹤線或示蹤線失效的聚乙烯燃?xì)夤艿赖臋z測。

1.2.1 固定信標(biāo)探測法

信標(biāo)探測法適用于設(shè)有電子標(biāo)識器的聚乙烯燃?xì)夤艿赖臋z測。工作原理為探測器發(fā)送和接收可使地下信標(biāo)感應(yīng)的特定低頻脈沖信號，通過定位設(shè)置在地下聚乙烯燃?xì)夤艿郎戏降碾娮訕?biāo)識器，進(jìn)而確定管的位置及埋深。

1.2.2 探管儀定位法

探管儀定位法適用于管道示蹤系統(tǒng)完整的聚乙烯燃?xì)夤艿赖臋z測。工作原理為發(fā)射機(jī)將固定頻率的信號發(fā)射到待測管線上，接收機(jī)以相同頻率接收該信號，利用判斷峰值法或谷值法對管道定位，與GPS 定位儀聯(lián)合使用，進(jìn)而探測管道的位置及埋深。

1.2.3 多頻聲波探測法

多頻聲波探測法適用于未敷設(shè)示蹤線或示蹤線失效的聚乙烯燃?xì)夤艿赖臋z測。

工作原理為發(fā)射控制機(jī)驅(qū)動氣體振動器，通過放散閥或調(diào)壓箱與管道連接，驅(qū)動管道中的燃?xì)獠⑹┘佣囝l復(fù)合聲波振動信號，使管道中的燃?xì)猱a(chǎn)生特殊頻率的振動波信號，并接收跟蹤儀器信號源發(fā)出的聲波信號，進(jìn)而精確定位管道的位置和埋深。

1.2.4 探地雷達(dá)探測法

探地雷達(dá)探測法適用于未敷設(shè)示蹤線或示蹤線失效的聚乙烯燃?xì)夤艿赖臋z測。

工作原理為利用高頻短脈沖電磁波在介質(zhì)中傳播時其路徑、電磁場強(qiáng)度與波形因介質(zhì)的電介常數(shù)（導(dǎo)電性）的差異，以及接收到的波的行程時間（亦稱雙程走時）、幅度與波形資料來判斷管線的位置和埋深。

1.3 焊接質(zhì)量檢驗

聚乙烯燃?xì)夤艿篮附邮┕み^程中，經(jīng)常受到焊接設(shè)備水平、操作環(huán)境及作業(yè)人員技術(shù)水平和焊接工藝執(zhí)行情況等因素的影響，無法保證焊接接頭品質(zhì)的連續(xù)性和可控性，據(jù)統(tǒng)計，焊接質(zhì)量不合格是聚乙烯燃?xì)夤艿缆獾闹饕蛑?，因而焊接接頭質(zhì)量檢驗至關(guān)重要。實驗室檢測和無損檢測是目前焊接接頭質(zhì)量檢測主要方法。

1.3.1 實驗室檢測

我國在聚乙烯燃?xì)夤艿罉?biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面的研究和應(yīng)用比較晚，因而聚乙烯管道工程焊接施工中存在多種問題。聚乙烯燃?xì)夤艿篮附邮┕ね瓿珊螅瑧?yīng)對焊口質(zhì)量進(jìn)行檢查，對檢查結(jié)果存在爭議時應(yīng)按《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》CJJ63- 2018 對焊接拉伸性能、耐壓（靜液壓）強(qiáng)度試驗，電熔承插焊接電熔管件剖面檢驗、靜液壓試驗、擠壓剝離試驗，電熔鞍形焊接擠壓剝離試驗和撕裂剝離試驗等理化指標(biāo)進(jìn)行實驗室檢測。

1.3.2 無損檢測

無損檢測技術(shù)是在不損害或不影響燃?xì)夤艿朗褂眯阅艿那疤嵯戮垡蚁┕懿暮附咏宇^進(jìn)行品質(zhì)評價是一種有效手段。聚乙烯熱熔焊接接頭的無損檢測方法主要有X射線照相法、目測法、微波掃描法、普通超聲波方法、相控陣超聲檢測和空間復(fù)合成像技術(shù)超聲波檢測。

隨著超聲波技術(shù)的發(fā)展，為了提高檢測能力、增強(qiáng)圖像質(zhì)量，相控陣超聲波檢測方法優(yōu)勢明顯并逐漸得到應(yīng)用。超聲相控陣工作原理為各陣元發(fā)出聲束的有序疊加靈活地實現(xiàn)波束掃描、偏轉(zhuǎn)及聚焦，然后采用機(jī)械掃描和電子掃描相結(jié)合的方法來實現(xiàn)圖像成像，完成對關(guān)心區(qū)域的高分辨率、高效率檢測。超聲相控陣可以對正常焊接接頭、熔合面夾雜、孔洞和未熔合焊口做出對比。目前超聲相控陣已成功地聚乙烯燃?xì)夤艿篮缚跈z測和安全性能評估等方面發(fā)揮著重要的作用。相關(guān)規(guī)范提出，開挖檢驗過程中，應(yīng)對焊接接頭質(zhì)量進(jìn)行宏觀檢查，當(dāng)熱熔焊接接頭外觀檢查不合格時，必要時需對焊接接頭采用超聲相控陣等方法進(jìn)行檢驗[3]。

2 聚乙烯燃?xì)夤艿里L(fēng)險評價

聚乙烯燃?xì)夤艿里L(fēng)險評價主要由風(fēng)險識別、風(fēng)險評價和風(fēng)險分級管控三個環(huán)節(jié)組成。首先根據(jù)資料審查結(jié)果對管道風(fēng)險等級進(jìn)行風(fēng)險評估，其次依據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果開展檢驗檢測，最后根據(jù)風(fēng)險評估金和檢驗檢測結(jié)果評定管道的綜合安全狀況等級是較為常見工作流程，因為該方法能夠及時發(fā)現(xiàn)各個環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題，實施后可切實有效地提高聚乙烯燃?xì)夤艿肋\(yùn)行安全，減少燃?xì)庑孤┦鹿省?/p>

2.1 風(fēng)險識別

聚乙烯燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險識別是根據(jù)資料審查、宏觀檢查、敷設(shè)環(huán)境調(diào)查、管道完整性檢查、直接檢驗、安裝及驗收、使用年限、安全管理資料審查結(jié)果，識別影響燃?xì)夤艿腊踩\(yùn)行的風(fēng)險因素，評估燃?xì)夤艿里L(fēng)險狀況[4]。據(jù)報道，以聚乙烯燃?xì)夤艿腊l(fā)生事故為頂上事件，分析管道本體質(zhì)量、設(shè)計缺陷、焊口質(zhì)量、第三方破壞、誤操作因素、生物侵蝕等[5-6]造成管道失效可能性的6 個主要指標(biāo)，根據(jù)事故原因構(gòu)建事故樹，共得到56 個基本事件，因此風(fēng)險識別的準(zhǔn)確性直接影響風(fēng)險評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 風(fēng)險評價

聚乙烯燃?xì)夤艿里L(fēng)險評價的主要方法包括故障類型及影響分析、模糊綜合評判法、風(fēng)險矩陣法、層次分析法、概率評價法和專家打分法等。風(fēng)險評價工作的主要內(nèi)容為參照相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，根據(jù)可靠性理論計算聚乙烯燃?xì)夤艿朗Э赡苄?，進(jìn)行管道失效后果可能性分析，計算管道風(fēng)險值。評價方法的綜合應(yīng)用推動了風(fēng)險評價方法進(jìn)行了創(chuàng)新，郭巖寶等綜合運(yùn)用故障樹（FTA）、灰色理論法和層次分析（AHP）評價法，首先根據(jù)基本事件的割集結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度和關(guān)鍵重要度選取評價指標(biāo)，然后采用灰色理論構(gòu)建層次灰色模型計算綜合評價值，確定管道風(fēng)險等級，實踐案例驗證，現(xiàn)場與實際基本吻合，該模型可以用于聚乙烯燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險評價。根據(jù)檢驗與風(fēng)險評價結(jié)果，可建議使用單位及時修復(fù)發(fā)現(xiàn)的措施，并加強(qiáng)運(yùn)營維護(hù)。

3 結(jié)語

由于施工過程中存在無法避免的人為因素、設(shè)備因素和自然環(huán)境因素均影響聚乙烯燃?xì)夤艿腊踩\(yùn)行，對聚乙烯燃?xì)夤艿罊z驗檢測和安全評價工作提出了更高的要求。筆者認(rèn)為，隨著相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策陸續(xù)出臺，聚乙烯燃?xì)夤艿罊z驗檢測技術(shù)風(fēng)險評價技術(shù)將會有很大的提高，例如，對于未敷設(shè)示蹤線或示蹤線失效的聚乙烯燃?xì)夤艿牢恢煤吐裆畹臋z測，對于預(yù)防第三方施工導(dǎo)致的破壞，意義重大。風(fēng)險評價技術(shù)的提高能夠有效評價聚乙烯燃?xì)夤艿赖陌踩\(yùn)行狀態(tài)，保障供氣安全。