老舊聚乙烯燃?xì)夤艿罊z驗(yàn)技術(shù)分析

曾凡小, 歐陽珺

(湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院,湖南長沙410117)

1 概述

根據(jù)住建部、國家發(fā)展改革委發(fā)布的《“十四五”全國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》,“十三五”末(2020年)城市燃?xì)?包含人工煤氣、天然氣和液化石油氣)普及率已達(dá)97.9%,城鎮(zhèn)管道燃?xì)馄占奥室堰_(dá)75.7%。由于聚乙烯燃?xì)夤艿谰哂辛己玫娜犴g性和耐腐蝕性、重量輕、施工方便、壽命長、投資小、管道的氣密性較好、管道表面光滑、輸送流體阻力小等特點(diǎn),在國內(nèi)外燃?xì)夤艿拦こ讨械玫綇V泛應(yīng)用[1]。西方發(fā)達(dá)國家早在20世紀(jì)60年代就開始采用聚乙烯管道輸配天然氣,80年代中期,使用技術(shù)已成熟,普及率非常高。我國聚乙烯燃?xì)夤艿赖难芯渴加?0世紀(jì)80年代初期,1982年美國Phillips公司首次在上海敷設(shè)了440 m聚乙烯管道用于煤氣輸送,成為國內(nèi)第一條聚乙烯燃?xì)廨斔凸艿繹2-3]。

截至2020年底,全國城市和縣城燃?xì)夤艿篱L度約105×104km,其中聚乙烯燃?xì)夤艿勒急葮O高,在新建中低壓城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿乐姓急冗_(dá)到 90%以上[2]。但隨著時(shí)間推移,當(dāng)前聚乙烯燃?xì)夤艿览匣瘑栴}凸顯,影響日常安全運(yùn)行,特別是管道燃?xì)馐鹿什粫r(shí)發(fā)生,嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全,亟需對這部分老舊聚乙烯燃?xì)夤艿?一般指運(yùn)行時(shí)間滿20 a)進(jìn)行全面的檢驗(yàn),及時(shí)消除安全隱患。

2 聚乙烯燃?xì)夤艿赖某Ｒ?guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目

根據(jù)TSG D7004—2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則 公用管道》,聚乙烯燃?xì)夤艿赖臋z驗(yàn)項(xiàng)目主要包括:資料審查(含安全管理、技術(shù)檔案、運(yùn)行狀況等資料)、輸送介質(zhì)成分分析、泄漏檢查、位置與走向檢查、地面標(biāo)志檢查、管道沿線地表環(huán)境調(diào)查、穿跨越管道檢查、閥門法蘭等管道元件的檢查、開挖直接檢驗(yàn)(主要檢查管道表面有無槽痕、鑿痕或者凹痕等缺陷,管道有無老化降解等跡象,鋼塑轉(zhuǎn)換接頭的質(zhì)量狀況)、安全保護(hù)裝置及儀表檢驗(yàn)等。

3 重點(diǎn)檢驗(yàn)項(xiàng)目及方法

3.1 無設(shè)計(jì)、竣工資料或未經(jīng)有資質(zhì)單位設(shè)計(jì)、安裝的管道處理建議

① 無設(shè)計(jì)資料(包括設(shè)計(jì)資料不符合要求),或未經(jīng)有資質(zhì)單位設(shè)計(jì)的管道

建議使用單位約請具備相應(yīng)資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場核查,核查內(nèi)容至少包括材料選用、管道布置、聚乙烯燃?xì)夤艿乐袖撡|(zhì)架空段的管道系統(tǒng)應(yīng)力狀況等,并由該設(shè)計(jì)單位出具相關(guān)管道設(shè)計(jì)文件,對不符合要求項(xiàng)提出整改措施,由使用單位整改到位并保存相關(guān)過程見證資料,保證管道設(shè)計(jì)符合國家現(xiàn)行法律法規(guī)、安全技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求。管道檢驗(yàn)時(shí)增加管道材質(zhì)確認(rèn)、焊接接頭質(zhì)量檢查和壓力試驗(yàn)等項(xiàng)目。

② 無竣工資料(包括竣工資料不符合要求),或者由無相應(yīng)資質(zhì)單位安裝的管道

建議使用單位約請具備相應(yīng)資質(zhì)的安裝單位根據(jù)設(shè)計(jì)文件、施工規(guī)范對管子及其他管道元件材質(zhì)、管道強(qiáng)度試驗(yàn)及嚴(yán)密性試驗(yàn)等進(jìn)行檢查確認(rèn),對發(fā)現(xiàn)的問題逐項(xiàng)整改到位,在確認(rèn)安裝質(zhì)量符合國家現(xiàn)行法律法規(guī)、安全技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)文件要求后,由安裝單位出具壓力管道安裝質(zhì)量證明書,使用單位保存相關(guān)過程見證資料。管道檢驗(yàn)時(shí)增加管道材質(zhì)確認(rèn)、焊接接頭質(zhì)量檢查和壓力試驗(yàn)等項(xiàng)目。

3.2 位置與埋深檢驗(yàn)

3.2.1敷設(shè)有連續(xù)示蹤線的管道

對于敷設(shè)有連續(xù)示蹤線的聚乙烯燃?xì)夤艿?優(yōu)先采用探管儀定位法。定位時(shí),將信號電流直接加至管道上方的示蹤線中,利用電磁信號的原理來定位示蹤線,進(jìn)而得到管道的位置與埋深。

3.2.2埋設(shè)有電子標(biāo)志器的管道

對于埋設(shè)有電子標(biāo)志器的聚乙烯燃?xì)夤艿?可采用固定信標(biāo)定位法。通過接收地下信標(biāo)感應(yīng)的脈沖信號,定位管道附近的電子標(biāo)志器,確定管道的位置與埋深。

3.2.3未敷設(shè)示蹤材料或示蹤材料失效的管道

① 探地雷達(dá)定位法

探地雷達(dá)定位法定位原理見圖1,探地雷達(dá)在地面上垂直管道軸向前進(jìn),向地下發(fā)射電磁波。在靠近管道及遠(yuǎn)離管道的過程中,由于通過的土壤介質(zhì)的電性質(zhì)和幾何形態(tài)不同,電磁波在土壤中的傳播路徑、電磁場強(qiáng)度與波形會發(fā)生變化,根據(jù)接收到的波的行程時(shí)間、幅度與波形等特征在顯示屏中得到一條近似拋物線的曲線,由此確定管道的位置及埋深。

圖1 探地雷達(dá)定位法定位原理

② 聲學(xué)管道定位法

聲學(xué)管道定位法定位原理見圖2。利用管道定位儀發(fā)射一束短聲波脈沖,從任何不連續(xù)界面處反射回聲波,其中固體和氣體的接觸面(如天然氣管道內(nèi)表面)反射系數(shù)為100%,土壤與管道外表面、土壤與巖石接觸面的反射系數(shù)均較低。接收器接收到表面反射波和管道反射波,通過掃描數(shù)據(jù)形成二維或三維聲波圖像,得到管道位置并估算埋深[4]。

圖2 聲學(xué)管道定位法定位原理

③ 多頻聲波探測法

多頻聲波探測法定位原理見圖3。通過閥井放散閥或調(diào)壓箱可接入口為管道注入一組特定頻率的聲波信號,此聲波信號沿管道內(nèi)介質(zhì)天然氣傳播,在傳播過程中一部分聲波信號會穿過土壤到達(dá)地面,在地面拾取這部分聲波信號并通過儀器分析定位管道。

圖3 多頻聲波探測法定位原理

④ 靜電探測法

利用弱磁感應(yīng)探測儀將燃?xì)庵袣湓雍说淖孕艌霾蹲讲⒎糯?雙手持金屬桿的操作者在運(yùn)動狀態(tài)下通過人體靜電、大地磁場、自旋磁場的相互作用可以探測出燃?xì)夤艿赖奈恢门c埋深。探測方法見圖4,當(dāng)檢驗(yàn)人員遠(yuǎn)離管道時(shí),手持金屬桿處于與管道走向垂直的自然狀態(tài),當(dāng)靠近管道時(shí),手持金屬桿在磁場作用下相互靠近產(chǎn)生交叉,當(dāng)位于管道正上方時(shí),手持金屬桿將與管道走向平行。

圖4 靜電探測法

3.3 管道敷設(shè)環(huán)境檢查

主要檢查管道與其他建(構(gòu))筑物的凈距,管道沿線的占壓情況,管道上方大型喬木等深根植物種植情況,第三方施工情況,管道沿線的地面沉降、凍土、滑坡、斷層、洪水等不良地質(zhì)條件。

3.4 泄漏檢測

主要檢查管道穿、跨越段,閥門,閥井,法蘭,調(diào)壓器,套管等組成件以及管道熔接接口(含鋼塑轉(zhuǎn)換接頭)的泄漏情況,必要時(shí)對燃?xì)饪赡苄孤U(kuò)散到的地溝、窨井、地下建(構(gòu))筑物進(jìn)行檢查。可用便攜式氣體泄漏檢測儀、氣體(甲烷、乙烷)泄漏檢測車、聲學(xué)成像儀、激光甲烷遙距遙測儀等對聚乙烯燃?xì)夤艿肋M(jìn)行泄漏檢測,對疑似泄漏點(diǎn)進(jìn)行地面鉆孔檢測。為準(zhǔn)確定位管道具體泄漏點(diǎn),可以人工巡檢確定大致泄漏區(qū)域,采用氣相色譜分析技術(shù)確定是否燃?xì)庑孤?并結(jié)合聚乙烯管道位置與埋深檢測技術(shù)確定管道位置,最后進(jìn)行開挖驗(yàn)證[5]。

3.5 開挖檢驗(yàn)

一般管道開挖檢驗(yàn)主要檢查管道表面有無槽痕、鑿痕或者凹痕等缺陷,管道有無老化降解(如表面粉化)等跡象,鋼塑轉(zhuǎn)換接頭的質(zhì)量狀況。對于老舊管道而言,往往存在信息缺失的情況,如施工資料遺失、未經(jīng)安裝監(jiān)督檢驗(yàn)等,因此在開挖檢驗(yàn)時(shí)可視管道具體情況增加材質(zhì)確認(rèn)、焊接接頭質(zhì)量檢查等項(xiàng)目。

① 材質(zhì)確認(rèn)

通過查找管道本體上的材質(zhì)標(biāo)志是PE管道材質(zhì)確認(rèn)的首選方法。PE管道上的材質(zhì)標(biāo)志一般采用燙印或激光打印的方式置于每根管道上,GB/T 15558.1—2015《燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁?PE)管道系統(tǒng) 第1部分:管材》規(guī)定,材質(zhì)標(biāo)志在正常的貯存、氣候老化、加工及合理的安裝、使用后,在管材的整個(gè)壽命周期內(nèi),標(biāo)記字跡應(yīng)保持清晰可辨。

如在開挖足夠的管道長度(一般不短于管子的出廠長度)后,仍未找到材質(zhì)標(biāo)志或者標(biāo)志不清,可對管道焊縫卷邊進(jìn)行切除取樣,送有PE管道元件檢驗(yàn)資質(zhì)的單位(如取得CMA資格的PE管材制造單位或管道元件質(zhì)檢中心等)進(jìn)行熔體質(zhì)量流動速率測試,大致判別材料牌號(PE80或PE100)。

上述管道材質(zhì)確認(rèn)的方法均難以實(shí)施時(shí),可謹(jǐn)慎依據(jù)管道基材顏色及色條顏色來判別材料牌號。按GB/T 15558.1—2015相關(guān)條文,管道基材應(yīng)為黑色(PE80或PE100)、黃色(PE80)或橙色(PE100)。PE80黑色管材上應(yīng)共擠出至少3條黃色條,PE100黑色管材上應(yīng)共擠出至少3條橙色條,色條應(yīng)沿管材圓周方向均勻分布。

② 焊接接頭質(zhì)量檢查

進(jìn)行焊接接頭質(zhì)量檢查,根據(jù)CJJ 63—2018《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,熱熔對接接頭進(jìn)行卷邊對稱性檢驗(yàn)、接頭對正性檢驗(yàn)和卷邊切除檢驗(yàn),電熔承插連接接頭進(jìn)行接口對正性檢驗(yàn)、電阻絲檢驗(yàn)、觀察孔及熔融料檢驗(yàn),電熔鞍形連接接頭進(jìn)行鞍形分支或鞍形三通的垂直性檢驗(yàn)、管壁塌陷狀況檢驗(yàn)、觀察孔及熔融料檢驗(yàn)等。

3.6 管道材料性能測試

當(dāng)對管道材質(zhì)有懷疑或者發(fā)現(xiàn)管體上的材質(zhì)標(biāo)志與質(zhì)量證明書不一致時(shí),建議在管道上取樣送有資質(zhì)的單位進(jìn)行材料性能測試,測試項(xiàng)目至少包括管材出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目中的靜液壓強(qiáng)度、斷裂伸長率、氧化誘導(dǎo)時(shí)間(熱穩(wěn)定性)和熔體質(zhì)量流動速率等。

3.7 壓力試驗(yàn)

當(dāng)老舊聚乙烯燃?xì)夤艿罒o法進(jìn)行上述檢查、試驗(yàn)項(xiàng)目時(shí),應(yīng)當(dāng)進(jìn)行壓力試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)的試驗(yàn)參數(shù)、準(zhǔn)備工作、安全防護(hù)、試驗(yàn)介質(zhì)、試驗(yàn)過程、試驗(yàn)結(jié)論應(yīng)當(dāng)符合 CJJ 33—2005《城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉涔こ淌┕ぜ膀?yàn)收規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定,其中設(shè)計(jì)壓力取最高工作壓力。

4 結(jié)束語

老舊聚乙烯燃?xì)夤艿来蠖既鄙僭O(shè)計(jì)、竣工資料,或設(shè)計(jì)、安裝單位無相應(yīng)資質(zhì),安裝過程未經(jīng)監(jiān)督檢驗(yàn),因此設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量難以保證。經(jīng)過多年運(yùn)行后,因城市更新改造、管道運(yùn)營單位管理不善等因素,導(dǎo)致管道基礎(chǔ)信息不全、位置埋深不明確、與其他建(構(gòu))筑物的凈距不足或存在占壓。再加上難以避免的第三方破壞,近年來老舊聚乙烯燃?xì)夤艿佬孤╊l繁、事故頻發(fā)。

針對老舊聚乙烯燃?xì)夤艿垃F(xiàn)狀,結(jié)合燃?xì)夤艿蓝ㄆ跈z驗(yàn)規(guī)則要求,提出了相應(yīng)的處理建議,對重點(diǎn)檢驗(yàn)項(xiàng)目、方法進(jìn)行了介紹,尤其是建議檢驗(yàn)時(shí)增加材質(zhì)確認(rèn)、焊接接頭質(zhì)量檢查、材料性能測試等項(xiàng)目,將有助于保障老舊聚乙烯燃?xì)夤艿腊踩\(yùn)行,也為不滿足安全使用要求的聚乙烯燃?xì)夤艿缹?shí)施更新改造提供依據(jù)。