在役埋地PE管道探測技術探析

黃輝 許偉(中國特種設備檢測研究院、國家質量監督檢驗檢疫總局油氣管道工程技術研究中心， 北京 100029)

在役埋地PE管道探測技術探析

黃輝 許偉(中國特種設備檢測研究院、國家質量監督檢驗檢疫總局油氣管道工程技術研究中心， 北京 100029)

PE(聚乙烯，polyethylene的簡稱)管道具有質輕價廉、耐腐蝕、施工便捷和韌性好等優點，且隨著PE管道生產技術的進步，強度不斷提高，在埋地管網建設中應用越發廣泛，尤其是城鎮燃氣管道行業。但其強度低、不耐光，易老化，隨著使用年限延長，PE管道事故也日益增多，絕大多數事故源于第三方破壞所致，究其根源，因為地下的PE管道確切位置不明確，第三方在不知情時將其挖傷、挖斷，導致泄漏、甚至爆炸事故發生。如何避免此類事故，精準探測管道的準確位置首當其沖。

在役埋地；PE管道；探測技術

1 PE管道位置探測技術

PE管道由于其惰性材質，不導電、不導磁，埋地敷設后，精準探測其位置比較困難。當前，為便于日后管理，安裝時一般通過地面設置路面標志和敷設示蹤線進行定位，前者經常遭到破壞甚至丟失，后者安裝時可能已折斷或后期遭破壞而無法實現電連通。因而，PE管道經常被施工機械挖斷、挖漏，從而導致事故發生。為避免事故發生，就需要采用針對在役埋地PE管道的先進探測技術。

目前，在用的PE管道的探測技術有示蹤線探測、地質雷達探測、聲學定位探測及弱磁感應法探測。而這些探測方法在工程應用中都各有自己的優點和不足，下文將對各種技術主要從實現原理、技術(性能)特點、現場應用情況等方面對各自優缺點進行簡要分析，重點介紹新型的弱磁感應法技術，以期對今后PE管道的探測工程應用提供幫助。

1.1 示蹤線探測

示蹤線是敷設PE管道正上方緊貼管道埋設的一條金屬線，并在閥門等位置留有露點。其工作原理是建立在電磁場理論基礎上，首先，在示蹤線上施加一定強度的電流，示蹤線上就會產生電磁場，探測人員持特定的設備來接收這一電磁場信號，從而確定管道的位置及埋深。

施加電流的方法有兩種，分別為直連法與感應法。直連法是將信號電流直接加載在示蹤線上產生一個電磁場信號，在地面上通過配套的接收機來探測電磁場的中心位置，從而確定示蹤線的位置和埋深。該方法的優點是信噪比高，不易受相鄰管道干擾，探測結果比較準確；缺點是探測的前提需示蹤線上有裸露點用于施加電流信號。感應法則是由發射機產生一個交流電磁場，通過感應在示蹤線上產生電流，感應電流再以示蹤線為中心形成另一個電磁場，通過探測二次感應電磁場的中心位置，從而確定示蹤線的空間位置。該方法操作便捷，無需尋找專門的裸露點，缺點是感應信號一般較弱，干擾多，并易受附近的金屬管道和電纜干擾[1]。

此方法應用較為廣泛的直連法，檢測儀器主要為PCM，但由于示蹤線在埋設過程中或者后期破壞等原因導致折斷，因此往往在檢測過程中發現示蹤線無效，導致后續檢測無法進行。因此，此方法局限性較大，一般用于新投用不久的管道(或確認示蹤線有效的)探測。

1.2 地質雷達探測

地質雷達探測是以地下各種介質的電阻率和介電常數差異為物理條件，通過向地下發射高頻電磁波探測地下介質分布的無損探測方法。雷達通過發射天線向地下發射高頻電磁波，當電磁波遇到不同的電性界面時，就會發生反射、透射和折射。電介質間的電性差異越大，反射回波能量也越大。地面上的接收天線接收到反射回的電磁波后，通過雷達主機系統軟件依據反射回波到達的時間、相位、振幅、波長等特征，再通過信號疊加放大、濾波降噪、圖像合成等數據加工處理手段，形成地下剖面的掃描圖像。通過對雷達圖像的判讀，便可得到地下目標物的分布位置和狀態。[2]下圖即為一實測埋地管道剖面圖像。

地質雷達探測技術的優點是精度較高、抗干擾、無損害、能區分并行較近管道，但其缺點也較為明顯，一是對直徑較小的管道和位于鹽堿地、頁巖層或黏土下的管道探測均存在一些局限性，且圖像具有多解性，對操作人員專業水平及經驗要求較高。而且，因為PE管道與土壤的電性參數特征差異較小(與金屬管道比較)，雷達反射回波能量也較弱，加之如果目標管道周圍土壤中埋藏鋼筋混凝土塊、磚塊、鋼筋等，在雷達剖面對目標物的干擾很大，影響判讀。二是，檢測過程受管道敷設環境影響較大，地表不平坦時，儀器輪無法正常移動等都會影響檢測，如草坪等。

雖然地質雷達探測對于單條大口徑PE管檢測有效，但往往會因地下管道相鄰過近或管道差異不明顯時而無法確認哪一根是目標管道，這就需要通過開挖來進一步驗證，因此雷達探測在目前的PE管道探測中應用較少。

1.3 聲學定位探測

聲學定位探測技術是利用聲波在介質中的傳播特性探測和定位目標的一種新型技術。檢測時，由發射機發射一組“聲脈沖”到地面，從任何不連續或帶有不匹配聲波阻抗中反射回聲波，其管道光滑內表面和氣體的接觸面反射系數為100%，土壤與巖石與管道外表面的接觸面的反射系數均較低，通過接收器接收到表面波和管道反射波來確認管道的位置[3]。檢測時，設備發射一束持續約2秒的脈沖，此過程為一個點探測，然后繼續向左或向右移動15-30厘米，做為第二個探測點，按此方法，在一個截面至少要完成5個檢測點的探測，最終形成管道位置。

目前，部分燃氣公司已將此設備應用到PE管道的探測工作中，其優點是無需與管道直連，受電廠或架空電力系統干擾較小，缺點是多條管道并行時，無法準確確認目標管道，且儀器受制于管道埋深的影響，導致能探測的管道規格十分有限。同時，檢測過程顯得過于繁瑣，且對管道屬性的判斷要求較高，人員需經專門培訓，因此，總體而言應用較少。

1.4 弱磁感應探測

弱磁感應探測原理基于一切物質都具有磁性，一切空間都存在磁場，通過將PE管道內的介質(主要探測輸送天然氣、水、油)的弱磁場放大，在地面上方通過專門儀器拾取該信號，從而探測其位置與埋深。因此，此探測方法不關心管道材質，只關心管道內輸送介質。

以天然氣為例，所含氫原子核中的質子是一種帶有正電荷不停的自旋的粒子，在外磁場作用下它們將按一定的方向有規則的排列，從而表現出一定的磁性。但其磁性非常微弱，只能在一些磁化率很低的逆磁性物質，如某些碳氫氧化合物(水、天然氣、原油等)中才能反映出來，根據這一現象，研制出能將弱磁場放大的探測儀，從而實現對天然氣等管道的檢測。目前，已開展工程應用的探測儀，按介質類型不同而型號各異。檢測時，檢測人員雙手持金屬桿在運動狀態下通過人體靜電、大地磁場、弱磁場的相互作用下可以探測出被探測物的位置與埋深。

檢測設備輕便，一人即可獨立完成。檢測人員需要手持金屬天線以張開的狀態垂直管線的位置勻速走步，當靠近管線時，天線開始相互吸引，直到到達管線正上方時，天線成平行狀態，當遠離管道時，天線又開始由平行變為張開，檢測示意圖如圖2所示。同時，儀器還可以測出管道的埋深及管道的管徑大小。

弱磁感應探測儀的優點是檢測效率高，屬于無源檢測，操作流程簡單，探測深度大。缺點則是抗干擾能力差，易受目標物附近交流供電設施、礦山、水塘等干擾因素的影響，這種情況下，定位精度不高，需通過重復測量來減小誤差，且檢測的準確性與檢測人員經驗豐富與否直接相關。

2 分析與展望

從上文分析可以看出，目前，非金屬埋地管道探測方法非常有限，現有儀器探測效果也不甚理想。目前的探測方法都是根據目的物與其周圍介質之間的物性差異探測，例如它的電性、磁性、熱的傳導性，波速傳遞、甚至介電常數等的差異性進行探測的，即便是現在比較先進的探地雷達、超聲波都難以解決非金屬材料管道探測的難題。

綜合來看，不同的檢測方法有不同的優點，在實際PE管道的探測過程中，需要綜合考慮管道敷設的實際情況，合理選擇探測方法，并對探測結果進行開挖驗證，以保證管道的位置清晰明了，減少不必要的第三方破壞導致的事故發生。比較而言，目前，弱磁感應方法因其具有不受管道材質影響，不受地形影響，無源追蹤探測，所測管道不需要有示蹤線也無需連接管道或做其它前期處理工作，效率是傳統探測手段的幾倍以上，可廣泛用于特檢、燃氣、軍事、工業產業、市政工程等，作為最新開發的技術，應用前景更為廣闊。

3 結語

在未來發展方向上，應向研制集成地質雷達、GPS、測距輪和圖像等數據采集為一體的管線探地雷達系統，通過對天線優化，提高帶寬，從而提高管線探測分辨能力發展。而對弱磁感應方面，因其作為最新的技術，在儀器操作的友好性方面以及抗干擾能力方面還有很大的提升空間，尤其是如何克服干擾導致定位精度不夠是亟需解決的問題。

[1]曹震峰.燃氣PE管道示蹤線方法及其探測技術[J].勘察科學技術，2010,4：62.

[2]杜良法，李先軍.復雜條件下城市地下管線探測技術的應用[J].地質與勘探，2007,(3)：116-117.

[3]曾岳梅，賈向煒，李英杰.埋地PE管道聲學定位探測技術應用研究[J].煤氣與熱力,2015,(7)，31.

資助課題:質檢公益性行業科研專項項目 課題編號：201310159

黃輝(1978- )，男，高工，主要從事壓力管道檢驗檢測，安全評價等技術方面工作。