埋地聚乙烯燃氣管道檢驗風險控制

姚立東 黃孝正

安徽省特種設備檢測院，中國·安徽 合肥 230051

1 引言

近年來，隨著燃氣管道敷設數量的不斷增加，越來越多的燃氣運營企業將最大工作壓力不超過0.4MPa 的中壓燃氣管道改用聚乙烯管道代替鋼質管道，然而聚乙烯燃氣管道有其自身的特殊性，中國尚沒有一個完善的規范標準來指導這方面工作，不利于開展和完善埋地聚乙烯燃氣管道檢驗工作，論文通過分析風險點及聚乙烯燃氣管道的失效模式，結合管道運行工況，精確地查找埋地聚乙烯燃氣管道的安全隱患部位，通過對資料審查、管道位置走向埋深檢測、宏觀檢查、開挖直接檢測、焊接接頭檢測、材料性能檢驗等項目實施檢驗，并提出聚乙烯管道半定量風險評估方法，綜合評定聚乙烯燃氣管道的安全狀況。

2 聚乙烯管道失效模式分析

聚乙烯管道安全運行的影響因素很多，涉及設計、制造、安裝、運行等各環節，設計環節決定著聚乙烯燃氣管道的使用條件，良好的設計對后期聚乙烯管道的施工和運行起著不可代替的指導作用。設計施工階段風險點應充分考慮聚乙烯管道的設計和施工是否參照GB50028《城鎮燃氣設計規范》、CJJ63《聚乙烯燃氣管道工程技術標準》、CJJ33《城鎮燃氣輸配工程施工及驗收規范》、GB/T15558.1-3《燃氣用埋地聚乙烯（PE）管道系統》等相關標準規范執行；有無考慮現場環境因素，根據壓力—溫度選用合適材料，對于材料等級、壁厚的選擇是否合乎規定；制造過程工藝控制非常重要，施工單位對工藝參數、物料熔體溫度、熔體壓力控制是否滿足要求，對于現場的監控和安裝安全質量檢驗以及主要危險源指標，如施工資質、聚乙烯管道原材料驗收、安裝質量控制、表面處理是否滿足要求[1,2]。

聚乙烯管道失效主要集中在運行階段，燃氣聚乙烯管道與鋼質管道最大區別是不會發生電化學腐蝕，而燃氣聚乙烯管道敷設過程中根據相鄰建（構）筑物情況、道路情況和周圍環境情況等變化而變化。

聚乙烯燃氣管道主要失效模式包括：生物活動、道路施工、植物根系作用、老化開裂、占壓、自然災害、地質沉降、第三方破壞等失效模式都可能導致管道失效。主要風險點指標：第三方破壞、自然災害、地質沉降、白蟻啃食、植物根系破壞、自然老化、占壓、管道裸露造成的脆化。

3 檢驗項目

3.1 資料審查

依據設計和安裝過程中存在的風險點，檢驗聚乙烯燃氣管道時應當對提交和收集的以下資料進行審查、分析：

①設計圖紙、文件與有關強度計算書；

②聚乙烯管道元件產品質量證明資料；

③安裝監督檢驗證明文件、安裝及其竣工驗收資料；

④管道使用登記證（需要進行使用登記的）；

⑤管道運行記錄，包括輸送介質壓力、管道修理或者改造的資料、管道事故或者失效資料、管道的各類保護措施的使用記錄、管道周圍的其他施工活動等；

⑥是否依據相關標注、規范進行施工；

⑦上一次全面檢驗報告。

3.2 管道走向埋深檢測

結合管道設計圖、竣工圖、管道地理信息系統（GIS）等，選擇示蹤線（帶）電磁波探測法、地質雷達探測法、管道聲學定位探測法、靜電力探測法、電子標識器定位法等方法檢查管道位置、埋深及走向，對于示蹤線（帶）電連續性能完好的，利用信號源井、閥門井或測試樁，可采用金屬管線探測儀主動信號源法中的通電直連法進行檢測；對于金屬示蹤線（帶）已損壞或未敷設、金屬示蹤線（帶）完好但沒有預留出露點的管道可采用地質雷達探測法、管道聲學定位探測法、靜電力探測法進行檢測。對于隨管敷設電子標識器的管道，可采用電子標識器定位法進行管道定位和埋深檢測。

3.3 宏觀檢查

聚乙烯燃氣管道運行環境對其安全運行至關重要，運行過程中應進行泄漏檢查，對管道采用相應的泄漏檢測設備進行泄漏點檢測，重點檢查管道穿越段、閥門、閥井、聚乙烯管道熔接接口（鋼塑轉換接口）等位置的泄漏情況，對燃氣可能泄漏擴散到的地溝、窨井、地下建（構）筑物內進行檢查，必要時采用地面鉆孔檢測或開挖驗證，泄漏檢查結束應檢查管道位置、埋深與走向檢查（如果管道周圍地表環境無較大變動、管道無沉降等情況，可以不要求），地面標志檢查，檢查地面標識位置是否準確，標志樁、測試樁、里程樁和警示牌等外觀完好情況、是否缺失，管道沿線地表環境調查主要檢查管道與其他建（構）筑物凈距、占壓狀況、管道裸露、土壤擾動等情況，檢查閥門、法蘭、鋼塑轉換接頭等管道元件的完好情況，穿越管段檢查，主要檢查管道穿越處保護工程的穩固性、河道變遷、水工保護等情況，閥門井檢查，主要檢查定期排放積水情況，護蓋、排水裝置的完好情況，對于管道周圍地表環境發生較大變動、沉降等情況時，應檢查沿管道敷設的示蹤線、可探測示蹤帶或電子標識器等示蹤和定位系統的完整性和有效性。

3.4 開挖直接檢驗

聚乙烯管道檢測過程中對于管道敷設環境溫度超過30℃的、管道運行時間達30年以上的、發生過泄漏或第三方破壞等風險較大的位置、沿線地面存在沉降、滑坡等不良地質條件的、穿越位置、鋼塑轉換接頭位置、存在深根植物破壞的位置，必須進行開挖檢測，開挖檢測的抽查檢測比例不應低于0.3 處/km，并且根據實際檢測情況確定是否需進一步增加抽查數量，開挖后應對管道表面檢查，檢查有無劃傷、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，并對聚乙烯管道進行壁厚測定，采用超聲波測厚方法等對管體進行壁厚抽樣測定，同一截面上的側厚位置不得少于4 處，測量值應參考GB/T15558.1-3 對壁厚的要求。測厚時，應注意聲速的校準。當測量壁厚結果有異常時，須擴大檢測范圍[3]。

3.5 焊接接頭檢測

聚乙烯燃氣管道焊接可分為熱熔焊接和電容焊接，電容焊接主要應用于各個規格的管件與管材、注塑管件、管件之間的焊接，熱熔焊接主要應用于管材之間的對接焊，兩種焊接模式的焊接缺陷主要是由灰塵、碎屑等顆粒物進入焊縫產生，可對焊接接頭進行射線檢測或超聲檢測。射線檢測可參照JB/T12530 執行，超聲檢測可參照GB/T29461、JB/T10662執行，還可以采用相控陣等方法進行補充檢測。

3.6 材料性能檢驗

對可能發生聚乙烯老化、材料狀況不明或使用年限已經超過40年的管道，一般應進行材料性能檢驗，材料性能檢驗項目包括氧化誘導時間、斷裂伸長率、靜液壓強度、耐慢速裂紋增長等[4]。

①氧化誘導試驗按照GB/T19466.6 的要求進行，試驗溫度取200℃，氧化誘導時間≥20min；

②斷裂伸長率按照GB/T 8804.3 的要求進行，斷裂伸長率≥350%；

③靜液壓強度試驗按照GB/T 6111 的要求進行，試驗溫度取80℃，環應力4.5MPa（PE80）、5.4MPa（PE100），試驗破壞≥165h；

④當管材公稱壁厚大于5mm 時，應進行管道耐慢速裂紋增長試驗，試驗按照GB/T18476 的要求進行，試驗溫度取80℃，環應力4.5MPa（PE80）、5.4MPa（PE100）。

僅做氧化誘導試驗時，可從管道外表面取樣，取樣厚度不應超過管材壁厚的10%，以免影響管體強度。

4 風險評估

根據埋地聚乙烯檢驗結果并結合檢驗過程中發現問題，綜合考慮管道周邊的人文、社會和自然環境，對管道運行安全進行風險評估，風險評估應以區段為單位。埋地聚乙烯管道風險評估分為失效可能性和失效后果，埋地聚乙烯燃氣埋地管道失效可能性和失效后果的半定量風險評估方法[5]。半定量風險評估是以誘發管道事故的各種因素為依據，以影響因素發展成危險事故的可能性為條件，以事故后果造成的綜合損失為評估指標，對管道的各區段進行評價，以風險值的大小來對管道各區段的安全程度作出綜合評價的技術。

失效可能性評分按照表1埋地聚乙烯燃氣管道失效可能性評分項分別確定第三方破壞得分S1、設備（裝置）及人員操作得分S2、管道本質安全質量得分S3。埋地聚乙烯燃氣管道失效可能性評分S按照式（1）進行計算：

表1 失效可能性評分

失效后果評分按照表2埋地聚乙烯燃氣管道失效后果評分項分別確定介質的短期危害性得分C1、介質最大泄漏量得分C2、介質擴散性得分C3、人口密度得分C4、沿線環境得分C5、泄漏原因得分C6、供應中斷對下游用戶影響得分C7。埋地聚乙烯燃氣管道失效后果得分C按照式（2）進行計算：

表2 失效后果評分

按照式（3）計算風險值R：

其風險值越大代表管道風險等級越高，對于風險等級過高的管段應采取相應的安全措施。

5 結論

論文根據埋地聚乙烯管道常見的失效模式，針對埋地聚乙烯燃氣管道風險點，結合管道運行工況，精確地查找埋地聚乙烯燃氣管道的安全隱患部位，通過對資料審查、管道位置走向埋深檢測、宏觀檢查、開挖直接檢測、焊接接頭檢測、材料性能檢驗等項目實施檢驗，根據檢驗結果，結合檢驗過程中發現的安全隱患點，并綜合考慮管道周邊的人文、社會和自然環境，對管道運行安全進行風險評估，風險評估結果風險值越高代表其風險等級越高，風險值越低代表風險等級越低，對于高風險點應采取相應的安全措施，或降壓運行來降低管道風險。