聚乙烯燃氣管道檢驗檢測與風險評價關鍵技術探討

詹德蛟

大連華潤燃氣有限公司 遼寧大連 116000

目前，我國最早投用的聚乙烯燃氣管道運行時間已達30 年，部分管道由于施工流程不規范，無法找到管位；此外，隨著運行時間的增長，在管道本體老化、第三方破壞、地基沉降等因素作用下，管道容易發生穿孔或破裂等事故，在南方地區還出現過白蟻啃食管道造成燃氣泄漏的情況。因此，以科學的方法對在役聚乙烯燃氣管道開展檢驗檢測與風險評價，預防管道故事發生意義重大。

1 聚乙烯燃氣管道檢驗檢測

早期聚乙烯燃氣管道工程存在未敷設管線示蹤線或設置電子標識器，導致管道運行過程中需要對管道位置和埋深進行重新定位、跟蹤，加之聚乙烯燃氣管材具有絕緣性、無法直接加載信號，定位檢測存在困難。聚乙烯燃氣管材焊接方面、防腐蝕性好，然而實踐證明在管件、閥門等安裝均規范的情況下，聚乙烯燃氣管材也很難達到最長使用壽命，對管道正常運行產生影響。目前常用聚乙烯燃氣管道檢驗檢測內容主要包含對管道材質檢測、管道位置與埋深檢測和焊接質量的檢測。檢測技術有資料審查、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量的首要保證。最小要求強度（MRS）越高，可以保證管道足夠高的壓力下達到最長的使用壽命。根據相關標準對于使用條件嚴格壓力管道，對聚乙烯作出嚴格的性能指標要求，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氣管道的使用壽命達到50 年以上。表1 和表2 為相關規范[1]對管材性能的強制要求。

表1 聚乙烯混配料分級的規定

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脆，對某工程停用2 年的聚乙烯燃氣管道抽檢發現存在老化現象，原因為該管道專用材料中炭黑添加低于規范要求，所以聚乙烯燃氣管材、管件和閥門不應長期存放于室外。當出廠到使用時間段內，存在以下情況時，均應對其抽樣檢驗檢測，性能符合規范要求方可使用：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。

風險評價時若發現管材存在與原設計不符，材質不明或材質老化，影響管道的安全運行，需要對其進行檢驗檢測，強度等性能校核合格，在使用中未發生安全問題，方可繼續使用。

1.2 管道位置與埋深檢測

聚乙烯燃氣管道多敷設在城市內，敷設環境、運行工況和周圍環境不斷變化等因素復雜，尤其近年來由于管道位置不明確和埋深不足導致的第三方破壞事故屢見不鮮[2]，因此進行聚乙烯燃氣管道位置與埋深檢測技術的研究勢在必行。目前常用的檢測方法主要包含：固定信標探測法、探管儀定位法、探地雷達探測法和多頻聲波探測法，固定信標探測法和探管儀定位法適用于敷設有連續示蹤線的聚乙烯燃氣管道的檢測，多頻聲波探測法和探地雷達探測法適用于未敷設示蹤線或示蹤線失效的聚乙烯燃氣管道的檢測。

1.2.1 固定信標探測法

信標探測法適用于設有電子標識器的聚乙烯燃氣管道的檢測。工作原理為探測器發送和接收可使地下信標感應的特定低頻脈沖信號，通過定位設置在地下聚乙烯燃氣管道上方的電子標識器，進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完整的聚乙烯燃氣管道的檢測。工作原理為發射機將固定頻率的信號發射到待測管線上，接收機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 定位儀聯合使用，進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示蹤線或示蹤線失效的聚乙烯燃氣管道的檢測。

工作原理為發射控制機驅動氣體振動器，通過放散閥或調壓箱與管道連接，驅動管道中的燃氣并施加多頻復合聲波振動信號，使管道中的燃氣產生特殊頻率的振動波信號，并接收跟蹤儀器信號源發出的聲波信號，進而精確定位管道的位置和埋深。

1.2.4 探地雷達探測法

探地雷達探測法適用于未敷設示蹤線或示蹤線失效的聚乙烯燃氣管道的檢測。

工作原理為利用高頻短脈沖電磁波在介質中傳播時其路徑、電磁場強度與波形因介質的電介常數（導電性）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 焊接質量檢驗

聚乙烯燃氣管道焊接施工過程中，經常受到焊接設備水平、操作環境及作業人員技術水平和焊接工藝執行情況等因素的影響，無法保證焊接接頭品質的連續性和可控性，據統計，焊接質量不合格是聚乙烯燃氣管道漏氣的主要原因之一，因而焊接接頭質量檢驗至關重要。實驗室檢測和無損檢測是目前焊接接頭質量檢測主要方法。

1.3.1 實驗室檢測

我國在聚乙烯燃氣管道標準規范方面的研究和應用比較晚，因而聚乙烯管道工程焊接施工中存在多種問題。聚乙烯燃氣管道焊接施工完成后，應對焊口質量進行檢查，對檢查結果存在爭議時應按《聚乙烯燃氣管道工程技術標準》CJJ63- 2018 對焊接拉伸性能、耐壓（靜液壓）強度試驗，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進行實驗室檢測。

1.3.2 無損檢測

無損檢測技術是在不損害或不影響燃氣管道使用性能的前提下聚乙烯管材焊接接頭進行品質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合成像技術超聲波檢測。

隨著超聲波技術的發展，為了提高檢測能力、增強圖像質量，相控陣超聲波檢測方法優勢明顯并逐漸得到應用。超聲相控陣工作原理為各陣元發出聲束的有序疊加靈活地實現波束掃描、偏轉及聚焦，然后采用機械掃描和電子掃描相結合的方法來實現圖像成像，完成對關心區域的高分辨率、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氣管道焊口檢測和安全性能評估等方面發揮著重要的作用。相關規范提出，開挖檢驗過程中，應對焊接接頭質量進行宏觀檢查，當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行檢驗[3]。

2 聚乙烯燃氣管道風險評價

聚乙烯燃氣管道風險評價主要由風險識別、風險評價和風險分級管控三個環節組成。首先根據資料審查結果對管道風險等級進行風險評估，其次依據風險評估結果開展檢驗檢測，最后根據風險評估金和檢驗檢測結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現各個環節可能出現的問題，實施后可切實有效地提高聚乙烯燃氣管道運行安全，減少燃氣泄漏事故。

2.1 風險識別

聚乙烯燃氣管道的風險識別是根據資料審查、宏觀檢查、敷設環境調查、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果，識別影響燃氣管道安全運行的風險因素，評估燃氣管道風險狀況[4]。據報道，以聚乙烯燃氣管道發生事故為頂上事件，分析管道本體質量、設計缺陷、焊口質量、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，根據事故原因構建事故樹，共得到56 個基本事件，因此風險識別的準確性直接影響風險評價結果的準確性。

2.2 風險評價

聚乙烯燃氣管道風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、風險矩陣法、層次分析法、概率評價法和專家打分法等。風險評價工作的主要內容為參照相關法律法規和標準規范，根據可靠性理論計算聚乙烯燃氣管道失效可能性，進行管道失效后果可能性分析，計算管道風險值。評價方法的綜合應用推動了風險評價方法進行了創新，郭巖寶等綜合運用故障樹（FTA）、灰色理論法和層次分析（AHP）評價法，首先根據基本事件的割集結構重要度、概率重要度和關鍵重要度選取評價指標，然后采用灰色理論構建層次灰色模型計算綜合評價值，確定管道風險等級，實踐案例驗證，現場與實際基本吻合，該模型可以用于聚乙烯燃氣管道的風險評價。根據檢驗與風險評價結果，可建議使用單位及時修復發現的措施，并加強運營維護。

3 結語

由于施工過程中存在無法避免的人為因素、設備因素和自然環境因素均影響聚乙烯燃氣管道安全運行，對聚乙烯燃氣管道檢驗檢測和安全評價工作提出了更高的要求。筆者認為，隨著相關標準和政策陸續出臺，聚乙烯燃氣管道檢驗檢測技術風險評價技術將會有很大的提高，例如，對于未敷設示蹤線或示蹤線失效的聚乙烯燃氣管道位置和埋深的檢測，對于預防第三方施工導致的破壞，意義重大。風險評價技術的提高能夠有效評價聚乙烯燃氣管道的安全運行狀態，保障供氣安全。