PE 天然氣管道全面檢驗技術及風險評估實踐

李俊賢

（上海派普諾管道檢測科技發展有限公司，上海）

引言

近幾年，我國天然氣管道敷設工程建設步伐有所加快，越來越多的人開始關注天然氣運輸載體的使用安全問題。受到地域和地下空間限制，天然氣管道使用的安全隱患較多，如果未能進行有效的全面檢驗和管道風險評估，容易出現晚期腐蝕、泄露等危險性事故，嚴重威脅人們的生命安全。故此，有關檢驗單位應當結合實際情況，科學使用管道全面檢驗技術，加強管道風險評估，以強化天然氣管道的安全管理。

1 工程概況

某中壓PE 天然氣管道全面檢驗項目位于上海市金山區，主要對中壓聚乙烯（PE）天然氣管道加以全面檢驗。中壓PE 天然氣管道總長度約72.247 km，涵蓋DN315、DN250、DN200、DN160、DN110 多 種 管 道 規格，設計壓力和操作壓力分別為0.4 MPa、0.1～0.36 MPa。全面檢驗過程中，檢驗項目包括資料審查、宏觀檢測、穿、跨越檢查、開挖直接檢驗，風險評估、組合載荷穩定性校核等，要求技術人員嚴格按照《壓力管道定期檢驗規則- 公用管道》TSGD7004-2010 定檢規定標準進行檢測，為后續問題的處理提供參考意見，提高中壓聚乙烯（PE）天然氣管道使用的安全性與可靠性。

2 全面檢驗要求

2.1 資料審查

資料審查環節包括安全管理資料審查、技術檔案資料審查、運行狀況資料審查、歷次檢驗問題記載檢查、資料審查問題記載檢查等內容，要求相關信息記載及資料真實、全面、可靠、完整，資料審查結果表明，存在設計圖紙不全、部分資料缺失等問題。

2.2 宏觀檢查

本工程PE 燃氣管道宏觀檢查項目包含泄漏檢查、位置與走向檢查、地面標志檢查、管道示蹤系統完整性檢查、管道沿線地表環境調查、穿/跨越管段檢查、凝水缸檢查、閥門井檢查、法蘭檢查、補償器檢查、安全保護裝置檢查等，其中，管道沿線地表環境調查內容涵蓋管道與建筑物凈距/占壓狀況、管道與熱力管道的凈距、管道附近的深根植物的根部是否對管道造成破壞情況、管道附近第三方施工活動情況、地面沉降、凍土、滑坡、斷層現象以及管道裸露情況等[1]。最后，宏觀檢查結果表明，大體上檢查基本正常，主要存在管道沿線缺少地面標識、缺少示蹤系統等問題。

2.3 開挖直接檢驗

本項目開挖直接檢驗環節，選擇22 處進行開挖檢驗，具體檢驗內容包括管道管材的敷設質量檢驗、管體狀況檢驗、管道性能試驗三個部分，必要時取樣進行靜液壓強度、耐慢速裂紋增長等理化性能試驗，主要將CJJ63-2018《聚乙烯燃氣管道工程技術標準》、DB31/T 1162-2019《燃氣聚乙烯管道定期檢驗技術規則》、DB31/T1058-2017《燃氣用聚乙烯（PE）管道焊接接頭相控陣超聲檢測》作為檢驗評定標準。檢驗結果表明，此工程管道敷設質量良好，無生物侵害情況，管體無鼓脹、氣泡等質量缺陷，管道性能良好，順利通過熱穩定性試驗，所取管道材料氧化誘導時間均超過20 min，并無老化問題。

2.4 風險評估

參照上海市地方標準DB31/T 1162-2019《燃氣聚乙烯管道定期檢驗技術規則》進行PE 天然氣管道的風險評估，主要對各區段管道失效可能性和失效后果分別評分。其中，失效可能性評分包括綜合資料審查、宏觀檢查、管道示蹤系統完整性檢驗、直接檢驗、管道本質安全、運行參數得分和安全管理等7 個方面；失效后果評分考量介質燃燒性、介質反應性、管道壓力、最大泄漏量、介質擴散性、風速、人口密度、沿線環境（財產密度）、泄漏原因、搶修時間、供應中斷影響范圍、用戶對管道所輸送介質的依賴性等12 個方面。最后風險評估結果顯示，所檢管道被評估為低風險管道，管道周圍人口密集、部分管段無地面標識、閥井泄漏、原始資料欠缺等為主要風險點[2]。

3 技術措施

3.1 管道探測定位

弱磁法、電磁法為常見PE 管道定位技術，可用于管線埋深及走向定位；探地雷達法、電磁法、弱磁法和聲波法等為常用PE 燃氣管道探測技術，其中，針對已敷設示蹤線的PE 燃氣管道主要采用電磁法，如果未敷設示蹤線，則采用探地雷達法、聲波法、弱磁法等。本工程并未敷設示蹤線，故此，主要采用探地雷達法和弱磁法。如圖1 所示，用弱磁法配合探地雷達法使用，能夠充分發揮出各個儀器的優點，提高PE 燃氣管道探測定位的可靠性。最終利用多功能管道檢測探測定位儀進行探測定位，結果表明，秀州街（豫園雅郡-秀江路）部分管段、萬安街（羅星路- 萬安金邸）部分管段存在管段埋深不足問題，建議整改。

圖1 弱磁法探測示意圖

3.2 被埋閥井檢測

本項目的重難點在于找出被埋閥井位置、確定管線泄漏點位置。天然氣燃氣質量較輕，當從泄露處噴出后，將呈現自然向上升起、竄出地面的現象，受到回填物密實度不均等因素影響，燃氣竄出地面后并不會垂直上升，容易在土質疏松地方停留、亂竄，所以管線泄漏點的尋找成為本項目檢測中的難點之一。

對此，本項目采用了IDS 探地雷達檢測技術，還采用竣工圖紙和探管儀配合方法，以排除污水井、電信電纜井等干擾物，先利用竣工圖紙確定管線的大致范圍，再采用探管儀確定具體管線位置，最后再結合閥門定位坐標加以追蹤，利用探地雷達系統查找到被埋閥門井。最終共檢查441 處閥井，檢查情況基本符合要求，僅4 個閥門井被埋。

3.3 泄漏檢查

泄露檢查時，主要采用鉆孔泄漏檢查技術，先鉆孔再用可燃氣體檢測儀進行泄露檢測。首先，當發現異常點后，在上方地面位置進行打孔，用于引導泄露燃氣垂直上升，提高漏點檢查的準確度。打孔之前，確保管道位置定位精準，正式打設探孔時，其孔位數量≥3 個，保證孔深接近或超過管道埋深。當探孔搭設完畢，用可燃氣體檢測儀逐一測量各個探孔的氣體濃度，通過比較各部位的濃度大小，判斷漏電的位置[3]。最后泄露檢查結果顯示，開挖點并無泄露問題，管體表明質量良好，無泄漏問題。但是，1 個閥門井處存在泄露，泄露濃度約2 350 ppm，急需進行整改維修處理。

3.4 PE 天燃氣管道焊接接頭檢測

PE 天燃氣管道焊接接頭檢測環節，主要結合DB31/T1058-2017《燃氣用聚乙烯（PE）管道焊接接頭相控陣超聲檢測》標準，采用相控陣超聲檢測技術，針對開挖處的焊接接頭進行檢測，如圖2 所示，超聲相控陣系統主要由相控陣探頭、數據處理與呈現顯示設備等組成，超聲相控陣換能器由多個相互獨立的壓電晶片組成陣列，并按照一定規則和時序用電子系統控制激發各個晶片單元，使得各個陣列中的晶片單元發射的超聲波疊加形成新波陣面，反射波接收的同時，能夠經過數據處理合成信號，成像顯示合成結果。

圖2 超聲相控陣系統組成示意圖

此次PE 天燃氣管道焊接接頭檢測結果表明，熱熔接頭、電熔接頭宏觀檢查結果基本符合要求，熔接接頭相控陣超聲檢測方面存在部分質量缺陷問題，JS-08-D-01、JS-09-D-01 存 在 過 焊 缺 陷，其 中，JS-08-D-01 質量評定為II 級（已整改），JS-09-D-01質量評定為III 級（已整改），且JS-10-R-01 存在焊口歪斜質量問題（已整改），這主要與焊接夾裝管材時未校正有關，而其他接頭處未見明顯缺陷，質量評定為I級。

4 管道基于風險性評價

4.1 評價方法的選擇

管道風險性評價部分，主要參照地方標準DB31/T 1162-2019《燃氣聚乙烯管道定期檢驗技術規則》，采用半定量風險評估方法，針對各個區段管道失效可能性、失效后果分別加以評分，具體而言，埋地鋼質管道風險評估流程如下：管道區段劃分→確定各區段失效可能性得分→確定各區段失效后果得分→確定各區段風險值→確定各區段風險等級→提出改進建議[4]。

4.2 管道單元的劃分

根據風險預估及全面檢測結果等，將管道進行單元劃分，共計劃分為兩大單元區域，單元一為除閥門井外的埋地管道，單元二為閥門井內的管道。其中，如表1 所示，按照管道區段劃分要求，將被檢埋地管道劃分為I～V 五個區段。

表1 區段劃分情況

4.3 管道單元一失效可能性分析

（1）失效可能性評分

如表2 所示，I～V 五個區段管道失效可能性評分分別為19.5、19.5、19.5、19.5、25.5。

表2 燃氣聚乙烯管道失效可能性評分

（2）失效后果評分

如表3 所示，I～V 五個區段管道失效后果評分分別為121、121、121、121、121。

表3 燃氣聚乙烯管道失效后果評分

（3）埋地管道的風險評價

埋地管道風險評估時，按照GB/T27512-2014《埋地鋼質管道風險評估方法》劃分風險等級，其中，低風險絕對等級為[0，3 600]，中等風險絕對等級為[3 600，7 800]，較高險絕對等級為[7800，12600]，高風險絕對等級為[12 600，15 000]。經計算，如表4 所示，各區段管道的運行風險值分別為2 359.5、2 359.5、2 359.5、2 359.5、3 085.5，結論為可接受風險。

表4 風險值計算和風險等級劃分

4.4 管道單元二失效危險性分析

單元二為閥門井內管道失效危險性分析時，主要按照全面檢驗、風險預評估等方式進行分析，最終計算閥門井管道失效概率為0.085%，結合失效后果分析與失效可能性分析，按照標準計算出風險值為9.6×10-5，失效概率為0.85×10-3，最后結論為可容忍風險區。

5 結論

本文基于PE 天然氣管道全面檢驗技術及風險評估問題，結合全面檢驗要求，分別開展資料審查、宏觀檢查、開挖直接檢驗、風險評估檢查等，最終經過弱磁法、IDS 探地雷達檢測技術、鉆孔泄漏檢查技術、相控陣超聲檢測技術的有效應用，切實提高了PE 天然氣管道檢測的精準度，準確找到泄漏點和缺陷部位，由此證明了全面檢測技術應用的可行性，最后采用半定量風險評估方法進行埋地管道和閥門井內管道風險評價，其結果顯示，各區段管道均為可接受風險，項目得到了良好反饋，獲得上級領導的一致認可。