老舊聚乙烯燃氣管道檢驗技術分析

曾凡小, 歐陽珺

(湖南省特種設備檢驗檢測研究院,湖南長沙410117)

1 概述

根據住建部、國家發展改革委發布的《“十四五”全國城市基礎設施建設規劃》,“十三五”末(2020年)城市燃氣(包含人工煤氣、天然氣和液化石油氣)普及率已達97.9%,城鎮管道燃氣普及率已達75.7%。由于聚乙烯燃氣管道具有良好的柔韌性和耐腐蝕性、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,在國內外燃氣管道工程中得到廣泛應用[1]。西方發達國家早在20世紀60年代就開始采用聚乙烯管道輸配天然氣,80年代中期,使用技術已成熟,普及率非常高。我國聚乙烯燃氣管道的研究始于20世紀80年代初期,1982年美國Phillips公司首次在上海敷設了440 m聚乙烯管道用于煤氣輸送,成為國內第一條聚乙烯燃氣輸送管道[2-3]。

截至2020年底,全國城市和縣城燃氣管道長度約105×104km,其中聚乙烯燃氣管道占比極高,在新建中低壓城鎮燃氣管道中占比達到 90%以上[2]。但隨著時間推移,當前聚乙烯燃氣管道老化問題凸顯,影響日常安全運行,特別是管道燃氣事故不時發生,嚴重威脅人民生命財產安全,亟需對這部分老舊聚乙烯燃氣管道(一般指運行時間滿20 a)進行全面的檢驗,及時消除安全隱患。

2 聚乙烯燃氣管道的常規檢驗項目

根據TSG D7004—2010《壓力管道定期檢驗規則 公用管道》,聚乙烯燃氣管道的檢驗項目主要包括:資料審查(含安全管理、技術檔案、運行狀況等資料)、輸送介質成分分析、泄漏檢查、位置與走向檢查、地面標志檢查、管道沿線地表環境調查、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(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,鋼塑轉換接頭的質量狀況)、安全保護裝置及儀表檢驗等。

3 重點檢驗項目及方法

3.1 無設計、竣工資料或未經有資質單位設計、安裝的管道處理建議

① 無設計資料(包括設計資料不符合要求),或未經有資質單位設計的管道

建議使用單位約請具備相應資質的設計單位現場核查,核查內容至少包括材料選用、管道布置、聚乙烯燃氣管道中鋼質架空段的管道系統應力狀況等,并由該設計單位出具相關管道設計文件,對不符合要求項提出整改措施,由使用單位整改到位并保存相關過程見證資料,保證管道設計符合國家現行法律法規、安全技術規范和標準要求。管道檢驗時增加管道材質確認、焊接接頭質量檢查和壓力試驗等項目。

② 無竣工資料(包括竣工資料不符合要求),或者由無相應資質單位安裝的管道

建議使用單位約請具備相應資質的安裝單位根據設計文件、施工規范對管子及其他管道元件材質、管道強度試驗及嚴密性試驗等進行檢查確認,對發現的問題逐項整改到位,在確認安裝質量符合國家現行法律法規、安全技術規范和標準以及設計文件要求后,由安裝單位出具壓力管道安裝質量證明書,使用單位保存相關過程見證資料。管道檢驗時增加管道材質確認、焊接接頭質量檢查和壓力試驗等項目。

3.2 位置與埋深檢驗

3.2.1敷設有連續示蹤線的管道

對于敷設有連續示蹤線的聚乙烯燃氣管道,優先采用探管儀定位法。定位時,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,進而得到管道的位置與埋深。

3.2.2埋設有電子標志器的管道

對于埋設有電子標志器的聚乙烯燃氣管道,可采用固定信標定位法。通過接收地下信標感應的脈沖信號,定位管道附近的電子標志器,確定管道的位置與埋深。

3.2.3未敷設示蹤材料或示蹤材料失效的管道

① 探地雷達定位法

探地雷達定位法定位原理見圖1,探地雷達在地面上垂直管道軸向前進,向地下發射電磁波。在靠近管道及遠離管道的過程中,由于通過的土壤介質的電性質和幾何形態不同,電磁波在土壤中的傳播路徑、電磁場強度與波形會發生變化,根據接收到的波的行程時間、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 探地雷達定位法定位原理

② 聲學管道定位法

聲學管道定位法定位原理見圖2。利用管道定位儀發射一束短聲波脈沖,從任何不連續界面處反射回聲波,其中固體和氣體的接觸面(如天然氣管道內表面)反射系數為100%,土壤與管道外表面、土壤與巖石接觸面的反射系數均較低。接收器接收到表面反射波和管道反射波,通過掃描數據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介質天然氣傳播,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

利用弱磁感應探測儀將燃氣中氫原子核的自旋磁場捕捉并放大,雙手持金屬桿的操作者在運動狀態下通過人體靜電、大地磁場、自旋磁場的相互作用可以探測出燃氣管道的位置與埋深。探測方法見圖4,當檢驗人員遠離管道時,手持金屬桿處于與管道走向垂直的自然狀態,當靠近管道時,手持金屬桿在磁場作用下相互靠近產生交叉,當位于管道正上方時,手持金屬桿將與管道走向平行。

圖4 靜電探測法

3.3 管道敷設環境檢查

主要檢查管道與其他建(構)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,調壓器,套管等組成件以及管道熔接接口(含鋼塑轉換接頭)的泄漏情況,必要時對燃氣可能泄漏擴散到的地溝、窨井、地下建(構)筑物進行檢查。可用便攜式氣體泄漏檢測儀、氣體(甲烷、乙烷)泄漏檢測車、聲學成像儀、激光甲烷遙距遙測儀等對聚乙烯燃氣管道進行泄漏檢測,對疑似泄漏點進行地面鉆孔檢測。為準確定位管道具體泄漏點,可以人工巡檢確定大致泄漏區域,采用氣相色譜分析技術確定是否燃氣泄漏,并結合聚乙烯管道位置與埋深檢測技術確定管道位置,最后進行開挖驗證[5]。

3.5 開挖檢驗

一般管道開挖檢驗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,鋼塑轉換接頭的質量狀況。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、未經安裝監督檢驗等,因此在開挖檢驗時可視管道具體情況增加材質確認、焊接接頭質量檢查等項目。

① 材質確認

通過查找管道本體上的材質標志是PE管道材質確認的首選方法。PE管道上的材質標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《燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統 第1部分:管材》規定,材質標志在正常的貯存、氣候老化、加工及合理的安裝、使用后,在管材的整個壽命周期內,標記字跡應保持清晰可辨。

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

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

② 焊接接頭質量檢查

進行焊接接頭質量檢查,根據CJJ 63—2018《聚乙烯燃氣管道工程技術標準》規定,熱熔對接接頭進行卷邊對稱性檢驗、接頭對正性檢驗和卷邊切除檢驗,電熔承插連接接頭進行接口對正性檢驗、電阻絲檢驗、觀察孔及熔融料檢驗,電熔鞍形連接接頭進行鞍形分支或鞍形三通的垂直性檢驗、管壁塌陷狀況檢驗、觀察孔及熔融料檢驗等。

3.6 管道材料性能測試

當對管道材質有懷疑或者發現管體上的材質標志與質量證明書不一致時,建議在管道上取樣送有資質的單位進行材料性能測試,測試項目至少包括管材出廠檢驗項目中的靜液壓強度、斷裂伸長率、氧化誘導時間(熱穩定性)和熔體質量流動速率等。

3.7 壓力試驗

當老舊聚乙烯燃氣管道無法進行上述檢查、試驗項目時,應當進行壓力試驗。壓力試驗的試驗參數、準備工作、安全防護、試驗介質、試驗過程、試驗結論應當符合 CJJ 33—2005《城鎮燃氣輸配工程施工及驗收規范》的相關規定,其中設計壓力取最高工作壓力。

4 結束語

老舊聚乙烯燃氣管道大都缺少設計、竣工資料,或設計、安裝單位無相應資質,安裝過程未經監督檢驗,因此設計、施工質量難以保證。經過多年運行后,因城市更新改造、管道運營單位管理不善等因素,導致管道基礎信息不全、位置埋深不明確、與其他建(構)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氣管道泄漏頻繁、事故頻發。

針對老舊聚乙烯燃氣管道現狀,結合燃氣管道定期檢驗規則要求,提出了相應的處理建議,對重點檢驗項目、方法進行了介紹,尤其是建議檢驗時增加材質確認、焊接接頭質量檢查、材料性能測試等項目,將有助于保障老舊聚乙烯燃氣管道安全運行,也為不滿足安全使用要求的聚乙烯燃氣管道實施更新改造提供依據。