聚乙烯燃气管道的全面检验

王宏君 陈玉宝 李 蔚（广东省特种设备检测研究院 广州 528251）

聚乙烯燃气管道的全面检验

王宏君 陈玉宝 李 蔚
（广东省特种设备检测研究院 广州 528251）

由于聚乙烯管道材质的特殊性，其损伤机理和失效模式与钢质管道有很大的不同，寻找一种有效的埋地PE管道检验方法是大家关心的问题。本文通过聚乙烯燃气管道全面检验的实践，在常规检验项目的基础上，介绍了新的资料审查方法和开挖割样的原则，提出了通过割样检验来评估埋地PE管道材质性能变化情况及原始焊口安装质量的观点；最后，针对最不利条件下的组合载荷，介绍了管壁截面稳定性校核的方法。这些方法及建议，对同行有一定的参考和借鉴意义。

城镇燃气管道 聚乙烯管道 检验方法 损伤机理 失效模式

1 我国城镇燃气聚乙烯管道发展状况

由于聚乙烯管（以下简称PE管）具有良好的挠韧性、耐腐蚀、焊接性和抵抗裂纹快速扩展能力，城镇燃气管道的建设为PE管的采用提供了广阔的前景。1995年，我国相继颁布和修订了《燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统》及《聚乙烯燃气管道工程技术规程》系列标准。这些标准规范的实施,为PE管的应用提供技术支持和法律依据，有力地促进这一先进技术的推广。我国燃气用聚乙烯管的使用起步于20世纪80年代初，据不完全统计，标准颁布之初的1995年，我国仅有30多个城市采用PE管,总长度在1000km以内。标准颁布两年后的1997年，我国已有97个城市使用,敷设总长度增至3000km。

1999年，我国开始实行压力管道安装许可证制度；2002年颁布了《压力管道安装安全质量监督检验规则》，2009年颁布了《压力管道使用登记管理规则》，2010年颁布了《压力管道定期检验规则—公用管道》，这些制度和规则的实施，改善了我国城镇燃气管道的安装和运行质量，促进了我国城镇燃气管道的规范化管理和发展。

然而，对于那些早期安装的PE管道，由于当时法规的不完善、监管不到位以及早期安装单位技术力量薄弱等因素，城镇燃气管道安装质量存在不少安全隐患。时至今日，这些早期铺设安装的管道已埋地使用多年，其管道状况发生了怎样的变化、是否仍能满足安全使用的要求，成了大家关心的问题。

2 项目介绍

广东某市最早的城镇燃气PE管道铺设于2002年，由港华燃气公司营运。随着城市的发展，该公司每年都有新增管道的铺设，截至2012年，燃气管道规模已达110km，分布于三个城区。该燃气管道的设计压力为0.4MPa，使用压力为0.12～0.2MPa。由于安装时间跨度长，有多家安装公司参与安装，导致安装质量不一。且敷设环境复杂多样：有的沿主干道公道敷设、有的敷设于商业中心人行道及广场地下、有的穿越公路、有的跨越桥梁。面对着如此复杂的管道，再加上聚乙烯材质的特殊性，如何进行有效的检验成为摆在笔者面前的一道难题。

3 全面检验方法及项目

3.1 资料审查

由于早期监管缺失及技术力量薄弱等因素，早期安装的PE管容易存在质量隐患，因此资料审查显得尤为重要。笔者通过资料审查发现，港华公司目前在用的管道由六家不同的公司安装而成，但因年代久远，资料缺失严重。通过在使用单位、安装单位、市质监局、市档案馆等多处地方查找收集，补齐了主要的资料，并对其进行以下整理分析：

1)对不同的管道进行汇总，形成管线特性表；

2)查看管材管件的质量证明书、施工方案及施工记录，了解安装质量状况；

3)查看运行和维护记录，了解曾发生过破坏和泄露的薄弱管段。该市燃气管道的管径和安装时间统计见图1、图2。这些信息为笔者开挖点的选取和割样提供了重要的参考依据。

图1 管径统计图

图2 安装时间统计图

3.2 宏观检查

宏观检查也叫巡线检查。鉴于其敷设长度较长和敷设环境较为复杂，经过分析讨论，确定巡线检查对象为：投用年限较长的管线、资料审查时对安装质量有怀疑的管线、有过故障与第三方破坏历史的管线和人口密集地方的管线。检查内容包括：采用气体泄漏仪进行泄漏检查、管线位置与走向检查、穿跨越管道检查、阀井检查与清理、地面标志检查、管道裸露情况检查。发现的主要问题有：

1）早期安装的PE管道均没有安装示踪线，无法使用管道定位器对其进行精确定位,只能通过地面标志桩、管线图纸等对管道位置及走向进行定位。对管道位置及走向有怀疑的管道，条件允许时，进行了开挖确认。

2）PE管道安全距离内有土壤塌陷、开挖取土和搭建构筑物而导致管道表面受损的情况。根据管道表面受损程度（10%壁厚为准则）决定对受损管道是否给予更换。

3）PE管周围因挖掘工程或自然灾害导致管道外露。由于外露管道遇火可迅速融化甚至燃烧，导致灾难性的破坏。对于外露部分，设置足够的临时支撑以承托管道本身重量和外加载荷，周围严禁明火和热力作业，并尽快回填恢复。

3.3 开挖检验

根据TSG D7004—2010《压力管道定期检验规则—公用管道》规定，非金属管的开挖直接检查比例为0.3处/km。根据规格和安装时间的统计信息，并结合宏观检查情况，有代表地选取不同安装年限、不同规格、不同材质、不同安装单位的管线34处进行开挖检验。开挖检验内容为管道埋深、土壤环境检测、与建（构）筑物的净距、材料表面损伤、警示带、示踪线等。在检验过程中发现的主要问题和处理方式如下：

1) 管道与建筑物的水平净距不足。主要原因一是因为城市的快速发展出现了原来水平净距合格，但由于新建筑物的出现导致水平净距不合格的情况；二是在建筑物密集区管道敷设时无法规划出合格水平净距的情况。对于此类情况，建议加强对此类区域的巡线检查，并在周围设置明显的告知和警示标识。

2）选择组合载荷最不利的管道进行稳定性校核。管道的组合载荷一般包括土壤载荷、地面堆积载荷或地面车辆载荷（简称活载荷）。土壤载荷随管道的埋深增加而增加，而活载荷则随管道埋深的增加而减少，这两种载荷的叠加值在距地面某一深度处可达最小。以20t的卡车的一个后轮荷重为例,总载荷、土壤载荷、活载荷随覆土厚度的变化见图3[4]。由图3可见，管顶覆土厚度为1.3～1.6m管道受到总载荷较小，随着覆土厚度的增加，由于土壤载荷的增大，管道的总载荷也会随着增大，从而影响PE管的环向稳定性和竖向稳定性。

图3 管道载荷随覆土厚度的变化

产生埋深过大的原因大多由后期的填土建设造成。由于有重型车辆经过的道路，管道加了套管保护，因此它们不是受到组合载荷最不利的地方。笔者选取了东湖广场进行校核：该处管道为DN110，PE100/SDR17.6，埋深为2.5m，广场内没有重型车辆经过，但假设有2t的小轿车施加的地面车辆载荷，校核如下：

1)管壁截面环向稳定性校验公式[5]为：

其中：

Fcv,k——PE管管壁截面失稳的临界载荷标准值，计算结果Fcv,k＝740kN/mm2；

Kst——PE管管壁截面的稳定性抗力系数，

Kst≥2；

qvk——管顶组合作用下的单位面积竖向载荷值，

qvk＝Tvk+(Qvk和Dvk的较大值)；

Tvk——竖向土载荷＝5.94kN/mm2;

Qvk——地面车辆载荷＝0.38kN/mm2;

Dvk——地面堆积载荷标准值＝10kN/mm2;

Fvk——管内真空压力，

Fvk＝0.05MPa＝50kN/mm2;

校核结果：

Fcv,k＝740kN/mm2≥2(5.94+50)=112kN/mm2故该处管道的管壁截面环向稳定性校核合格。2)竖向变形计算公式[5]为：

Wd,max——管道在组合作用下的最大竖向变形，

Wd,max≤5%DN=5%×110mm=5.5mm;

校核结果： Wd,max=0.017mm＜5.5mm

故该处管道的竖向变形合格。

3.4 材料性能与焊口质量检验

为了检验PE管埋地使用一定年限后的材料性能变化情况，笔者在34处开挖点按不同安装单位、不同使用年限、不同规格、不同材质的原则，割取了11种不同的试样。每种试样均包括焊口及母材，并委托第三方进行性能检验。热熔连接试样在焊缝处进行静液压强度和拉伸强度试验；在母材处进行断裂伸长率、纵向回缩率、热稳定性试验。电熔连接试样DN＜90mm时，进行挤压剥离试验，DN≥90mm时，进行拉伸剥离试验，见表1。试验结果按GB 15558.1—2003《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统 第1部分：管材》的标准要求判定。管材使用加工时内部残余变形大小的判别试验，目的是检测内部的残余变形是否在适当值内，管材纵向回缩率保持在3%的范围内可保证管道系统的连接密封性和使用安全性。

表1 PE管材料性能检验表

焊口质量检验分为外观检查和破坏性检验两种。外观检查按CJJ63—2008《聚乙烯燃气管道工程技术规程》的标准要求进行。破坏性检验主要有两种，一种是针对热熔连接的翻边对称性检验、接头对正性检验、卷边切除检验，另一种是表1所示的力学性能试验。通过这些项目，评估焊口的安装质量和管道在这一特定土壤环境下埋地若干年限后的材质性能变化情况。若发现某项检测项目不合格，则扩大割样比例并查明原因，如有必要则将材料性能劣化的管段进行整段更换。

根据统计学原理，只要保证样本的准确性，依据样本的特性对总体的特性做出估计的统计推断和假设检验是可信的。表2的检验结果表明：抽查的焊口质量合格，管材在本项目中埋地使用最长年限为9年，其力学性能没有发生明显劣化。

3.5 耐压试验和安全保护装置检查

为了进一步检查该城市管道的安全状况，对于未开挖的管线，选取若干处长度约为1000m的管线进行1h的强度试验和24h的严密性试验。试验按CJJ63-2008《聚乙烯燃气管道工程技术规程》的标准要求进行。

表2 试样检验结果

根据TSG D7004-2010《压力管道定期检验规则—公用管道》规定：城镇燃气输配系统中的门站、调压站管道及其安全保护装置、附属设施的定期检验参照工业管道、压力容器定期检验有关要求执行。

4 结论

为保证地下纵横交错的燃气管道的安全运行，PE管全面检验的开展是大势所趋。本文通过PE燃气管道全面检验的实践，对其检验方法和检验项目进行了探索，提出了以下建议和方法：

1)对于敷设环境复杂、安装时间跨度长、安装单位多及安装质量不一的PE燃气管道，应注意资料收集及统计分析，形成管线特性表。这些信息将为后续巡线检查、开挖点和试样的选取提供重要的参考依据。

2)由于城市的快速发展，管道地面敷设环境的变化在所难免。对于敷设环境变化较大的管道，通过计算其最不利条件下的组合载荷，校核管壁截面环向稳定性和竖向变形。

3)提出了利用割样检验来评估早期焊口质量和PE燃气管道在特定土壤环境下埋地服役若干年后其材料性能变化情况的检验方法，并提出了开挖点和试样的选取原则以保证样本的代表性和广泛性。

1 TSG D7004-2010 压力管道定期检验规则-公用管道[S].

2 GB 15558.1-2003 燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统 第1部分：管材[S].

3 CJJ 63-2008 燃气用聚乙烯管道工程技术规程[S].

4 钟立,郑光华.燃气管道埋深的分析[J].煤气与热力,2005,25(2):52～53.

5 中国城市燃气协会.城镇燃气聚乙烯(PE)输配系统（第二版)[M].北京：中国建筑工业出版社,2011.

6 席德粹,刘松林,王可仁.城市燃气管网设计与施工[M].上海：上海科学技术出版社,1999.

7 吴文栋,等.聚乙烯管热熔焊机技术现状分析[J].中国特种设备安全，2013，29(11):44～45.

Overall Inspection of PE Gas Pipeline

Wang Hongjun Chen Yubao Li Wei
(Guangdong Institute of Special Equipment Inspection & Research Guang Zhou 528251)

Bec ause of the material particularity of PE pipe, damage mechanisms and failure modes of PE pipe are different from steel pipeline, which made us diffi cult to inspect the PE pipeline effectively. On the basis of regular inspection items, this article introduces new data review methods and the principle of excavation cut sample; puts forward the way to evaluate buried PE pipeline material and quality of the installation of the original joint point by inspection of cutting sample; and recommends a stability checking method.

City gas pipeline PE pipeline Inspection methods Damage mechanism Failure mode

X933.4

B

1673－257X(2014)07－17－04

王宏君（1963～),男，中级工程师，主要从事压力管道的检验检测工作。

2014－03－19）