PipeDiver检测在PCCP管检测中的应用

丁文渊

（山西万家寨水控水资源有限公司，山西 太原 030012）

预应力钢筒混凝土管（简称PCCP管）是由钢筒、混凝土管芯、预应力钢丝与砂浆保护层组成的一种多层混合材料管道，具有高强钢丝的抗拉伸特性、钢板的防渗漏特性、混凝土的抗压特性[1]，是一种高性能输水管材，主要应用于大型水利工程，例如我国的南水北调工程、引黄工程均应用了PCCP管[2]。

PCCP管直径大、制作难度大，在制作过程中难免会出现制造缺陷[3]。同时PCCP管长期运行也会出现超载、腐蚀等问题，会影响PCCP管强度；PCCP预应力钢丝受到腐蚀后，会出现钢丝断裂，巨大的预应力释放，易致爆管和水流喷射，造成经济、社会及环境破坏[4]。为保障管道运行安全性，采用管道无损检测技术对PCCP管进行检测。

管道无损检测技术，包括电磁技术、声学光纤监测技术与声波及超声检测技术，其中电磁检测技术由于干扰少，检测精度高，已成为PCCP管无损检测的重要手段[5]，其中PipeDiver检测的应用比较广泛。

1 PipeDiver检测

PipeDiver检测是一种搭载PureEMTM电磁法技术的检测平台，由赛莱默（中国）有限公司设计，具有多功能性与可靠性的特点，能够对正在运行的PCCP管道进行状态评估，能有效地检测出PCCP管中的钢丝破损情况。

PipeDiver检测采用了一种创新的自游式工具，由追踪模块、远场变压器耦合模块与电池组模块构成。PipeDiver检测设备在检测时，借助柔性承推瓣悬浮于管道居中位置，为检测设备在水流中的运行提供动力。PipeDiver设备采用柔性设计，能够灵活地通过PCCP管中的各个弯头与管内蝶阀。检测过程中远场变压器耦合模块会不断向外发送电磁场信号，管道中的预应力钢丝将会放大电磁场信号，并会被远场变压器耦合模块中的“接收机”接收，当预应力钢线出现断裂、破损时，“接收机”接受到的放大信号会发生局部变化。通过分析采集到的检测数据，精确定位与量化PCCP管预应力钢丝断裂的位置与数量[6]。PipeDiver自游式检测设备见图1。

图1 PipeDiver检测设备

PipeDiver检测相比其它检测技术具有以下优势：一是PipeDiver检测过程中可以保证管道的实时在压状态，进而可以有效的降低整个检测的费用；二是灵活的柔性设计能够保证设备通过管道中的绝大多数蝶阀与弯头；三是能够精确定位PCCP管中极其细微的钢丝破损区域、断丝数量，能够帮助客户选择性地对PCCP管道进行修复与更换，降低PCCP管爆管风险，最大程度地避免发生公共安全事故、财产损失或大面积中断供水服务的问题；四是仅需2个接入点，一个用于设备投放，一个用于设备回收，单次投放便能进行长距离干线检测。并且可以随时检测，无需停水减压，不会干扰地区供水服务。

2 PCCP检测

2.1 工程简介

引黄工程联接段全长58.15km，其中43.2km采用PCCP管线输水，输水管内径3m。联接段工程自2003年正式投运，至今已安全稳定运行了17年，联接段的PCCP管线穿越城市、郊区等复杂地段，有必要对联接段PCCP管的预应力钢丝完整性进行全面检测。本工程项目拟检测引黄工程联接段8号检查井至20号检查井之间管段，检测段信息如表1所示。

表1 检测段信息

2.2 PipeDiver检测应用

2.2.1 智能球预检

PCCP管道的通畅性，将影响PipeDiver检测的实施。因此，在进行PipeDiver检测前需要对待检测的PCCP管道进行沿线通畅性追踪检测，以降低PipeDiver检测风险。赛莱默公司提供了一种智能球技术，这是一种基于声学原理，能够准确定位管道泄漏、滞留气囊的检测技术。

智能球由泡沫球套和水密性合金小球构成，其中泡沫球套能够为智能球提供更大的受力面积，使其能够跟随水流进行移动，同时也能避免合金小球与管道壁直接接触产生低频噪音，降低低频信号干扰；水密性合金小球由电池组、电子元件和仪器仪表（内含声传感器、三轴加速度计、三轴磁强计，可与GPS进行时间同步的超声波发射器以及温度感应器）构成。

（1）追踪传感器布设

智能球在进行管道预检时，在PCCP管道的管壁或管件上间隔500～1000m安装追踪用声波传感器，用于接收智能球的超声波信号，以确定智能球位置。本工程将追踪传感器安装于检测人员易进入的阀井的蝶阀、空气阀或容易靠近的裸露管壁处，且传感器到管道内水流的距离不超过0.3m，在8号检查井至20号检查井检测段共设置18个追踪点。

（2）回收格栅安装

智能球投放后需要进行回放，将在回收点安装回收格栅（可同时用于智能球与PipeDiver检测设备回收）阻止其继续随水流前移，并在格栅底部固定网兜用于回收设备。

本工程在安装回收格栅时，须关闭6号检修阀，使下游管道能够继续自流，直至20号检查井采用插入式流速仪确认无压后，打开检查井内人孔盖板，在检查水位不超过30cm后由检测人员进入管道安装格栅。格栅安装完成后，封闭回收口，打开6号检修阀，恢复管道运行。

图2 回收格栅

（3）智能球投放与回收

回收格栅安装完成，管道恢复运行后，在设备投放点使用投球爪进行智能球投放。智能球将随水流向前移动，追踪传感器全程追踪智能球位置，当智能球到达回收点后，暂不进行回收，将与PipeDiver检测设备一并停水回收。

2.2.2 PipeDiver检测

待检测的PCCP管道完成通畅性检查后，便可进行PipeDiver检测，整个检测过程包括以下主要工作内容。

（1）追踪传感器布设

PipeDiver检测设备的追踪原理、追踪设备、追踪过程与上述智能球追踪相同，PipeDiver检测设备的追踪传感器布设可按照智能球布设方式。

（2）检修阀角度调整

PipeDiver检测设备为了适应PCCP管道内复杂的环境，采用了柔性设计，使其能够灵活地通过管内蝶阀，例如实心阀板式蝶阀，可在设备全开状态下直接通过；空心阀板式蝶阀则需要对阀板角度进行调整，本工程为了避免PipeDiver检测设备钻入空心阀板上的孔洞，将检修蝶阀的阀门开至67°，如图3所示。

图3 空心蝶阀角度调整示意图

（3）PipeDiver检测设备投放

由于智能球投放时已在设备回收点安装了回收格栅，且管道已恢复运行，检修阀角度已进行调整，此时便可以投放PipeDiver检测设备进行检测。

本工程在PipeDiver检测设备投放时，调节1号减压阀前池内水位和前池出水速度，采用插入式流速仪确认8号检查井达到无压满管状态后打开井内人孔，由检测人员将设备从人孔投入管道。在投放过程中由于设备重量超过200kg，现场环境无法停靠吊机，采用搭设支架，使用电动葫芦辅助方式进行设备投放。投放完毕后，封闭投放口，使管道保持正常运行。

（4）PipeDiver检测设备回收

检测人员根据追踪传感器上报的位置信息，追踪PipeDiver检测设备位置，当设备到达20号回收点时，表示本次检测完成，需要进行设备回收。回收时，采用安装回收格栅的方法，使回收口达到无压排空状态，且水位不超过30cm。然后检测人员下到管道内，再用吊机将设备吊出。最后拆除回收格栅，检测人员全部出管后，封闭回收口，打开检修阀，恢复管道运行。

（5）PipeDiver检测数据分析

现场检测将采集到详细的管道检测数据，由专业的数据分析人员对数据进行分析后，便能够诊断出管道的断线分布区域与数量。具体见图4所示：

图4 PipeDiver检测数据分析

3 结语

文章深入探讨了PipeDiver检测在PCCP管检测中的工作机制、优势，由此可见，PipeDiver检测是一种性价比好、检测精确度高的检测方法，可大面积推广。