老旧聚乙烯燃气管道检验技术分析

曾凡小, 欧阳珺

(湖南省特种设备检验检测研究院,湖南长沙410117)

1 概述

根据住建部、国家发展改革委发布的《“十四五”全国城市基础设施建设规划》,“十三五”末(2020年)城市燃气(包含人工煤气、天然气和液化石油气)普及率已达97.9%,城镇管道燃气普及率已达75.7%。由于聚乙烯燃气管道具有良好的柔韧性和耐腐蚀性、重量轻、施工方便、寿命长、投资小、管道的气密性较好、管道表面光滑、输送流体阻力小等特点,在国内外燃气管道工程中得到广泛应用[1]。西方发达国家早在20世纪60年代就开始采用聚乙烯管道输配天然气,80年代中期,使用技术已成熟,普及率非常高。我国聚乙烯燃气管道的研究始于20世纪80年代初期,1982年美国Phillips公司首次在上海敷设了440 m聚乙烯管道用于煤气输送,成为国内第一条聚乙烯燃气输送管道[2-3]。

截至2020年底,全国城市和县城燃气管道长度约105×104km,其中聚乙烯燃气管道占比极高,在新建中低压城镇燃气管道中占比达到 90%以上[2]。但随着时间推移,当前聚乙烯燃气管道老化问题凸显,影响日常安全运行,特别是管道燃气事故不时发生,严重威胁人民生命财产安全,亟需对这部分老旧聚乙烯燃气管道(一般指运行时间满20 a)进行全面的检验,及时消除安全隐患。

2 聚乙烯燃气管道的常规检验项目

根据TSG D7004—2010《压力管道定期检验规则 公用管道》,聚乙烯燃气管道的检验项目主要包括:资料审查(含安全管理、技术档案、运行状况等资料)、输送介质成分分析、泄漏检查、位置与走向检查、地面标志检查、管道沿线地表环境调查、穿跨越管道检查、阀门法兰等管道元件的检查、开挖直接检验(主要检查管道表面有无槽痕、凿痕或者凹痕等缺陷,管道有无老化降解等迹象,钢塑转换接头的质量状况)、安全保护装置及仪表检验等。

3 重点检验项目及方法

3.1 无设计、竣工资料或未经有资质单位设计、安装的管道处理建议

① 无设计资料(包括设计资料不符合要求),或未经有资质单位设计的管道

建议使用单位约请具备相应资质的设计单位现场核查,核查内容至少包括材料选用、管道布置、聚乙烯燃气管道中钢质架空段的管道系统应力状况等,并由该设计单位出具相关管道设计文件,对不符合要求项提出整改措施,由使用单位整改到位并保存相关过程见证资料,保证管道设计符合国家现行法律法规、安全技术规范和标准要求。管道检验时增加管道材质确认、焊接接头质量检查和压力试验等项目。

② 无竣工资料(包括竣工资料不符合要求),或者由无相应资质单位安装的管道

建议使用单位约请具备相应资质的安装单位根据设计文件、施工规范对管子及其他管道元件材质、管道强度试验及严密性试验等进行检查确认,对发现的问题逐项整改到位,在确认安装质量符合国家现行法律法规、安全技术规范和标准以及设计文件要求后,由安装单位出具压力管道安装质量证明书,使用单位保存相关过程见证资料。管道检验时增加管道材质确认、焊接接头质量检查和压力试验等项目。

3.2 位置与埋深检验

3.2.1敷设有连续示踪线的管道

对于敷设有连续示踪线的聚乙烯燃气管道,优先采用探管仪定位法。定位时,将信号电流直接加至管道上方的示踪线中,利用电磁信号的原理来定位示踪线,进而得到管道的位置与埋深。

3.2.2埋设有电子标志器的管道

对于埋设有电子标志器的聚乙烯燃气管道,可采用固定信标定位法。通过接收地下信标感应的脉冲信号,定位管道附近的电子标志器,确定管道的位置与埋深。

3.2.3未敷设示踪材料或示踪材料失效的管道

① 探地雷达定位法

探地雷达定位法定位原理见图1,探地雷达在地面上垂直管道轴向前进,向地下发射电磁波。在靠近管道及远离管道的过程中,由于通过的土壤介质的电性质和几何形态不同,电磁波在土壤中的传播路径、电磁场强度与波形会发生变化,根据接收到的波的行程时间、幅度与波形等特征在显示屏中得到一条近似抛物线的曲线,由此确定管道的位置及埋深。

图1 探地雷达定位法定位原理

② 声学管道定位法

声学管道定位法定位原理见图2。利用管道定位仪发射一束短声波脉冲,从任何不连续界面处反射回声波,其中固体和气体的接触面(如天然气管道内表面)反射系数为100%,土壤与管道外表面、土壤与岩石接触面的反射系数均较低。接收器接收到表面反射波和管道反射波,通过扫描数据形成二维或三维声波图像,得到管道位置并估算埋深[4]。

图2 声学管道定位法定位原理

③ 多频声波探测法

多频声波探测法定位原理见图3。通过阀井放散阀或调压箱可接入口为管道注入一组特定频率的声波信号,此声波信号沿管道内介质天然气传播,在传播过程中一部分声波信号会穿过土壤到达地面,在地面拾取这部分声波信号并通过仪器分析定位管道。

图3 多频声波探测法定位原理

④ 静电探测法

利用弱磁感应探测仪将燃气中氢原子核的自旋磁场捕捉并放大,双手持金属杆的操作者在运动状态下通过人体静电、大地磁场、自旋磁场的相互作用可以探测出燃气管道的位置与埋深。探测方法见图4,当检验人员远离管道时,手持金属杆处于与管道走向垂直的自然状态,当靠近管道时,手持金属杆在磁场作用下相互靠近产生交叉,当位于管道正上方时,手持金属杆将与管道走向平行。

图4 静电探测法

3.3 管道敷设环境检查

主要检查管道与其他建(构)筑物的净距,管道沿线的占压情况,管道上方大型乔木等深根植物种植情况,第三方施工情况,管道沿线的地面沉降、冻土、滑坡、断层、洪水等不良地质条件。

3.4 泄漏检测

主要检查管道穿、跨越段,阀门,阀井,法兰,调压器,套管等组成件以及管道熔接接口(含钢塑转换接头)的泄漏情况,必要时对燃气可能泄漏扩散到的地沟、窨井、地下建(构)筑物进行检查。可用便携式气体泄漏检测仪、气体(甲烷、乙烷)泄漏检测车、声学成像仪、激光甲烷遥距遥测仪等对聚乙烯燃气管道进行泄漏检测,对疑似泄漏点进行地面钻孔检测。为准确定位管道具体泄漏点,可以人工巡检确定大致泄漏区域,采用气相色谱分析技术确定是否燃气泄漏,并结合聚乙烯管道位置与埋深检测技术确定管道位置,最后进行开挖验证[5]。

3.5 开挖检验

一般管道开挖检验主要检查管道表面有无槽痕、凿痕或者凹痕等缺陷,管道有无老化降解(如表面粉化)等迹象,钢塑转换接头的质量状况。对于老旧管道而言,往往存在信息缺失的情况,如施工资料遗失、未经安装监督检验等,因此在开挖检验时可视管道具体情况增加材质确认、焊接接头质量检查等项目。

① 材质确认

通过查找管道本体上的材质标志是PE管道材质确认的首选方法。PE管道上的材质标志一般采用烫印或激光打印的方式置于每根管道上,GB/T 15558.1—2015《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统 第1部分:管材》规定,材质标志在正常的贮存、气候老化、加工及合理的安装、使用后,在管材的整个寿命周期内,标记字迹应保持清晰可辨。

如在开挖足够的管道长度(一般不短于管子的出厂长度)后,仍未找到材质标志或者标志不清,可对管道焊缝卷边进行切除取样,送有PE管道元件检验资质的单位(如取得CMA资格的PE管材制造单位或管道元件质检中心等)进行熔体质量流动速率测试,大致判别材料牌号(PE80或PE100)。

上述管道材质确认的方法均难以实施时,可谨慎依据管道基材颜色及色条颜色来判别材料牌号。按GB/T 15558.1—2015相关条文,管道基材应为黑色(PE80或PE100)、黄色(PE80)或橙色(PE100)。PE80黑色管材上应共挤出至少3条黄色条,PE100黑色管材上应共挤出至少3条橙色条,色条应沿管材圆周方向均匀分布。

② 焊接接头质量检查

进行焊接接头质量检查,根据CJJ 63—2018《聚乙烯燃气管道工程技术标准》规定,热熔对接接头进行卷边对称性检验、接头对正性检验和卷边切除检验,电熔承插连接接头进行接口对正性检验、电阻丝检验、观察孔及熔融料检验,电熔鞍形连接接头进行鞍形分支或鞍形三通的垂直性检验、管壁塌陷状况检验、观察孔及熔融料检验等。

3.6 管道材料性能测试

当对管道材质有怀疑或者发现管体上的材质标志与质量证明书不一致时,建议在管道上取样送有资质的单位进行材料性能测试,测试项目至少包括管材出厂检验项目中的静液压强度、断裂伸长率、氧化诱导时间(热稳定性)和熔体质量流动速率等。

3.7 压力试验

当老旧聚乙烯燃气管道无法进行上述检查、试验项目时,应当进行压力试验。压力试验的试验参数、准备工作、安全防护、试验介质、试验过程、试验结论应当符合 CJJ 33—2005《城镇燃气输配工程施工及验收规范》的相关规定,其中设计压力取最高工作压力。

4 结束语

老旧聚乙烯燃气管道大都缺少设计、竣工资料,或设计、安装单位无相应资质,安装过程未经监督检验,因此设计、施工质量难以保证。经过多年运行后,因城市更新改造、管道运营单位管理不善等因素,导致管道基础信息不全、位置埋深不明确、与其他建(构)筑物的净距不足或存在占压。再加上难以避免的第三方破坏,近年来老旧聚乙烯燃气管道泄漏频繁、事故频发。

针对老旧聚乙烯燃气管道现状,结合燃气管道定期检验规则要求,提出了相应的处理建议,对重点检验项目、方法进行了介绍,尤其是建议检验时增加材质确认、焊接接头质量检查、材料性能测试等项目,将有助于保障老旧聚乙烯燃气管道安全运行,也为不满足安全使用要求的聚乙烯燃气管道实施更新改造提供依据。