摘  要：隨著國家西氣東輸工程的不斷開展、石油天然氣工程的逐步實施，越來越多的聚乙烯(PE)管道投入使用。相比于鋼質管道，PE管道材料特殊，檢測、監(jiān)測和維修難度大，一旦發(fā)生失效，將造成巨大的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染，因此開展聚乙烯(PE)燃氣管道檢驗與評價技術研究十分必要。構建PE燃氣管道檢驗與評價的體系框架，詳細論述PE燃氣管道檢驗與評價的四個環(huán)節(jié)和五個層面內(nèi)容，提出國內(nèi)開展PE燃氣管道檢驗與評價的重點，明確開展PE燃氣管道檢驗與評價工作的執(zhí)行路徑，為我國PE燃氣管道檢驗與評價提供參考。

關鍵詞：聚乙烯燃氣管道；風險分析；檢驗；評價；研究重點

聚乙烯(PE)燃氣管道因具有使用壽命長、耐腐蝕、安全、質輕、焊接性能好、工程造價低等優(yōu)點，使其在城市燃氣輸配系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。PE燃氣管道長期承受著復雜的環(huán)境載荷、工作載荷和意外風險載荷，因此PE燃氣管道由于埋深不足造成的PE管體變形、位置標明不清導致的第三方破壞、焊接質量不高造成的泄漏等事故頻頻出現(xiàn)^[1-2]。PE燃氣管道長期輸送天然氣、石油氣以及其它介質，一旦發(fā)生事故，不但很難維修和更換，而且污染環(huán)境、影響正常生產(chǎn)運輸，給國家經(jīng)濟造成巨大損失。因此，開展PE燃氣管道檢驗與評價具有重要意義。

國內(nèi)PE燃氣管道檢驗與評價技術研究才剛剛起步，經(jīng)驗極其匱乏。迄今為止，尚無對PE燃氣管道檢驗與評價技術進行系統(tǒng)性分析與總結的研究。本文全面論述PE燃氣管道檢驗與評價流程的四個環(huán)節(jié)和文件體系、標準規(guī)范、軟件平臺、支撐技術與人員控制五個層面內(nèi)容，并針對國內(nèi)如何開展PE燃氣管道檢驗與評價提出合理性建議。

1PE管道檢驗與評價的體系框架

PE燃氣管道檢驗與評價包括資料審查、宏觀檢查、開挖檢測和安全評價四個重要環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都需要文件體系、標準規(guī)范、軟件平臺、支撐技術與人員控制五個層次的支持與應用^[3-4]。PE燃氣管道檢驗與評價整個體系框架如圖1所示。

2 PE管道檢驗與評價的四個環(huán)節(jié)

2.1資料審查

對PE管道的設計資料、施工資料、竣工驗收資料、安裝監(jiān)檢證書等資料進行審查；對現(xiàn)場所用管材、焊材的材質證明書及復驗報告進行審查；對安裝單位和檢測單位的資質證書及焊工、無損檢測人員資質證書進行核實；對管道日常運行維護記錄、改造與維修記錄、故障與事故記錄等進行核查。

2.2宏觀檢查

宏觀檢查主要包括環(huán)境位置與走向檢查、穿跨越檢查、泄漏檢查等。環(huán)境位置與走向檢查主要檢查PE管道與其他建(構)筑物或其它管道的凈距、管道埋深、管道裸露、占壓狀況、土壤擾動情況等。穿跨越檢查主要是檢查管道是否從建筑物、易燃易爆材料和具有腐蝕性液體的場地下面穿越、錨固墩、套管措施的完好程度以及河流沖刷情況等。泄漏檢查主要檢查管道閥門、閥井、法蘭、套管、凝水缸、調壓箱、穿跨越段等管道熔接接口、組成件的泄漏情況。

2.3開挖檢測

開挖檢測包括PE管道定位、開挖點選擇和開挖檢測三個方面。PE管道定位主要是利用埋地管道探管儀和先進雷達技術對PE管道進行精確定位。開挖點位置應當選擇在穿越位置、管道連接位置、鋼塑接頭轉換位置和發(fā)生泄漏、沉降、第三方破壞風險較大的位置。開挖檢測主要是針對管道敷設質量環(huán)境(管道埋深及間距、回填土壤性質、示蹤線、警示帶等)、管體特性(管道壁厚、槽橫、鑿橫、凹痕、老化降解等跡象)、管道連接質量狀況(熱熔連接、電熔連接、法蘭連接、鋼塑轉換接頭)等進行全面檢查和檢測。

2.4安全評價

PE管道安全評價是建立在PE管道檢測的基礎上，結合風險評價知識和可靠性分析理論，通過模型試驗和理論力學計算，確定管道最大許用壓力、失效概率、風險等級、剩余強度、剩余壽命等，為管道的安全運行與維護提供科學依據(jù)。

3 PE管道檢驗與評價的五個層次內(nèi)容

3.1PE管道檢驗與評價的文件體系

文件體系是進行PE管道檢驗與評價的指示性文件，用來指導PE管道檢驗與評價的有效開展。文件體系通常包括檢驗與評價管理手冊、程序文件與作業(yè)規(guī)程三個方面。管理手冊總述PE管道檢驗與評價的流程，闡述總體目標和需要開展的各種活動；程序文件詳述PE管道檢驗與評價的具體職責與各項內(nèi)容；作業(yè)規(guī)程是指導完成檢驗與評價的具體工作方法和操作規(guī)程。

3.2PE管道檢驗與評價的標準規(guī)范

PE管道檢驗與評價標準是開展PE管道檢驗與評價的技術性指南。國外PE管道投入使用相對較早，各種相關的規(guī)范、標準和管理手冊形成較完整的方法體系。國內(nèi)對PE燃氣管道的檢驗與評價尚未建立一套固定的標準和方法體系，只在PE管道元件設計、制造、安裝、驗收等方面涉及一部分行業(yè)標準和安全技術規(guī)范，如《燃氣用埋地聚乙烯管道系統(tǒng)第1部分：管材GB15558.1-2005》、《燃氣用聚乙烯管道焊接技術規(guī)則TSGD2002-2006》、《燃氣用埋地聚乙烯管道系統(tǒng)第2部分：管件GB15558.2-2005》、《聚乙烯燃氣管道工程技術規(guī)程CJJ63-2008》、《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范GB50028-2006》、《壓力管道定期檢驗規(guī)則-公用管道TSGD7003-2010》等。

3.3PE管道檢驗與評價的軟件平臺

軟件平臺是IT技術在PE管道檢驗與評價中的應用?；跀?shù)據(jù)庫技術構建PE管道信息數(shù)據(jù)庫，有效管理PE管道數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)管道信息共享，并利用信息數(shù)據(jù)庫編制PE管道風險評估系統(tǒng)，構建以風險檢驗為核心的PE燃氣管道安全評價軟件應用平臺。PE管道檢驗與評價軟件平臺如圖2所示。

PE管道檢驗與評價軟件平臺是通過檢測或監(jiān)測方法獲得PE燃氣管道信息，包括PE管道的技術資料、環(huán)境載荷信息、運行數(shù)據(jù)信息、檢測信息和開挖信息等數(shù)據(jù)，整理、加工處理收集到的各種數(shù)據(jù)信息，利用Access、Sql、Oracle等數(shù)據(jù)庫技術建立PE管道信息數(shù)據(jù)庫進行儲存，借助VisualBasic工具開發(fā)PE管道檢驗與評價軟件，進而開展PE管道危險識別、風險評價、適用性評估、可靠性評價等，有效地保障PE管道的安全運行。

3.4PE管道檢驗與評價的核心技術

PE管道檢驗與評價的各個環(huán)節(jié)涉及許多配套的支撐技術，如PE燃氣管道定位技術、泄漏檢測技術、焊接質量檢測技術、風險管理技術等，這些支持技術的發(fā)展水平將直接影響PE管道檢驗與評價的順利開展。

3.4.1PE管道定位技術

根據(jù)《聚乙烯燃氣管道工程技術規(guī)范》規(guī)定，PE管道施工須隨著管道走向敷設金屬示蹤線。國際上常用的示蹤線主要包括裸露金屬線和帶有塑料絕緣層的金屬導線兩種，聚乙烯燃氣管道敷設示蹤線主要是為了PE燃氣管道測位方便和精確描繪PE管道的走向與準確位置。然而相當大一部分PE燃氣管道工程并未敷設金屬示蹤線或是由于施工不規(guī)范導致示蹤線未連接或斷開，這給檢驗帶來了極大的困難。目前，PE管道的探測方法包括電磁、震動波和探地雷達檢測等。電磁檢測通常運用于存有示蹤線的管道上，而震動波和探地雷達檢測一般是探測不含示蹤線的PE管道和復雜交叉的管道^[5]。

3.4.2PE管道泄漏檢測技術

PE燃氣管道常常會由于外力損傷、密封不嚴、焊接缺陷而造成燃氣泄漏。PE管道燃氣泄漏檢測有許多方法，但最實用的是采用泄漏檢測儀進行檢測。泄漏檢測儀的精度可以達到1ppm(1ppm=10^-6)。在PE天然氣管道檢測中，一般采用埋地管道泄漏檢測儀SL-808A探測甲烷含量，進而判斷是否存在泄漏。在PE液化石油氣管道檢測中，一般采用便攜式可燃氣體探測儀SSS-318進行探測判斷是否泄漏。

3.4.3PE管道焊接質量檢測技術

PE管道的連接是整個安裝過程中最關鍵的環(huán)節(jié)，接頭質量的好壞直接影響PE管道結構完整性和安全運行，因此，保障可靠的接口質量對PE管道工程尤為重要。

PE管道連接通常采用熔化連接。熔化連接分為電熔連接和熱熔連接。現(xiàn)有電熔接頭的檢測方法主要有破壞性檢驗和非破壞性檢驗兩類^[6]。破壞性試驗是一種抽檢性質的檢測方法，不能完全解決工地現(xiàn)場電熔焊接質量的檢測問題，主要有拉伸剝離試驗、擠壓剝離試驗、爆破試驗、長期靜壓試驗及拉伸試驗等。電熔接頭的非破壞性檢驗主要是對電熔接頭的外觀進行檢查，該方法目前尚未形成國家或行業(yè)標準，主要是根據(jù)工程經(jīng)驗形成的，其可靠性有所欠缺。采用超聲相控陣動態(tài)聚焦并結合B掃查成像技術，能夠對電熔焊接接頭的質量進行檢測，實現(xiàn)缺陷定位。這是由于超聲相控陣技術是利用多個探頭聚焦的方法使聲波有足夠的能量反射并被接受器接收，從而解決聲波衰減過多導致回波太弱這一問題。此外，一般通過觀察接頭沿軸向的縱剖面的形態(tài)開展電熔接頭的缺陷判別，B掃描能夠顯示缺陷在接頭縱截面的二維特征，使缺陷變更直觀。

聚乙烯管道熱熔焊接接頭檢驗與電熔焊接接頭檢驗相類似，也分為非破壞性檢驗和破壞性檢驗兩種方法^[7]。非破壞性檢驗主要包括焊接接頭的外觀檢查、焊接翻邊(焊環(huán))的檢查和超聲波檢測。破壞性檢驗一般包括彎曲試驗、拉伸試驗、靜液壓試驗及拉伸蠕變試驗等。

3.4.4PE管道風險管理技術

風險識別是開展PE管道風險管理的第一環(huán)節(jié)，其目的是為了分析PE燃氣管道風險的關鍵影響因素，了解PE管道存在的風險狀況。

風險評價方法主要有故障類型及影響分析、模糊綜合評判法、風險矩陣法、概率評價法等。風險評價主要工作是計算PE管道風險值、參照PE管道相關法律法規(guī)和評價標準確定各PE管段的風險等級、結合風險可接受準則評判PE管段風險的可接受水平、根據(jù)可靠性理論計算PE管道失效可能性、開展PE管道失效后果分析等^[8-9]。

風險控制是進行風險管理的主要目的。利用管道風險評價等級制定風險控制方案，優(yōu)選最優(yōu)方案對高風險PE管段開展維修與維護。風險信息反饋是整合反饋風險識別、風險評價和風險控制三個環(huán)節(jié)的信息，促使PE管道風險管理整個過程形成循環(huán)。進行風險控制后，PE管道的風險水平處于管理者要求的范圍之內(nèi)。倘若PE管道的某個參數(shù)在一段時間后發(fā)生改變，則需要對其進行重新評估，風險管理進入新一輪的循環(huán)。

3.5PE管道檢驗與評價的人員控制

PE管道檢驗與評價的人員包括PE管道現(xiàn)場檢驗人員和PE管道評價人員?，F(xiàn)場檢驗人員主要負責收集PE管道資料，制定現(xiàn)場檢驗方案，執(zhí)行現(xiàn)場壁厚測量、泄漏檢測、超聲波檢測、開挖檢測、編寫檢驗報告等工作。PE管道評價人員主要負責編寫PE管道評價標準、開發(fā)風險評價軟件、進行PE管道安全評價等任務。

4結論

(1)研究總結PE燃氣管道檢驗與評價的體系框架，它包括資料審查、宏觀檢查、開挖檢測和安全評價四個主要環(huán)節(jié)，從文件體系、標準規(guī)范、軟件平臺、支撐技術與人員控制五個層面詳細論述PE燃氣管道檢驗與評價的實施與應用，進而及時發(fā)現(xiàn)各個環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)的質量問題，有效地保障PE管道安全運行。

(2)探討IT技術在PE燃氣管道檢驗與評價中的應用，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫技術在PE燃氣管道檢驗與評價中具有廣闊的前景，通過開發(fā)軟件平臺，合理有效地開展PE管道檢驗與評價。

(3)我國的PE燃氣管道檢驗與評價尚處于起步階段，需要加強以下兩方面的研究：

①加強對國外PE燃氣管道檢驗與評價技術的跟蹤與交流，掌握國外PE燃氣管道的發(fā)展趨勢，制定一套我國PE燃氣管道檢驗與評價體系和法律法規(guī)。

②全面收集PE管道結構信息、環(huán)境特征參數(shù)、運行記錄和檢測數(shù)據(jù)等信息，加強PE管道設計、施工、運行和維護過程的數(shù)據(jù)積累，構建PE管道信息數(shù)據(jù)庫，開發(fā)PE燃氣管道檢驗與評價軟件平臺，實現(xiàn)PE管道風險管理。

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(本文作者：謝麗婉 陳仲波 福建省特種設備檢驗研究院)