城市埋地PE燃气管道全面检验方法
江瑞市政 
x21 PE 燃气管道全面检验综述
1.1 漏点排查困难
由于泄漏的燃气会沿着疏松的土壤结构向上流动，可能扩散到附近的地沟、窖井、地下建（构）筑物。因此检测出某个区域的泄漏，并不是真正燃气泄漏的地方，准确定位泄漏点位置是相当困难的。
1.2 定位探测困难
由于设计和安装未对管线作示踪装置或路由标识，导致在管道检验过程中，需要重新对PE燃气管道进行跟踪定位。加之PE管道绝缘的性质，不能直接施加信号定位、探测埋深。
1.3 失效机理不明
虽然PE燃气管材具有质量轻、方便焊接、耐腐蚀性很强、管材使用寿命较长、柔韧性较好、摩阻较低等的优越性能，PE燃气管材、管件、阀门、法兰等可根据有关标准组成完全符合规范单元，但是PE燃气管材实际使用年代不长，难以保障在运输、施工、安装及后期管理过程能够得到有效的控制，通常这些不利因素也会导致整个PE燃气管道系统产生不良影响。
2 全面检验要求
根据 PE 燃气管道的特有属性和全面检验的特点，PE燃气管道全面检验项目主要包含资料审查、宏观检查、开挖直接检验、风险评估。
2.1 资料审查
全面检验一般需要收集以下资料分析：安全管理资料、设计资料、竣工验收资料、管道运行状况资料、运行周期内的定期检验报告、上一次全面检验报告等。
2.2 宏观检查
PE燃气管道宏观检查项目主要有：地面泄漏检查、位置与走向、地面标志检查、管道示踪系统检查、穿越管段检查、阀门井检查和其它管道元件的检查。其中管道沿线地表环境调查主要检查是否有占压、管道裸露、第三方施工、不良地质环境条件调查、生物侵害等情况。
2.3 开挖直接检验
开挖直接检验项目主要有：管道敷设质量检查（管道埋深、 示踪系统及警示标识的敷设质量、管基敷设质量、生物侵害情况及敷设环境温度等）和管体状况检查（管体整体质量、测量壁厚、焊接接头外观及焊接质量无损检测等），必要时取样进行静液压强度、耐慢速裂纹增长、断裂伸长率和氧化诱导时间等理化性能试验。
2.4 风险评估
风险评估根据失效可能性和失效后果两个方面对PE燃气管线综合以下数据进行风险等级评估。主要包括设计、竣工、运行状况及安全管理资料调查情况、宏观检查及开挖直接检验数据、介质特性、泄漏可能产生的危害等。
3 采取的技术措施
3.1 管道探测定位
通常采用 PE 管道定位技术（弱磁法、电磁法）对管线埋深、走向进行探测。按照 CJJ63-2018《聚乙烯燃气管道工程技术标准》中 6.3.4 规定，示踪线、警示带、地面标志、保护板的敷设和设置应符合下列规定：示踪线应敷设在聚乙烯燃气管道的正上方，并应有良好的导电性和有效的电气连接，示踪线上应设置信号源井。通常示踪线都是紧贴管道敷设，示踪线应具有金属导电性能且应外部绝缘，并且需要有一定的强度，应当充分利用阀井设置信号源井，并预留测试线。如图1所示利用示踪法管线定位。
安装 PE 燃气管道时，示踪装置的敷设应按相关标准规范执行。但是由于某些因素并未按要求敷设金属示踪线，或因后期第三方施工导致金属示踪线未连接或示踪线失效，后期的检测往往会由于这些不利因素增加许多障碍。常用的 PE 燃气管道探测方法有探地雷达法、电磁法、弱磁法和声波法等。对于已敷设示踪线的 PE 燃气管道主要采用电磁法，未敷设示踪线的PE燃气管道主要用探地雷达法、声波法和弱磁法。
弱磁法虽在实际应用中不如探地雷达使用普遍，但是经过多次验证，在对PE燃气管道探测定位还是具有一定的可信度。当然，PE 燃气管道探测技术在仪器设备研究上远不如钢管探测设备技术成熟，但通过运用多种仪器搭配使用，合理利用各种 探测方法和仪器的优点，扬长避短，可有效提高 PE 燃气管道定位的准确度。图 2 为弱磁法探测PE 燃气管道示意图。
3.2 泄漏检查
利用可燃气体泄漏仪基于介质分析的方法调查 PE 燃气管道泄漏，依据可能产生泄漏的部位主要检查管道组成件和连接接头的泄漏情况。应对地质灾害影响点、管道经过水面处有气泡冒出和施工造成的管道裸露段、有气体泄出声响、植被异常 枯黄、有异常气味等处重点检查。必要时，应对燃气可能扩散到的窨井、地沟、地下构筑物内进行检查。由于 PE 燃气管道敷设于地下，若发生泄漏，对可疑的泄漏范围内进行地面钻孔检测泄漏，根据泄漏浓度高低逐步锁定泄漏点。现场检测泄漏如图 3 所示。
3.3 PE 燃气管道焊接接头无损检测
3.3.1 常见焊接接头的种类
PE 燃气管主要连接方式有热熔焊接和电熔焊接两种方式。PE燃气管的连接是保证燃气管道结构完整和安全运营的重要环节，焊接接头的质量直接关系到管道运行安全。
3.3.2 常见焊接接头缺陷类型
PE 管焊接接头主要缺陷类型有：孔洞、熔合面夹杂、冷焊、过焊、电阻丝错位和管材承插不到位。每种缺陷形成的原因都不尽相同，找到其中的根本原因对于提高施工质量控制有很大帮助。孔洞的成因有很多种，有焊接前管材、管件中制造时产生的孔洞；也有焊接过程中由于材料潮 湿或者焊接面夹杂油污形成蒸汽产生的气孔；还有焊接完成后产生的冷却缩孔，如图 4 所示。
熔合面夹杂缺陷主要是由于现场施工不规范造成，例如氧化皮未刮削、焊接面未清理干净、电熔套筒沾染污物等，如图 5 所示。冷焊缺陷是由于焊接热量不够造成的，例如焊接时间不足、管材与管件配合间隙过大、施工现场断电等，如图 6 所示。
过焊则相反，是由于焊接能量过大造成的缺陷，一般由加热时间过长，电压过大，管材与管件配合过紧等原因造成，如图 7 所示。电阻丝错位通常伴随着过焊缺陷一起出现，一般是由于材料流动性太大造成，如图 8 所示。管材承插不到位则是属于人为缺陷，主要是因为焊工操作不当造成的，如图 9 所示。
3.3.3 焊接接头相控阵检测
目前 PE 燃气管道热熔焊接接头质量的现场检测技术是耦合聚焦超声检测技术，PE 燃气管道电熔焊接接头质量的现场检测技术普遍是采用超声相控阵动态聚焦并结合 B 扫描成像技术。
电熔焊接接头相控阵超声检测方法参照 GB/T 29461-2012《聚乙烯管道电熔接头超声检验》进行。超声检测后按 GB/T 29460-2012《含缺陷聚乙烯管道电熔接头安全评定》进行安全评定。
目前来说，国家还没有出台相应的标准和规范热熔焊接接头超声检测，上海市特检院牵头制定了地方标准 DB31/T1058-2017《燃气用聚乙烯（PE）管道焊接接头相控阵超声检测》，给出了聚乙烯管道热熔焊接接头的超声检测方法及空洞、夹杂和未熔合的评定标准，可为安全评定提供依据。
3.4 PE燃气管及焊接接头理化性能检测
PE 燃气管道全面检验是对在用管道进行的基于风险的检验。PE 燃气管道由于长时间埋设于地下，不能确定地理环境是否会导致其理化性能发生改变，应当通过全面检验的技术手段进行确认，理化性能检测是针对埋地 PE 燃气管道全面检验中对管道本质安全的一种技术手段。主要对取样试件进行静液压 强度试验、耐慢速裂纹增长试验、断裂伸长率试验和氧化诱导时间试验，可以通过取样分析现有埋地 PE 燃气管道的综合性能指标。
静液压强度试验按 GB/T 6111-2018 《流体输送用热塑性塑料管道系统 耐内压性能的测定》的有关要求进行，试验温度取80℃，环应力为 4.5MPa（PE80）、5.4MPa（PE100），可评价管道的力学性能。
当管材公称壁厚＞5mm 时，按照 GB/T 18476-2019《流体输送用聚烯烃管材 耐裂纹扩展的测定 慢速裂纹增长的试验方法（切口试验）》要求进行耐慢速裂纹增长试验。试验温度取80℃，环应力为 4.0MPa（PE80）、4.6MPa（PE100），可测试管道破坏时间，评定级别。
断裂伸长率试验应根据 GB/T 8804.3-2003 《热塑性塑料管材拉伸性能测定第 3 部分：聚烯烃管材》、GB/T 19810-2005《聚乙烯 (PE) 管材和管件热熔对接接头拉伸强度和破坏形式的测定》和 GB/T 19808-2005 《塑料管材和管件公称外径大于等于90mm的聚乙烯电熔组件的拉伸剥离试验》分别进行管材和焊接接头拉伸剥离性能评价。
氧化诱导时间试验按照 GB/T 19466.6-2009《塑料差示扫描量热法（DSC）第 6 部分：氧化诱导时间(等温 OIT)和氧化诱导温度（动态 OIT）的测定》的要求进行，试验温度取 200℃，可部分评价管道的抗老化性能。
3.5 PE 燃气管道的风险评估
虽然尚未制定 PE 燃气管道风险评估的国家标准，但根据对城镇 PE 燃气管道事故的失效原因进行分析，已有机构根据分析的结果提出了 PE 燃气管道失效可能性和失效后果的风险评估方法。参照风险评估的原理，在实际使用环境条件下，从失 效可能性和失效后果两个方面综合评估 PE 燃气管道的风险程度，这是一种完全可适用于 PE 燃气管道的半定量风险评估方法。
利用决策树定性分析方法根据各因素的分配权重来确定失效可能性评分，并在综合各失效后果的基础上，利用层次分析法确定失效后果评分，最终风险值为失效后果与失效可能性的乘积，据此评定风险等级。
4 工程实践
利用上述 PE 燃气管道检验检测方法，根据某工程实际特点制定了详细的检验方案，开展了全面检验。检测中，发现存在示踪系统失效、部分管段埋深不足、违章占压等问题，开挖处外观检验合格。此外，还对管道的焊接接头抽样进行了相控阵无损检测，取样做了静液压试验、拉伸剥离试验和热稳定性试验，试验结果均合格。现场开挖直接检验如图10所示，相控阵检测如图11所示。
5 结论
设计压力大于0.1MPa 的城镇PE燃气管道为压力管道，不管是出于安全运营考虑，还是相关法律法规的要求，都应该对在役PE燃气管道进行全面检验，但是针对有关PE燃气管道全面检验的国家标准体系尚未出台。本文主要从定位探测困难、漏点排查困难、失效机理不明等技术难点和重点，针对PE燃气管道的全面检验要求，根据现场常用的检验检测仪器设备原理及技术手段，探讨PE燃气管道全面检验方法。方法是否可用，有待商榷验证，同时希望能够尽快出台有关PE燃气管道的定期检验标准，有利于更快速有效的开展全面检验工作，保障PE燃气管道的安全运营。
