張小春 朱 鑫 汪雪梅

（瀘州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所 瀘州 646100）

1 前言

聚乙烯管道具有耐腐蝕性、柔韌性、環(huán)保性、施工簡單等優(yōu)點(diǎn)，已在中低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)中廣泛取代了過去的傳統(tǒng)管材，成為GB 50028—2006的首選管材[2]。21世紀(jì)后，宏觀經(jīng)濟(jì)拉動了聚乙烯管道的發(fā)展，使其在農(nóng)村、城鎮(zhèn)燃?xì)庵醒杆倨占?。然而隨著使用時間的增加，聚乙烯燃?xì)夤艿朗Ц怕手饾u增大，損傷機(jī)理也更加復(fù)雜。近年來，行業(yè)專家們針對聚乙烯燃?xì)夤艿朗Ｊ竭M(jìn)行了大量研究，并陸續(xù)發(fā)表了相關(guān)論文[3-4]。TSG D7004—2010也提到了“管道表面有無槽痕、鑿痕等缺陷，管道有無老化降解等跡象”的宏觀檢驗(yàn)內(nèi)容，但未規(guī)定發(fā)現(xiàn)問題后的處置方式（如對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行安全狀況等級評定)。本文就宏觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題并結(jié)合其損傷機(jī)理，進(jìn)一步提出具體的檢驗(yàn)項目。

2 損傷模式和對應(yīng)的檢驗(yàn)項目

2.1 第三方破壞—強(qiáng)度校核

第三方破壞形式主要為人為施工、自然災(zāi)害等造成的管道表面槽痕、鑿痕等缺陷。全面檢驗(yàn)時，筆者通過開挖后宏觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這類缺陷，但TSG D7004—2010未規(guī)定這類缺陷的處置方式。

現(xiàn)今，城鎮(zhèn)燃?xì)夤揪S修搶險涉及部門多、手續(xù)繁雜，農(nóng)村燃?xì)夤揪S修應(yīng)急事故處置缺乏演練，導(dǎo)致這類缺陷管段很難在短時間內(nèi)完成更換。故筆者認(rèn)為此類管段可以通過強(qiáng)度校核的方式來判斷是否可以監(jiān)控使用，即通過剩余壁厚測定來確定最大工作壓力（許用壓力）。

式（1）[5]為管道設(shè)計時聚乙烯燃?xì)夤艿雷畲蠊ぷ鲏毫OP的計算公式，式中MRS、C均為固定參數(shù)。要計算監(jiān)控使用的許用壓力，只能用剩余壁厚修正標(biāo)準(zhǔn)尺寸比SDR，進(jìn)而計算出最大工作壓力MOP'。

式中：

MOP——TSG D7004—2010中的許用壓力；

MRS——最小要求強(qiáng)度；

C——設(shè)計系數(shù)；

SDR——標(biāo)準(zhǔn)尺寸比，即管材公稱外徑dn與公稱壁厚en的比值，由SDR=dnen圓整得出。

當(dāng)管網(wǎng)遭受第三方破壞出現(xiàn)槽痕、鑿痕（以下稱“缺陷”）時，應(yīng)用工具將缺陷清理消除，使其圓滑過渡，并測出剩余壁厚。管件、焊縫等應(yīng)力集中部位，此類缺陷不允許存在。

缺陷清理消除后測得的最小壁厚為剩余壁厚emin'；根據(jù)剩余壁厚計算得出，最小直徑（其中：de'為缺陷附近任一點(diǎn)外徑，e'為缺陷附近任一點(diǎn)壁厚）。

當(dāng)剩余壁厚emin'≥最小壁厚emin(即公稱壁厚en)時，該管道最大工作壓力不變；

當(dāng)剩余壁厚emin'＜最小壁厚emin(即公稱壁厚en)時，式(1)中SDR修正為SDR'。圓整得出。此時，最大工作壓力MOP'為監(jiān)控使用的許用壓力。

若最大工作壓力MOP'＜0.1MPa，則該管線應(yīng)停止使用，并立即更換缺陷管段。

具體案例：

在某公司聚乙烯燃?xì)夤艿溃≒E100/dn75×4.3/SDR17.6，0.35/0.4MPa）全面檢驗(yàn)時，開挖后宏觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)管段上有一處鑿痕，圓滑過渡后測得數(shù)據(jù)如下： 剩余壁厚emin'為2.8mm，缺陷附近任一點(diǎn)外徑de'為75.3mm，缺陷附近任一點(diǎn)壁厚e'為4.4mm。計算得出，最小直徑，圓整后取25。

根據(jù)最大工作壓力MOP'/最大工作壓力MOP=(SDR-1)(SDR′ -1) =0.692，計算得出監(jiān)控使用的許用壓力為0.3 5× 0.6 92 = 0.24MPa。

2.2 管材老化—耐候性試驗(yàn)

CJJ 63—2008[5]提到了管材從生產(chǎn)到使用期間，存放期間超過1年（管材接受日照輻射量達(dá)到一定程度）的耐候性試驗(yàn)要求。TSG D7004—2010中也提到檢驗(yàn)時，應(yīng)檢查管道有無老化降解（如表面粉化）等跡象，但未提及管道老化的具體檢驗(yàn)方法。筆者認(rèn)為：聚乙烯燃?xì)夤艿朗褂眠^程中，管道曝露接受日照輻射是加速其老化的主要原因；通過耐候性試驗(yàn)可確定管材老化程度，并預(yù)測管道剩余壽命。

具體案例：

在某公司聚乙烯燃?xì)夤艿溃≒E100/dn75×4.3/SDR17.6，使用時間3年）全面檢驗(yàn)時，筆者發(fā)現(xiàn)一處未按設(shè)計要求敷設(shè)的穿越管段（見圖1），該管段長期曝露接受日照輻射。

為驗(yàn)證該管段（取樣后見圖2，以下簡稱“舊管材”）的力學(xué)性能和物理性能是否因上述原因發(fā)生變化，筆者將舊管材同規(guī)格、同原材料牌號、同公司近期生產(chǎn)的管材（以下簡稱“新管材”）與其分別進(jìn)行取樣，按靜液壓強(qiáng)度（165h/80℃）、熱穩(wěn)定性和斷裂伸長率進(jìn)行試驗(yàn)得出數(shù)據(jù)如下。

圖1 穿越管段

圖2 舊管材

圖3 新管材

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：

1）斷裂伸長率項目（見表1、表2）：舊、新管材實(shí)測數(shù)據(jù)分別為579.71%、638.45%，推算得出：斷裂伸長率的衰減速率為(638.45 % -579.71% )3 = 19.58%a。 假 設(shè) 管 道 敷設(shè)環(huán)境、運(yùn)行參數(shù)不變，管道剩余壽命為x年，按(579.71 % -19.58 %x)≥3 50%[6]，計算得出管道剩余壽命為11年。

表1 斷裂伸長率（舊管材）

表2 斷裂伸長率（新管材）

2）熱穩(wěn)定性項目（見圖4、圖5）：舊、新管材實(shí)測數(shù)據(jù)分別為73.54min、114.62min。考慮到該數(shù)據(jù)＞20min的要求[6]，結(jié)合實(shí)際使用年限和指標(biāo)降低值，也可預(yù)測管道剩余壽命。

圖4 熱穩(wěn)定性（舊管材）

圖5 熱穩(wěn)定性（新管材）

3）靜液壓強(qiáng)度（165h/80℃）項目（見圖6、圖7）：分別測得舊、新管材靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)前的平均外圓周長為239.1mm、238.9mm，靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)后，測得最大變形處外圓周長分別為246.5mm、245.0mm。計算得出：舊、新管材的脹粗量分別超過 原 管 材 平 均 外 徑 的(2 46.5 -239.1 )239.1 = 3.1%和(2 45.0 -238.9 )238.9 = 2.6%。 舊 管 材 變 形 量 大 于 新管材。

圖6 靜液壓強(qiáng)度（165h/80℃）-舊管材

圖7 靜液壓強(qiáng)度（165h/80℃）-新管材

試驗(yàn)結(jié)果充分證明：

1）管道曝露接受日照輻射后管道老化加速，力學(xué)性能、物理性能隨之下降；

2）可通過實(shí)際使用年限、性能要求和舊、新管材的力學(xué)性能、物理性能數(shù)據(jù)預(yù)測管道剩余壽命。

因?yàn)镚B 15558.1—2003[6]聚乙烯混配料（黑色）的性能試驗(yàn)中缺少耐候性試驗(yàn)要求，所以筆者建議TSG D7004—2010修訂時在聚乙烯管檢驗(yàn)中增加管材的耐候性檢驗(yàn)項目。

3 結(jié)論

筆者通過聚乙烯燃?xì)夤艿赖谌狡茐脑斐傻娜毕莺凸艿榔芈督邮苋照蛰椛鋵?dǎo)致老化加速提出了強(qiáng)度校核和耐候性試驗(yàn)兩個檢驗(yàn)項目，為從事聚乙烯燃?xì)夤艿廊鏅z驗(yàn)工作的同行提供了一定參考。

[1] TSG D7004—2010 壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則—公用管道[S].

[2] 王新華，徐永亮，屈安，等．城鎮(zhèn)燃?xì)饩垡蚁┕艿朗эL(fēng)險等級評定方法研究[J]. 壓力容器，2015，32（12）：A33．

[3] 辛明亮，李茂東，張術(shù)寬，等．聚乙烯燃?xì)夤艿朗Ｊ窖芯窟M(jìn)展[J]．中國塑料，2015，29（03）：16-20.

[4] 王新華，屈安，徐永亮，等．城鎮(zhèn)燃?xì)饩垡蚁┕艿老到y(tǒng)脆弱性評估技術(shù)[J]．地質(zhì)科技情報，2016，35（02）：37-40.

[5] CJJ 63—2008 聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程[S].

[6] GB 15558.1—2003 燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁≒E）管道系統(tǒng) 第1部分：管材[S].