陳 晨，張 偉，雷玉蘭

(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院鎮(zhèn)江分院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)被譽為城市的生命線，它在維系城市功能中有著至關(guān)重要的作用。聚乙烯(Polyethylene，以下簡稱PE)管憑借其優(yōu)良的耐腐蝕性、可熔接性、柔韌性、環(huán)保性等特點[1]，已逐漸代替鋼管和鑄鐵管被廣泛應(yīng)用于燃?xì)夤艿拦こ讨?，“以塑代鋼”已成為管道領(lǐng)域的主流。國內(nèi)從20世紀(jì) 80年代初開始使用PE管，目前在新建、改擴(kuò)建的燃?xì)夤艿拦こ讨?，所用管?0%以上為PE管[2]，且在今后的燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)中，PE管所占的比重會更大。隨著服役年限的增加、應(yīng)用范圍的加大，PE燃?xì)夤艿辣┞冻龅陌踩珕栴}愈加突出。近年來，國內(nèi)外PE燃?xì)夤艿腊l(fā)生多次事故[3]。由于PE燃?xì)夤艿赖姆笤O(shè)地段多為人口集中地帶、道路網(wǎng)密布區(qū)及各種建筑密集區(qū)，一旦發(fā)生泄漏、爆炸等安全事故，將直接影響當(dāng)?shù)厝嗣竦纳拓敭a(chǎn)安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染，后果相當(dāng)嚴(yán)重。

作為特種設(shè)備檢驗檢測機(jī)構(gòu)，必須加強對PE燃?xì)夤艿赖娜鏅z驗工作，定期進(jìn)行安全隱患排查。目前，PE燃?xì)夤艿赖娜鏅z驗參照TSG D7004-2010《壓力管道定期檢驗規(guī)則-公用管道》，但標(biāo)準(zhǔn)中對PE管的檢驗只有附錄B1.6.2條百余字的基本要求[4]，現(xiàn)場檢驗實施比較困難。本文立足我省的實際情況，分析PE燃?xì)夤艿赖氖г蚣澳Ｊ?，探討全面檢驗技術(shù)并提出相關(guān)建議，對提高全面檢驗質(zhì)量有一定的現(xiàn)實意義。

1 PE燃?xì)夤艿赖氖Х治?/h2>

1.1 主要失效原因

筆者開展了江蘇省內(nèi)的燃?xì)夤綪E管道失效事故調(diào)研，共調(diào)研了5家公司，收集130余起失效案例，具體失效原因如圖1所示。其中第三方破壞81起，焊接質(zhì)量38起，管材質(zhì)量12起，鋼塑轉(zhuǎn)換3起，墊片失效2起，埋深不夠1起?？梢娛?nèi)PE燃?xì)夤艿赖闹饕г驗榈谌狡茐?59%)、焊接質(zhì)量(28%)及管材質(zhì)量(9%)。本文就這三種主要的失效原因展開分析。

圖1 PE燃?xì)夤艿朗г蚪y(tǒng)計

1.2 第三方破壞

管道第三方破壞是指由于運營承包商或非運營者的個人行為，導(dǎo)致管道及相關(guān)的設(shè)備、工具等遭到直接或間接損毀的外力破壞行為[5]。PE燃?xì)夤艿赖谌狡茐氖鹿暑l發(fā)的原因主要有以下幾點：

(1)地面標(biāo)識缺失導(dǎo)致管道遭到破壞。管道建設(shè)期沒有按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來設(shè)置地面標(biāo)識，造成地面標(biāo)識不明或缺失，或者在管道服役期由于各種原因造成原本的地面標(biāo)識缺失。

(2)建設(shè)施工方盲目施工造成破壞。我省近年來城鎮(zhèn)化率不斷提高，城鎮(zhèn)基礎(chǔ)建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前的使用需求，在各種城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施改造過程中，施工方在改造前沒有對管道進(jìn)行實地探測，盲目開挖，造成破壞。

(3)企業(yè)日常巡檢工作不到位。管道的日常巡檢工作對避免第三方破壞事故十分重要，而由于企業(yè)不重視、管網(wǎng)信息不通暢、監(jiān)測技術(shù)缺乏等因素造成巡檢工作流于形式，沒有發(fā)揮其關(guān)鍵作用。

1.3 焊接質(zhì)量

為保證PE燃?xì)夤艿赖倪B接質(zhì)量，標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定：PE管材與管件、閥門的連接應(yīng)采用熱熔對接或電熔連接(電熔承插連接、電熔鞍形連接)方式[6]。焊接質(zhì)量引起失效主要是指在焊接接頭處發(fā)生的失效，即未熔合、夾渣、氣孔、咬邊、電熔管件質(zhì)量缺陷等[7]。焊接質(zhì)量缺陷及原因主要有但不限于以下幾個：

(1)對接壓力不足或過大、加熱溫度過低、焊機(jī)油壓卸壓慢造成對接兩管的錯邊量過大、焊環(huán)高度過低、連接面出現(xiàn)孔洞。

(2)焊接吸熱或冷卻時間過短、焊接環(huán)境溫度過低或轉(zhuǎn)換時間過長造成焊縫缺口、中心不凹、中空翻邊。

(3)加熱板或熔接斷面被污染造成焊縫裂紋缺陷。

(4)管材端部吸潮造成翻邊上有“芝麻”點氣孔。

(5)裝夾管材時未能保證同軸度或管材外徑有偏差造成對接兩管軸線不在同一條直線上。

1.4 管材質(zhì)量

PE管在靜液壓作用下主要有三種失效模式：韌性失效、脆性失效及老化失效。韌性失效是由于蠕變引起的破壞，這種失效模式屬于材料力學(xué)范疇。具體表現(xiàn)為PE管在恒壓力下，隨著時間的增加，管壁由彈性狀態(tài)逐漸演變到塑性變形狀態(tài)，直到全部屈服鼓脹，最終爆破。發(fā)生韌性失效的原因主要是壓力過高或載荷過大。

脆性失效是由快速裂紋增長引起的破壞，這種失效屬于斷裂力學(xué)范疇。具體表現(xiàn)為管壁上產(chǎn)生脆性裂紋后，裂紋按每秒幾百米的速度擴(kuò)展，導(dǎo)致管道大規(guī)模破壞，造成災(zāi)難性后果。隨著服役時間的增加，PE管道的失效模式將由韌性失效向脆性失效轉(zhuǎn)變，即韌脆轉(zhuǎn)化[8]。韌脆轉(zhuǎn)化可能導(dǎo)致管道承受內(nèi)壓能力大大降低，從而給PE管的應(yīng)用和質(zhì)量控制增加不少難度[9]。發(fā)生脆性失效的原因主要是管道在制造、運輸、安裝和使用過程中可能存在的缺陷或劃痕等構(gòu)成了脆性裂紋源而導(dǎo)致失效。

老化失效是由于材料本身性能或高溫、腐蝕等外部環(huán)境的影響造成PE管材料發(fā)生材質(zhì)劣化，喪失正常的使用性能。發(fā)生老化失效的原因主要有PE管原材料性能、燃?xì)獾挠袡C(jī)組分對管材內(nèi)壁的長期腐蝕破壞、周圍的熱力管道的熱量輻射等。

2 基于失效分析的全面檢驗技術(shù)

2.1 針對第三方破壞的全面檢驗技術(shù)

由于第三方破壞在事故調(diào)研中占比最大，所以在全面檢驗過程中應(yīng)當(dāng)給予足夠的重視。主要的檢驗技術(shù)有：

(1)管道位置與埋深檢測。正確定位PE管道位置和埋深可以有效避免第三方破壞。對于示蹤線(帶)電連續(xù)性能完好的，利用信號源井、閥門井或測試樁，可采用金屬管線探測儀進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果比較準(zhǔn)確。對于金屬示蹤線(帶)已損壞、未敷設(shè)或沒有預(yù)留出露點的管道可以采用地質(zhì)雷達(dá)探測法、管道聲學(xué)定位探測法、主動聲源探測法等方法進(jìn)行檢測，但檢測結(jié)果受地質(zhì)狀況、埋深等因素影響較大，不是很理想。目前比較主流的檢測設(shè)備見表1[10]。

表1 PE管道定位檢測設(shè)備

(2)現(xiàn)場管道地面標(biāo)識確認(rèn)?，F(xiàn)場巡檢過程中，著重注意沿線的管道地面標(biāo)識是否按照CJJ63-2018《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》及CJJ/T153-2010《城鎮(zhèn)燃?xì)鈽?biāo)志標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)置，確保地面標(biāo)識齊全且符合要求。

2.2 針對焊接質(zhì)量的全面檢驗技術(shù)

焊接質(zhì)量不佳會導(dǎo)致密封不嚴(yán)、燃?xì)庑孤?，甚至引起爆炸，給周圍人民生命和財產(chǎn)安全帶來重大威脅，主要的檢驗技術(shù)有：

(1)燃?xì)庑孤z測最實用的方法是嗅敏儀法和基于聲波的泄漏定位技術(shù)。主要檢測設(shè)備有燃?xì)庑孤┒ㄎ粰z測儀、激光甲烷遙距檢測儀等。主要針對管網(wǎng)的閥門井、調(diào)壓裝置、管道沿線可能擴(kuò)散到的建筑物進(jìn)行檢測。

(2)開挖直接檢驗過程中，對焊接接頭質(zhì)量進(jìn)行宏觀檢查，當(dāng)熱熔接頭外觀檢查不合格時，需對其進(jìn)行翻邊切除檢查。必要時，對焊接接頭采用超聲相控陣動態(tài)聚焦并結(jié)合B掃查成像技術(shù)和耦合聚焦超聲技術(shù)進(jìn)行檢測，并對缺陷大小進(jìn)行定位[11]。

2.3 針對管材質(zhì)量的全面檢驗技術(shù)

PE管由于質(zhì)量問題發(fā)生斷裂或老化都會嚴(yán)重影響管道的正常運行。主要的檢驗技術(shù)有：

(1)資料審查結(jié)合現(xiàn)場巡檢，檢查管道與其他建(構(gòu))筑物或者熱力管道的凈距和騎壓狀況。尤其是與熱力管道等熱源相鄰敷設(shè)時，測量管道地下敷設(shè)環(huán)境溫度。

(2)開挖直接檢驗過程中，檢查管道表面有無鼓脹、氣泡、槽痕或凹痕等缺陷，管道有無老化降解(如表面粉化)等跡象。另外，采用超聲波測厚方法在管體上進(jìn)行壁厚測量。

(3)必要時進(jìn)行管體性能試驗。管體性能試驗項目主要有靜液壓強度、斷裂伸長率、氧化誘導(dǎo)時間、熔體質(zhì)量流動速率等。

3 幾點建議

3.1 首次全面檢驗時間

TSG D7004-2010規(guī)定PE管道首次全面時間不超過15年，筆者認(rèn)為這個時間有待考量。首次全面檢驗的目的主要是對管道本質(zhì)安全和與時間無關(guān)部分的風(fēng)險源進(jìn)行排查，越早進(jìn)行越能有效減緩風(fēng)險。在實際檢驗中，綜合考慮管道周邊設(shè)施環(huán)境和管道設(shè)計條件，一般將首次全面檢驗時間定為3-6年。

3.2 開挖比例及開挖點選擇

TSG D7004-2010對PE管道開挖點位置選擇的規(guī)定過于籠統(tǒng)，對開挖檢驗的比例規(guī)定“一刀切”(0.3處/km)，在實際檢驗過程中可操作性不高。筆者認(rèn)為開挖比例和開挖點的選擇需要檢驗人員結(jié)合危害源識別結(jié)果和現(xiàn)場實際環(huán)境來確定。在揚州某公司PE燃?xì)夤艿廊鏅z驗項目中，開挖比例的確定原則具體見表2。

表2 開挖比例的確定原則

續(xù)表2

3.3 管道綜合評級

TSG D7004-2010中PE管道的全面檢驗周期不超過15年，筆者認(rèn)為這個規(guī)定過于籠統(tǒng)且缺乏可操作性。結(jié)合多年的檢驗經(jīng)驗，筆者認(rèn)為可以根據(jù)風(fēng)險評估等級和管道性能等級綜合評定管道級別。具體評級見表3。

表3 PE管道綜合評級表

4 結(jié) 論

(1)本文立足我省的實際情況，通過省內(nèi)調(diào)研分析了PE燃?xì)夤艿乐饕氖г蚣澳Ｊ?，有利于針對性開展管道全面檢驗。

(2)結(jié)合多年的檢驗經(jīng)驗，基于對我省PE燃?xì)夤艿赖氖Х治?，探討全面檢驗相關(guān)技術(shù)，進(jìn)一步提升全面檢驗質(zhì)量。

(3)對PE燃?xì)夤艿廊鏅z驗的過程提出幾點建議，希望與同行共同探討，為推動特檢事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展共同努力。

(4)建議江蘇省相關(guān)機(jī)構(gòu)立足省內(nèi)實際情況，制定適用性較強、操作性較高的PE管道相關(guān)檢驗規(guī)則，規(guī)范檢驗工作，優(yōu)化檢驗策略，使PE管道的運行管理更加合理化、科學(xué)化。