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DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2107-5640-2456
摘 要：现如今，城镇燃气聚乙烯PE埋地管道（以下简称PE燃气管道）已成为市政燃气压力管道的重要组成。PE燃气管道造价低、耐腐蚀、施工方便。上述种种优点使得其在中、低燃气压力范围内得到了广泛应用。对于在役的PE燃气管道进行全面检验，在我国的一些发达地区已有部分标准出台，但目前还没有形成一套完善的标准体系。本文梳理了各种实际应用中PE燃气管道的失效模式，结合常见的技术重难点（PE管线的定位、泄漏点如何排查），加上目前主流的检验方法，总结与分析了一套关于PE燃气管道的问题管理办法。
关键词：城镇燃气 聚乙烯（PE） 管道检验 压力管道 质量控制
中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）06（b）-0007-03
The failure mode and inspection method analysis of urban gas polyethylene PE buried pipeline
ZHUO Jia
（Chongqing Zhongliangshan YuNeng Gas Co. Ltd，Chongqing，400050 China）
Abstract： Urban gas polyethylene PE buried pipeline （PE gas pipeline） has now become an important component of municipal gas pressure pipeline.PE gas pipeline has the advantages of low cost， corrosion resistance and convenient construction. The above advantages make it widely used in the range of medium and low gas pressure. For the comprehensive inspection of PE gas pipelines in service， some standards have been issued in some developed areas of our country， but a complete standard system has not been formed at present.In this paper， the failure modes of PE gas pipeline in various practical applications are sorted out， and a set of problem management methods for PE gas pipeline is summarized and analyzed in combination with common technical difficulties （PE pipeline positioning， how to check the leakage point） and the current mainstream inspection methods.
Key Words： Urban gas; Polyethylene （PE）; Pipeline inspection; Pressure pipeline; Quality control
對于工作压力小于0.8MPa的燃气压力管网，聚乙烯PE管道相比传统的钢制管道有着十分明显的使用优势。而对于PE燃气管道，由特种设备安全管理对应的法规，必须对其进行全面检验。根据《压力管道定期检验规则—公用管道》（TSG D7004 -2010）的适用范围，PE燃气管道的检验只有一般性的规定。在我国，有着相对成熟标准的地区以上海等发达城市为主。在上海市颁布的《燃气聚乙烯管道定期检验技术规则》（DB31/T 1162-2019）有关规定之外，PE燃气管道的全面检验，在应用过程中还有着以下技术困难。
1 PE燃气埋地管道使用中的问题
1.1 漏点的排查工作
管道流动的主要工质——燃气是密度比空气轻的扩散性流体，在埋地管道流动中，如发生泄漏，将会沿着土壤缝隙向四周（主要是向上）流动。水渠、管沟、地线建筑房间、大型构筑物都有可能成为泄漏燃气的聚集地。而燃气管理企业在日常巡检或抢险任务中检测到的燃气的地点，不一定是真正的管道泄漏点。
1.2 探测定位的技术问题
由于早年PE燃气管道安装的不规范，或者第三方施工破坏，很多管道的示踪线存在缺失。而非金属管道非常依赖示踪线的定位，PE材质的绝缘性，让传统应用十分广泛的电信号探管工作难以开展[1]。
1.3 PE管道失效机理缺少理论支撑
PE燃气管道的使用年限为50年，但这种材质的管道实际投入市政公用的时间并不长。管道的附属管件，如套筒、弯头、三通、管帽和管道的结合不一定能和管道本身形成致密的整体。在运输、安装、施工、投运后管理等多个环节，难以对其质量达到有效控制，这些是PE燃气管道失效的主要原因[2]。 2 全面检验的步骤
由PE燃气管道的有机高分子材料特性出发，区别于传统金属管道，对该种材质的管道全面检验分为审查资料、外观检查、直接式开挖检验、风险等级评估等几个步骤[3]。
2.1 审查资料
由燃气企业管理经验和特种设备检验规范，审查资料主要有施工安装资料、设计文件、验收档案、运行状况分析、定期检验报告和上一次全面检验报告等。
2.2 外观检查
PE燃气管道外观检查分为泄漏地区检查、安装位置、标志桩（砖）检查、示踪线检查、管道穿越、阀室阀井和管道元器件等多个部位的检查。环境检查包括管道裸露、占压问题、第三方施工、地质条件的不良因素、生物损害等情况。
2.3 直接式开挖检验
开直接式开挖检验：管道安装质量（埋深、回填土质、压实度、示踪线、保护盖板、警示标志）和管道本体状况（质量、管径、不圆度、焊接宏观质量、超声波检测状况）[4]。
2.4 风险等级评估
对于PE燃气管道整个运行周期进行失效性概率分析。综合各类影响因素，如施工质量、设计合理程度、运行安全保证投入程度、第三方施工地区频繁度、人为破坏因素（恐怖袭击等），对管网可能出现的问题进行公式化风险等级评估。
3 检验技术分析
3.1 埋设位置的测定
由于PE燃气管道的非金属特性，如果安装规范，则通过示踪线及标志测物定位是最简单、高效的。《聚乙烯燃气管道工程技术标准》（CJJ 63-2018）的6.3.4项中规定：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专用井。
然而，由于受到多种因素的影响，很多时候金属示踪线缺失或安装不合格，之后的检测就会因此徒生很多困难。综上所述，近年来使用频率较高的方法有探地雷达法、弱磁法、声波法、电磁法（有示踪线）。
探地雷达比弱磁法使用更加普及。但是在近年来的工程实际中，弱磁法可行度正逐步提高。虽然非金属管道的探测精度远不及金属管道，但通过多种仪器交叉搭配使用，也可以达到令人满意的要求。如图1所示，利用失踪法对管线定位。
3.2 泄漏检查
可燃气体有着独特的分子电化学性质，通过这些性质可以利用精密的电子仪器进行低成本探测。在泄漏检查中，应重点关注管道连接处，各个管件安装位置处进行检测。而对于整个区域来讲，易沉降地区、管道裸露区域、深根植物种植处、植物异常枯萎处、气味异常处则应为扩大检查的重点[5]。管道埋设周围的地下密闭空间（管沟、渠道、建构筑物）也应按照泄漏可燃气体浓度梯度进行顺藤摸瓜式排查，直至找到最终泄漏点。
3.3 焊接工艺及检测方法
3.3.1 非金属管道的焊接
PE燃气管有两大焊接方式：电容焊接、热熔焊接。而在最新的国家规范中要求：采用全自动焊接设备，消除人为施工质量干扰，已经成为了强制要求。
3.3.2 焊接部位的缺陷
PE管焊接部位缺陷有熔合面夹杂、管材承插不到位、冷焊、孔洞、过焊、电阻丝错位。
熔合面夹杂缺陷有未清理焊接面、未刮削氧化皮、套筒熔面被污染。
管材承插不到位，主要为人为施工因素，焊接工人的操作水平成为质量关键。
冷焊产生的缺陷，因焊接热量问题导致，焊接时间短、管件连接间隙过大、施工电压不足都会引起冷焊缺陷。
孔洞：由于管道制造本身产生孔洞、焊接过程中水渍油泥产生的蒸汽气孔、冷却缩孔产生。
过焊与冷焊相反，是由焊接能量过大造成，电焊电压过高，加热时间过长，管件间配合无空隙都是过焊的影响因素。
电阻丝错位，一般是由于材料流动性太大造成（塑料材质加热后成熔融流体）。
3.3.3 相控阵检测技术在PE燃气管焊接中的应用
耦合聚焦超声波的检测是PE燃气管道热熔焊接的最新检测手段。相控阵超声检测通过《聚乙烯管道电熔接头超声检验》（GB/T 29461-2012）实施，检测后按《含缺陷聚乙烯管道电熔接头安全评定》（GB/T 29460-2012）进行安全评定。
3.4 理化性能检测技术在PE燃气管焊接中的应用
PE燃气管道常年埋设于地下，需要对其系统性的全面检验来判断风险高低，地下的各种环境变化（物理化学影响）将对PE燃气管道产生不可预见的影响，而理化性能检验则是目前所掌握技术中，对PE燃气管道进行检验的重要手段。它主要包括了耐慢速裂纹增长试验、静液压强度试验、断裂裂纹伸长试验、氧化诱导作用试验。
对于厚壁的PE燃气管道（公称壁厚大于5mm），因按照规范要求进行耐慢速裂纹增长试验。对于PE80管材环应力为4.0MPa，PE100管材为4.6MPa，温度选取80℃作为试验温度。静液压强度试验同样按照规范要求进行，对于PE80管材环应力为4.5MPa，PE100管材为45.4MPa，温度选取80℃作为试验温度。在该条件下，可评价管道的力学性能。
氧化诱导作用试验由对应的国家标准要求进行试验，温度取200℃作为试验温度，PE燃气管道的抗老化能力可由此来评价。
3.5 风险等级评估在PE燃气管道中的应用
由于PE燃氣管道在各市政管网中的实际应用时间较短，我国目前尚未制定PE燃气管道风险评估标准。但是在空间上，我国的应用规模又非常广大，PE燃气埋地管道的失效案例已有了足够的积累，有关的研究机构根据大数据统计和计算机模拟分析，提出了上述管道失效的可能性和在失效之后的严重程度风险评估办法。通过使用决策树定性分析方法、影响因素权重分配模型，来对失效的概率分布进行打分[6]。
4 燃气企业在管道安装运营上的实践 事实上，很多在管理和技术走在行业前列的燃气企业，已经开始全部或部分利用上述方法进行PE燃气埋地管道的失效模式分析和全面检验了。而根据不同的工程情况、不同的地质结构、不同的区域生物属性、不同的第三方作业情况，制定个性化的管理方案，将会是各大燃气企业技术发展的重点。在管理过程中，管道的埋深不足、回填压实不规范、占压圈围情况等诸多问题需要燃气企业建立全面检测台账来进行隐患立消整改，这一点在技术上并不困难。然而，对管道进行焊接部位抽样点控相位阵列无损检测，取样做热稳定试验、拉伸拉伸剥离试验来控制管道质量性能，则需要配合专业的检验机构进行。
5 结语
对于管理中压燃气管道（设计压力>0.1MPa）的城镇燃气企业来说，不管是出于对安全平稳供气的需求，还是对法律法规的遵守，都应该对在役的PE燃气埋地管道进行全面检验。而在可以预见的将来，国家也会出台强制性规范来约束整个行业的经营行为。本文通过对目前常见的技术难点出发（漏点的排查手段有限、探测定位的技术困难、PE管道失效机理缺少理论支撑），向PE燃气埋地管道的管理提出了全面检验方法和要求。利用现有的检验检测仪器设备，通过方法原理梳理，对PE燃气管道全面检验再次进行深入的探讨。
由于笔者水平有限，本文中的方法在应用中是否高效和可行，还有待该领域专家的商榷验证。同时也希望，PE燃气管道的定期检验国家标准能尽早出台，从而执导整个燃气企业的全面检测工作，保障市政燃气PE管网的安全平稳运行。
参考文献
[1] 董本万，岳建新，李国政.城镇PE燃气管道定位方法研究[J].中国特种设备安全，2019，35（4）：55-59.
[2] 周丽丽，黄亚晖.关于燃气管道耐久性未确知测度评估模型的研究[J].科技资讯，2019（5）：95-96.
[3] 压力管道定期检验规则—公用管道：TSG D7004 - 2010[S].北京：中华人民共和国国家质量家督检验检疫总局，2010.
[4] 崔闯.超声波检测技术在压力管道检测中的应用研究[J].科技资讯，2020（4）：57-59.
[5] 燃气聚乙烯管道定期检验技术规则：DB31/T 1162-2019[S].上海：上海市市場监督管理总局，2019.
[6] 闵宇谦，刘伟，肖忠群.在用聚乙烯燃气管道全面检验探讨[J].特种设备安全技术，2019（3）：18-20.
摘 要：现如今，城镇燃气聚乙烯PE埋地管道（以下简称PE燃气管道）已成为市政燃气压力管道的重要组成。PE燃气管道造价低、耐腐蚀、施工方便。上述种种优点使得其在中、低燃气压力范围内得到了广泛应用。对于在役的PE燃气管道进行全面检验，在我国的一些发达地区已有部分标准出台，但目前还没有形成一套完善的标准体系。本文梳理了各种实际应用中PE燃气管道的失效模式，结合常见的技术重难点（PE管线的定位、泄漏点如何排查），加上目前主流的检验方法，总结与分析了一套关于PE燃气管道的问题管理办法。
关键词：城镇燃气 聚乙烯（PE） 管道检验 压力管道 质量控制
中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）06（b）-0007-03
The failure mode and inspection method analysis of urban gas polyethylene PE buried pipeline
ZHUO Jia
（Chongqing Zhongliangshan YuNeng Gas Co. Ltd，Chongqing，400050 China）
Abstract： Urban gas polyethylene PE buried pipeline （PE gas pipeline） has now become an important component of municipal gas pressure pipeline.PE gas pipeline has the advantages of low cost， corrosion resistance and convenient construction. The above advantages make it widely used in the range of medium and low gas pressure. For the comprehensive inspection of PE gas pipelines in service， some standards have been issued in some developed areas of our country， but a complete standard system has not been formed at present.In this paper， the failure modes of PE gas pipeline in various practical applications are sorted out， and a set of problem management methods for PE gas pipeline is summarized and analyzed in combination with common technical difficulties （PE pipeline positioning， how to check the leakage point） and the current mainstream inspection methods.
Key Words： Urban gas; Polyethylene （PE）; Pipeline inspection; Pressure pipeline; Quality control
對于工作压力小于0.8MPa的燃气压力管网，聚乙烯PE管道相比传统的钢制管道有着十分明显的使用优势。而对于PE燃气管道，由特种设备安全管理对应的法规，必须对其进行全面检验。根据《压力管道定期检验规则—公用管道》（TSG D7004 -2010）的适用范围，PE燃气管道的检验只有一般性的规定。在我国，有着相对成熟标准的地区以上海等发达城市为主。在上海市颁布的《燃气聚乙烯管道定期检验技术规则》（DB31/T 1162-2019）有关规定之外，PE燃气管道的全面检验，在应用过程中还有着以下技术困难。
1 PE燃气埋地管道使用中的问题
1.1 漏点的排查工作
管道流动的主要工质——燃气是密度比空气轻的扩散性流体，在埋地管道流动中，如发生泄漏，将会沿着土壤缝隙向四周（主要是向上）流动。水渠、管沟、地线建筑房间、大型构筑物都有可能成为泄漏燃气的聚集地。而燃气管理企业在日常巡检或抢险任务中检测到的燃气的地点，不一定是真正的管道泄漏点。
1.2 探测定位的技术问题
由于早年PE燃气管道安装的不规范，或者第三方施工破坏，很多管道的示踪线存在缺失。而非金属管道非常依赖示踪线的定位，PE材质的绝缘性，让传统应用十分广泛的电信号探管工作难以开展[1]。
1.3 PE管道失效机理缺少理论支撑
PE燃气管道的使用年限为50年，但这种材质的管道实际投入市政公用的时间并不长。管道的附属管件，如套筒、弯头、三通、管帽和管道的结合不一定能和管道本身形成致密的整体。在运输、安装、施工、投运后管理等多个环节，难以对其质量达到有效控制，这些是PE燃气管道失效的主要原因[2]。 2 全面检验的步骤
由PE燃气管道的有机高分子材料特性出发，区别于传统金属管道，对该种材质的管道全面检验分为审查资料、外观检查、直接式开挖检验、风险等级评估等几个步骤[3]。
2.1 审查资料
由燃气企业管理经验和特种设备检验规范，审查资料主要有施工安装资料、设计文件、验收档案、运行状况分析、定期检验报告和上一次全面检验报告等。
2.2 外观检查
PE燃气管道外观检查分为泄漏地区检查、安装位置、标志桩（砖）检查、示踪线检查、管道穿越、阀室阀井和管道元器件等多个部位的检查。环境检查包括管道裸露、占压问题、第三方施工、地质条件的不良因素、生物损害等情况。
2.3 直接式开挖检验
开直接式开挖检验：管道安装质量（埋深、回填土质、压实度、示踪线、保护盖板、警示标志）和管道本体状况（质量、管径、不圆度、焊接宏观质量、超声波检测状况）[4]。
2.4 风险等级评估
对于PE燃气管道整个运行周期进行失效性概率分析。综合各类影响因素，如施工质量、设计合理程度、运行安全保证投入程度、第三方施工地区频繁度、人为破坏因素（恐怖袭击等），对管网可能出现的问题进行公式化风险等级评估。
3 检验技术分析
3.1 埋设位置的测定
由于PE燃气管道的非金属特性，如果安装规范，则通过示踪线及标志测物定位是最简单、高效的。《聚乙烯燃气管道工程技术标准》（CJJ 63-2018）的6.3.4项中规定：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专用井。
然而，由于受到多种因素的影响，很多时候金属示踪线缺失或安装不合格，之后的检测就会因此徒生很多困难。综上所述，近年来使用频率较高的方法有探地雷达法、弱磁法、声波法、电磁法（有示踪线）。
探地雷达比弱磁法使用更加普及。但是在近年来的工程实际中，弱磁法可行度正逐步提高。虽然非金属管道的探测精度远不及金属管道，但通过多种仪器交叉搭配使用，也可以达到令人满意的要求。如图1所示，利用失踪法对管线定位。
3.2 泄漏检查
可燃气体有着独特的分子电化学性质，通过这些性质可以利用精密的电子仪器进行低成本探测。在泄漏检查中，应重点关注管道连接处，各个管件安装位置处进行检测。而对于整个区域来讲，易沉降地区、管道裸露区域、深根植物种植处、植物异常枯萎处、气味异常处则应为扩大检查的重点[5]。管道埋设周围的地下密闭空间（管沟、渠道、建构筑物）也应按照泄漏可燃气体浓度梯度进行顺藤摸瓜式排查，直至找到最终泄漏点。
3.3 焊接工艺及检测方法
3.3.1 非金属管道的焊接
PE燃气管有两大焊接方式：电容焊接、热熔焊接。而在最新的国家规范中要求：采用全自动焊接设备，消除人为施工质量干扰，已经成为了强制要求。
3.3.2 焊接部位的缺陷
PE管焊接部位缺陷有熔合面夹杂、管材承插不到位、冷焊、孔洞、过焊、电阻丝错位。
熔合面夹杂缺陷有未清理焊接面、未刮削氧化皮、套筒熔面被污染。
管材承插不到位，主要为人为施工因素，焊接工人的操作水平成为质量关键。
冷焊产生的缺陷，因焊接热量问题导致，焊接时间短、管件连接间隙过大、施工电压不足都会引起冷焊缺陷。
孔洞：由于管道制造本身产生孔洞、焊接过程中水渍油泥产生的蒸汽气孔、冷却缩孔产生。
过焊与冷焊相反，是由焊接能量过大造成，电焊电压过高，加热时间过长，管件间配合无空隙都是过焊的影响因素。
电阻丝错位，一般是由于材料流动性太大造成（塑料材质加热后成熔融流体）。
3.3.3 相控阵检测技术在PE燃气管焊接中的应用
耦合聚焦超声波的检测是PE燃气管道热熔焊接的最新检测手段。相控阵超声检测通过《聚乙烯管道电熔接头超声检验》（GB/T 29461-2012）实施，检测后按《含缺陷聚乙烯管道电熔接头安全评定》（GB/T 29460-2012）进行安全评定。
3.4 理化性能检测技术在PE燃气管焊接中的应用
PE燃气管道常年埋设于地下，需要对其系统性的全面检验来判断风险高低，地下的各种环境变化（物理化学影响）将对PE燃气管道产生不可预见的影响，而理化性能检验则是目前所掌握技术中，对PE燃气管道进行检验的重要手段。它主要包括了耐慢速裂纹增长试验、静液压强度试验、断裂裂纹伸长试验、氧化诱导作用试验。
对于厚壁的PE燃气管道（公称壁厚大于5mm），因按照规范要求进行耐慢速裂纹增长试验。对于PE80管材环应力为4.0MPa，PE100管材为4.6MPa，温度选取80℃作为试验温度。静液压强度试验同样按照规范要求进行，对于PE80管材环应力为4.5MPa，PE100管材为45.4MPa，温度选取80℃作为试验温度。在该条件下，可评价管道的力学性能。
氧化诱导作用试验由对应的国家标准要求进行试验，温度取200℃作为试验温度，PE燃气管道的抗老化能力可由此来评价。
3.5 风险等级评估在PE燃气管道中的应用
由于PE燃氣管道在各市政管网中的实际应用时间较短，我国目前尚未制定PE燃气管道风险评估标准。但是在空间上，我国的应用规模又非常广大，PE燃气埋地管道的失效案例已有了足够的积累，有关的研究机构根据大数据统计和计算机模拟分析，提出了上述管道失效的可能性和在失效之后的严重程度风险评估办法。通过使用决策树定性分析方法、影响因素权重分配模型，来对失效的概率分布进行打分[6]。
4 燃气企业在管道安装运营上的实践 事实上，很多在管理和技术走在行业前列的燃气企业，已经开始全部或部分利用上述方法进行PE燃气埋地管道的失效模式分析和全面检验了。而根据不同的工程情况、不同的地质结构、不同的区域生物属性、不同的第三方作业情况，制定个性化的管理方案，将会是各大燃气企业技术发展的重点。在管理过程中，管道的埋深不足、回填压实不规范、占压圈围情况等诸多问题需要燃气企业建立全面检测台账来进行隐患立消整改，这一点在技术上并不困难。然而，对管道进行焊接部位抽样点控相位阵列无损检测，取样做热稳定试验、拉伸拉伸剥离试验来控制管道质量性能，则需要配合专业的检验机构进行。
5 结语
对于管理中压燃气管道（设计压力>0.1MPa）的城镇燃气企业来说，不管是出于对安全平稳供气的需求，还是对法律法规的遵守，都应该对在役的PE燃气埋地管道进行全面检验。而在可以预见的将来，国家也会出台强制性规范来约束整个行业的经营行为。本文通过对目前常见的技术难点出发（漏点的排查手段有限、探测定位的技术困难、PE管道失效机理缺少理论支撑），向PE燃气埋地管道的管理提出了全面检验方法和要求。利用现有的检验检测仪器设备，通过方法原理梳理，对PE燃气管道全面检验再次进行深入的探讨。
由于笔者水平有限，本文中的方法在应用中是否高效和可行，还有待该领域专家的商榷验证。同时也希望，PE燃气管道的定期检验国家标准能尽早出台，从而执导整个燃气企业的全面检测工作，保障市政燃气PE管网的安全平稳运行。
参考文献
[1] 董本万，岳建新，李国政.城镇PE燃气管道定位方法研究[J].中国特种设备安全，2019，35（4）：55-59.
[2] 周丽丽，黄亚晖.关于燃气管道耐久性未确知测度评估模型的研究[J].科技资讯，2019（5）：95-96.
[3] 压力管道定期检验规则—公用管道：TSG D7004 - 2010[S].北京：中华人民共和国国家质量家督检验检疫总局，2010.
[4] 崔闯.超声波检测技术在压力管道检测中的应用研究[J].科技资讯，2020（4）：57-59.
[5] 燃气聚乙烯管道定期检验技术规则：DB31/T 1162-2019[S].上海：上海市市場监督管理总局，2019.
[6] 闵宇谦，刘伟，肖忠群.在用聚乙烯燃气管道全面检验探讨[J].特种设备安全技术，2019（3）：18-20.