在役埋地PE管道探测技术探析

黄辉 许伟(中国特种设备检测研究院、国家质量监督检验检疫总局油气管道工程技术研究中心， 北京 100029)

在役埋地PE管道探测技术探析

黄辉 许伟(中国特种设备检测研究院、国家质量监督检验检疫总局油气管道工程技术研究中心， 北京 100029)

PE(聚乙烯，polyethylene的简称)管道具有质轻价廉、耐腐蚀、施工便捷和韧性好等优点，且随着PE管道生产技术的进步，强度不断提高，在埋地管网建设中应用越发广泛，尤其是城镇燃气管道行业。但其强度低、不耐光，易老化，随着使用年限延长，PE管道事故也日益增多，绝大多数事故源于第三方破坏所致，究其根源，因为地下的PE管道确切位置不明确，第三方在不知情时将其挖伤、挖断，导致泄漏、甚至爆炸事故发生。如何避免此类事故，精准探测管道的准确位置首当其冲。

在役埋地；PE管道；探测技术

1 PE管道位置探测技术

PE管道由于其惰性材质，不导电、不导磁，埋地敷设后，精准探测其位置比较困难。当前，为便于日后管理，安装时一般通过地面设置路面标志和敷设示踪线进行定位，前者经常遭到破坏甚至丢失，后者安装时可能已折断或后期遭破坏而无法实现电连通。因而，PE管道经常被施工机械挖断、挖漏，从而导致事故发生。为避免事故发生，就需要采用针对在役埋地PE管道的先进探测技术。

目前，在用的PE管道的探测技术有示踪线探测、地质雷达探测、声学定位探测及弱磁感应法探测。而这些探测方法在工程应用中都各有自己的优点和不足，下文将对各种技术主要从实现原理、技术(性能)特点、现场应用情况等方面对各自优缺点进行简要分析，重点介绍新型的弱磁感应法技术，以期对今后PE管道的探测工程应用提供帮助。

1.1 示踪线探测

示踪线是敷设PE管道正上方紧贴管道埋设的一条金属线，并在阀门等位置留有露点。其工作原理是建立在电磁场理论基础上，首先，在示踪线上施加一定强度的电流，示踪线上就会产生电磁场，探测人员持特定的设备来接收这一电磁场信号，从而确定管道的位置及埋深。

施加电流的方法有两种，分别为直连法与感应法。直连法是将信号电流直接加载在示踪线上产生一个电磁场信号，在地面上通过配套的接收机来探测电磁场的中心位置，从而确定示踪线的位置和埋深。该方法的优点是信噪比高，不易受相邻管道干扰，探测结果比较准确；缺点是探测的前提需示踪线上有裸露点用于施加电流信号。感应法则是由发射机产生一个交流电磁场，通过感应在示踪线上产生电流，感应电流再以示踪线为中心形成另一个电磁场，通过探测二次感应电磁场的中心位置，从而确定示踪线的空间位置。该方法操作便捷，无需寻找专门的裸露点，缺点是感应信号一般较弱，干扰多，并易受附近的金属管道和电缆干扰[1]。

此方法应用较为广泛的直连法，检测仪器主要为PCM，但由于示踪线在埋设过程中或者后期破坏等原因导致折断，因此往往在检测过程中发现示踪线无效，导致后续检测无法进行。因此，此方法局限性较大，一般用于新投用不久的管道(或确认示踪线有效的)探测。

1.2 地质雷达探测

地质雷达探测是以地下各种介质的电阻率和介电常数差异为物理条件，通过向地下发射高频电磁波探测地下介质分布的无损探测方法。雷达通过发射天线向地下发射高频电磁波，当电磁波遇到不同的电性界面时，就会发生反射、透射和折射。电介质间的电性差异越大，反射回波能量也越大。地面上的接收天线接收到反射回的电磁波后，通过雷达主机系统软件依据反射回波到达的时间、相位、振幅、波长等特征，再通过信号叠加放大、滤波降噪、图像合成等数据加工处理手段，形成地下剖面的扫描图像。通过对雷达图像的判读，便可得到地下目标物的分布位置和状态。[2]下图即为一实测埋地管道剖面图像。

地质雷达探测技术的优点是精度较高、抗干扰、无损害、能区分并行较近管道，但其缺点也较为明显，一是对直径较小的管道和位于盐碱地、页岩层或黏土下的管道探测均存在一些局限性，且图像具有多解性，对操作人员专业水平及经验要求较高。而且，因为PE管道与土壤的电性参数特征差异较小(与金属管道比较)，雷达反射回波能量也较弱，加之如果目标管道周围土壤中埋藏钢筋混凝土块、砖块、钢筋等，在雷达剖面对目标物的干扰很大，影响判读。二是，检测过程受管道敷设环境影响较大，地表不平坦时，仪器轮无法正常移动等都会影响检测，如草坪等。

虽然地质雷达探测对于单条大口径PE管检测有效，但往往会因地下管道相邻过近或管道差异不明显时而无法确认哪一根是目标管道，这就需要通过开挖来进一步验证，因此雷达探测在目前的PE管道探测中应用较少。

1.3 声学定位探测

声学定位探测技术是利用声波在介质中的传播特性探测和定位目标的一种新型技术。检测时，由发射机发射一组“声脉冲”到地面，从任何不连续或带有不匹配声波阻抗中反射回声波，其管道光滑内表面和气体的接触面反射系数为100%，土壤与岩石与管道外表面的接触面的反射系数均较低，通过接收器接收到表面波和管道反射波来确认管道的位置[3]。检测时，设备发射一束持续约2秒的脉冲，此过程为一个点探测，然后继续向左或向右移动15-30厘米，做为第二个探测点，按此方法，在一个截面至少要完成5个检测点的探测，最终形成管道位置。

目前，部分燃气公司已将此设备应用到PE管道的探测工作中，其优点是无需与管道直连，受电厂或架空电力系统干扰较小，缺点是多条管道并行时，无法准确确认目标管道，且仪器受制于管道埋深的影响，导致能探测的管道规格十分有限。同时，检测过程显得过于繁琐，且对管道属性的判断要求较高，人员需经专门培训，因此，总体而言应用较少。

1.4 弱磁感应探测

弱磁感应探测原理基于一切物质都具有磁性，一切空间都存在磁场，通过将PE管道内的介质(主要探测输送天然气、水、油)的弱磁场放大，在地面上方通过专门仪器拾取该信号，从而探测其位置与埋深。因此，此探测方法不关心管道材质，只关心管道内输送介质。

以天然气为例，所含氢原子核中的质子是一种带有正电荷不停的自旋的粒子，在外磁场作用下它们将按一定的方向有规则的排列，从而表现出一定的磁性。但其磁性非常微弱，只能在一些磁化率很低的逆磁性物质，如某些碳氢氧化合物(水、天然气、原油等)中才能反映出来，根据这一现象，研制出能将弱磁场放大的探测仪，从而实现对天然气等管道的检测。目前，已开展工程应用的探测仪，按介质类型不同而型号各异。检测时，检测人员双手持金属杆在运动状态下通过人体静电、大地磁场、弱磁场的相互作用下可以探测出被探测物的位置与埋深。

检测设备轻便，一人即可独立完成。检测人员需要手持金属天线以张开的状态垂直管线的位置匀速走步，当靠近管线时，天线开始相互吸引，直到到达管线正上方时，天线成平行状态，当远离管道时，天线又开始由平行变为张开，检测示意图如图2所示。同时，仪器还可以测出管道的埋深及管道的管径大小。

弱磁感应探测仪的优点是检测效率高，属于无源检测，操作流程简单，探测深度大。缺点则是抗干扰能力差，易受目标物附近交流供电设施、矿山、水塘等干扰因素的影响，这种情况下，定位精度不高，需通过重复测量来减小误差，且检测的准确性与检测人员经验丰富与否直接相关。

2 分析与展望

从上文分析可以看出，目前，非金属埋地管道探测方法非常有限，现有仪器探测效果也不甚理想。目前的探测方法都是根据目的物与其周围介质之间的物性差异探测，例如它的电性、磁性、热的传导性，波速传递、甚至介电常数等的差异性进行探测的，即便是现在比较先进的探地雷达、超声波都难以解决非金属材料管道探测的难题。

综合来看，不同的检测方法有不同的优点，在实际PE管道的探测过程中，需要综合考虑管道敷设的实际情况，合理选择探测方法，并对探测结果进行开挖验证，以保证管道的位置清晰明了，减少不必要的第三方破坏导致的事故发生。比较而言，目前，弱磁感应方法因其具有不受管道材质影响，不受地形影响，无源追踪探测，所测管道不需要有示踪线也无需连接管道或做其它前期处理工作，效率是传统探测手段的几倍以上，可广泛用于特检、燃气、军事、工业产业、市政工程等，作为最新开发的技术，应用前景更为广阔。

3 结语

在未来发展方向上，应向研制集成地质雷达、GPS、测距轮和图像等数据采集为一体的管线探地雷达系统，通过对天线优化，提高带宽，从而提高管线探测分辨能力发展。而对弱磁感应方面，因其作为最新的技术，在仪器操作的友好性方面以及抗干扰能力方面还有很大的提升空间，尤其是如何克服干扰导致定位精度不够是亟需解决的问题。

[1]曹震峰.燃气PE管道示踪线方法及其探测技术[J].勘察科学技术，2010,4：62.

[2]杜良法，李先军.复杂条件下城市地下管线探测技术的应用[J].地质与勘探，2007,(3)：116-117.

[3]曾岳梅，贾向炜，李英杰.埋地PE管道声学定位探测技术应用研究[J].煤气与热力,2015,(7)，31.

资助课题:质检公益性行业科研专项项目 课题编号：201310159

黄辉(1978- )，男，高工，主要从事压力管道检验检测，安全评价等技术方面工作。