PE 天然气管道全面检验技术及风险评估实践

李俊贤

（上海派普诺管道检测科技发展有限公司，上海）

引言

近几年，我国天然气管道敷设工程建设步伐有所加快，越来越多的人开始关注天然气运输载体的使用安全问题。受到地域和地下空间限制，天然气管道使用的安全隐患较多，如果未能进行有效的全面检验和管道风险评估，容易出现晚期腐蚀、泄露等危险性事故，严重威胁人们的生命安全。故此，有关检验单位应当结合实际情况，科学使用管道全面检验技术，加强管道风险评估，以强化天然气管道的安全管理。

1 工程概况

某中压PE 天然气管道全面检验项目位于上海市金山区，主要对中压聚乙烯（PE）天然气管道加以全面检验。中压PE 天然气管道总长度约72.247 km，涵盖DN315、DN250、DN200、DN160、DN110 多 种 管 道 规格，设计压力和操作压力分别为0.4 MPa、0.1～0.36 MPa。全面检验过程中，检验项目包括资料审查、宏观检测、穿、跨越检查、开挖直接检验，风险评估、组合载荷稳定性校核等，要求技术人员严格按照《压力管道定期检验规则- 公用管道》TSGD7004-2010 定检规定标准进行检测，为后续问题的处理提供参考意见，提高中压聚乙烯（PE）天然气管道使用的安全性与可靠性。

2 全面检验要求

2.1 资料审查

资料审查环节包括安全管理资料审查、技术档案资料审查、运行状况资料审查、历次检验问题记载检查、资料审查问题记载检查等内容，要求相关信息记载及资料真实、全面、可靠、完整，资料审查结果表明，存在设计图纸不全、部分资料缺失等问题。

2.2 宏观检查

本工程PE 燃气管道宏观检查项目包含泄漏检查、位置与走向检查、地面标志检查、管道示踪系统完整性检查、管道沿线地表环境调查、穿/跨越管段检查、凝水缸检查、阀门井检查、法兰检查、补偿器检查、安全保护装置检查等，其中，管道沿线地表环境调查内容涵盖管道与建筑物净距/占压状况、管道与热力管道的净距、管道附近的深根植物的根部是否对管道造成破坏情况、管道附近第三方施工活动情况、地面沉降、冻土、滑坡、断层现象以及管道裸露情况等[1]。最后，宏观检查结果表明，大体上检查基本正常，主要存在管道沿线缺少地面标识、缺少示踪系统等问题。

2.3 开挖直接检验

本项目开挖直接检验环节，选择22 处进行开挖检验，具体检验内容包括管道管材的敷设质量检验、管体状况检验、管道性能试验三个部分，必要时取样进行静液压强度、耐慢速裂纹增长等理化性能试验，主要将CJJ63-2018《聚乙烯燃气管道工程技术标准》、DB31/T 1162-2019《燃气聚乙烯管道定期检验技术规则》、DB31/T1058-2017《燃气用聚乙烯（PE）管道焊接接头相控阵超声检测》作为检验评定标准。检验结果表明，此工程管道敷设质量良好，无生物侵害情况，管体无鼓胀、气泡等质量缺陷，管道性能良好，顺利通过热稳定性试验，所取管道材料氧化诱导时间均超过20 min，并无老化问题。

2.4 风险评估

参照上海市地方标准DB31/T 1162-2019《燃气聚乙烯管道定期检验技术规则》进行PE 天然气管道的风险评估，主要对各区段管道失效可能性和失效后果分别评分。其中，失效可能性评分包括综合资料审查、宏观检查、管道示踪系统完整性检验、直接检验、管道本质安全、运行参数得分和安全管理等7 个方面；失效后果评分考量介质燃烧性、介质反应性、管道压力、最大泄漏量、介质扩散性、风速、人口密度、沿线环境（财产密度）、泄漏原因、抢修时间、供应中断影响范围、用户对管道所输送介质的依赖性等12 个方面。最后风险评估结果显示，所检管道被评估为低风险管道，管道周围人口密集、部分管段无地面标识、阀井泄漏、原始资料欠缺等为主要风险点[2]。

3 技术措施

3.1 管道探测定位

弱磁法、电磁法为常见PE 管道定位技术，可用于管线埋深及走向定位；探地雷达法、电磁法、弱磁法和声波法等为常用PE 燃气管道探测技术，其中，针对已敷设示踪线的PE 燃气管道主要采用电磁法，如果未敷设示踪线，则采用探地雷达法、声波法、弱磁法等。本工程并未敷设示踪线，故此，主要采用探地雷达法和弱磁法。如图1 所示，用弱磁法配合探地雷达法使用，能够充分发挥出各个仪器的优点，提高PE 燃气管道探测定位的可靠性。最终利用多功能管道检测探测定位仪进行探测定位，结果表明，秀州街（豫园雅郡-秀江路）部分管段、万安街（罗星路- 万安金邸）部分管段存在管段埋深不足问题，建议整改。

图1 弱磁法探测示意图

3.2 被埋阀井检测

本项目的重难点在于找出被埋阀井位置、确定管线泄漏点位置。天然气燃气质量较轻，当从泄露处喷出后，将呈现自然向上升起、窜出地面的现象，受到回填物密实度不均等因素影响，燃气窜出地面后并不会垂直上升，容易在土质疏松地方停留、乱窜，所以管线泄漏点的寻找成为本项目检测中的难点之一。

对此，本项目采用了IDS 探地雷达检测技术，还采用竣工图纸和探管仪配合方法，以排除污水井、电信电缆井等干扰物，先利用竣工图纸确定管线的大致范围，再采用探管仪确定具体管线位置，最后再结合阀门定位坐标加以追踪，利用探地雷达系统查找到被埋阀门井。最终共检查441 处阀井，检查情况基本符合要求，仅4 个阀门井被埋。

3.3 泄漏检查

泄露检查时，主要采用钻孔泄漏检查技术，先钻孔再用可燃气体检测仪进行泄露检测。首先，当发现异常点后，在上方地面位置进行打孔，用于引导泄露燃气垂直上升，提高漏点检查的准确度。打孔之前，确保管道位置定位精准，正式打设探孔时，其孔位数量≥3 个，保证孔深接近或超过管道埋深。当探孔搭设完毕，用可燃气体检测仪逐一测量各个探孔的气体浓度，通过比较各部位的浓度大小，判断漏电的位置[3]。最后泄露检查结果显示，开挖点并无泄露问题，管体表明质量良好，无泄漏问题。但是，1 个阀门井处存在泄露，泄露浓度约2 350 ppm，急需进行整改维修处理。

3.4 PE 天燃气管道焊接接头检测

PE 天燃气管道焊接接头检测环节，主要结合DB31/T1058-2017《燃气用聚乙烯（PE）管道焊接接头相控阵超声检测》标准，采用相控阵超声检测技术，针对开挖处的焊接接头进行检测，如图2 所示，超声相控阵系统主要由相控阵探头、数据处理与呈现显示设备等组成，超声相控阵换能器由多个相互独立的压电晶片组成阵列，并按照一定规则和时序用电子系统控制激发各个晶片单元，使得各个阵列中的晶片单元发射的超声波叠加形成新波阵面，反射波接收的同时，能够经过数据处理合成信号，成像显示合成结果。

图2 超声相控阵系统组成示意图

此次PE 天燃气管道焊接接头检测结果表明，热熔接头、电熔接头宏观检查结果基本符合要求，熔接接头相控阵超声检测方面存在部分质量缺陷问题，JS-08-D-01、JS-09-D-01 存 在 过 焊 缺 陷，其 中，JS-08-D-01 质量评定为II 级（已整改），JS-09-D-01质量评定为III 级（已整改），且JS-10-R-01 存在焊口歪斜质量问题（已整改），这主要与焊接夹装管材时未校正有关，而其他接头处未见明显缺陷，质量评定为I级。

4 管道基于风险性评价

4.1 评价方法的选择

管道风险性评价部分，主要参照地方标准DB31/T 1162-2019《燃气聚乙烯管道定期检验技术规则》，采用半定量风险评估方法，针对各个区段管道失效可能性、失效后果分别加以评分，具体而言，埋地钢质管道风险评估流程如下：管道区段划分→确定各区段失效可能性得分→确定各区段失效后果得分→确定各区段风险值→确定各区段风险等级→提出改进建议[4]。

4.2 管道单元的划分

根据风险预估及全面检测结果等，将管道进行单元划分，共计划分为两大单元区域，单元一为除阀门井外的埋地管道，单元二为阀门井内的管道。其中，如表1 所示，按照管道区段划分要求，将被检埋地管道划分为I～V 五个区段。

表1 区段划分情况

4.3 管道单元一失效可能性分析

（1）失效可能性评分

如表2 所示，I～V 五个区段管道失效可能性评分分别为19.5、19.5、19.5、19.5、25.5。

表2 燃气聚乙烯管道失效可能性评分

（2）失效后果评分

如表3 所示，I～V 五个区段管道失效后果评分分别为121、121、121、121、121。

表3 燃气聚乙烯管道失效后果评分

（3）埋地管道的风险评价

埋地管道风险评估时，按照GB/T27512-2014《埋地钢质管道风险评估方法》划分风险等级，其中，低风险绝对等级为[0，3 600]，中等风险绝对等级为[3 600，7 800]，较高险绝对等级为[7800，12600]，高风险绝对等级为[12 600，15 000]。经计算，如表4 所示，各区段管道的运行风险值分别为2 359.5、2 359.5、2 359.5、2 359.5、3 085.5，结论为可接受风险。

表4 风险值计算和风险等级划分

4.4 管道单元二失效危险性分析

单元二为阀门井内管道失效危险性分析时，主要按照全面检验、风险预评估等方式进行分析，最终计算阀门井管道失效概率为0.085%，结合失效后果分析与失效可能性分析，按照标准计算出风险值为9.6×10-5，失效概率为0.85×10-3，最后结论为可容忍风险区。

5 结论

本文基于PE 天然气管道全面检验技术及风险评估问题，结合全面检验要求，分别开展资料审查、宏观检查、开挖直接检验、风险评估检查等，最终经过弱磁法、IDS 探地雷达检测技术、钻孔泄漏检查技术、相控阵超声检测技术的有效应用，切实提高了PE 天然气管道检测的精准度，准确找到泄漏点和缺陷部位，由此证明了全面检测技术应用的可行性，最后采用半定量风险评估方法进行埋地管道和阀门井内管道风险评价，其结果显示，各区段管道均为可接受风险，项目得到了良好反馈，获得上级领导的一致认可。