聚乙烯（PE）管由于具有耐腐蝕、高韌性、安裝方便等優(yōu)點(diǎn),目前在城鎮(zhèn)燃?xì)馀c輸水領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì),在我國(guó)新鋪設(shè)的中低壓城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦毓芫€(xiàn)中,90%以上管線(xiàn)采用聚乙烯管材。除第三方施工破壞外,植物根系也是影響聚乙烯管道運(yùn)行安全的因素之一。一方面,深根植物根系纏繞會(huì)對(duì)管道形成擠壓；另一方面,當(dāng)臺(tái)風(fēng)天氣大樹(shù)被吹倒時(shí),管道會(huì)隨樹(shù)根一起被拔起,從而使管道連接薄弱處發(fā)生斷裂,造成管道泄漏安全事故[2]。

在城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦鼐垡蚁┕艿蓝ㄆ跈z驗(yàn)時(shí),對(duì)深根植物占?jí)夯蜷g距不足管道開(kāi)挖檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)植物根系纏繞導(dǎo)致PE80管道表面出現(xiàn)大面積的細(xì)小黑絲痕跡,但從外觀難以判斷根系分泌物是否會(huì)對(duì)管道本體造成腐蝕影響。為此,基于安全的考慮,管道使用單位只能對(duì)該部分管道進(jìn)行更換。

為了更好地指導(dǎo)后續(xù)定期檢驗(yàn)工作,有必要對(duì)該處管道進(jìn)行材料性能檢測(cè)。作者首先對(duì)更換下來(lái)的管道取樣進(jìn)行壁厚測(cè)量,以驗(yàn)證管道壁厚變化情況；然后對(duì)痕跡部位管段進(jìn)行滲透檢測(cè),以驗(yàn)證管材的致密性；最后對(duì)取樣管道內(nèi)外表面不同部位進(jìn)行紅外光譜測(cè)試,以驗(yàn)證管材成分變化,判斷其是否發(fā)生老化或腐蝕問(wèn)題。

1. 某聚乙烯燃?xì)夤艿蓝ㄆ跈z驗(yàn)概述

2022年6月至8月期間,在對(duì)廈門(mén)市海滄區(qū)公用燃?xì)夤艿肋M(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)街樹(shù)與PE管道的間距普遍不滿(mǎn)足GB 50028-2020《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的“管道至樹(shù)中心的水平距離應(yīng)大于0.75 m”的要求。經(jīng)調(diào)查,管道鋪設(shè)先于城市綠化種植。按TSG D7004-2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——公用管道》檢驗(yàn)項(xiàng)目要求對(duì)PE管道開(kāi)展了開(kāi)挖驗(yàn)證檢驗(yàn)。

1.1 設(shè)備概況

被檢裝置為廈門(mén)海滄區(qū)壓力管道,單元名稱(chēng)為海滄大道燃?xì)夤こ毯屠饲贋橙細(xì)夤こ?。海滄大道燃?xì)夤こ坦艿赖陌惭b日期為2004年12月20日,浪琴灣燃?xì)夤こ坦艿赖陌惭b日期為2004年8月31日,管道設(shè)計(jì)壓力為0.4 MPa,運(yùn)行壓力為0.18 MPa,規(guī)格分別為D250和D6,管材為聚乙烯。定期檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的管道開(kāi)挖點(diǎn)位置如圖1所示。

圖 1管道開(kāi)挖點(diǎn)位置

Figure 1.Location of pipe excavation point

1.2 檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

植物根系會(huì)對(duì)早期采用石油瀝青防腐蝕層的鋼質(zhì)管道產(chǎn)生破壞,主要表現(xiàn)為擠壓破壞和穿刺破壞。而目前尚未發(fā)現(xiàn)植物根系對(duì)3PE防腐蝕層管道破壞的案例[3-4]。植物根系分泌物具有腐蝕性,加速了管道的腐蝕,尤其以植物根系穿入鋼質(zhì)管道防腐蝕層破壞影響最嚴(yán)重[5],聚乙烯材料本身具有較強(qiáng)的耐酸堿性,難溶于溶劑,根系分泌物很難對(duì)聚乙烯材料產(chǎn)生溶脹作用,同時(shí)聚乙烯材料在土壤環(huán)境中也有很好的抗生物降解性能[6]。然而,本次開(kāi)挖檢驗(yàn)處的聚乙烯管道外觀出現(xiàn)細(xì)小的黑絲痕跡,如圖2所示。在開(kāi)挖管道上5個(gè)位置,都發(fā)現(xiàn)大面積的細(xì)小黑絲痕跡,這些黑絲像細(xì)小的龜裂紋,容易被誤認(rèn)為管道老化現(xiàn)象。但是管道表面并無(wú)其他老化降解跡象。黑色痕跡為植物根系分泌物滲透到管道表面對(duì)其產(chǎn)生的影響,需要通過(guò)理化試驗(yàn)等技術(shù)手段進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證。

圖 2開(kāi)挖處管道外觀

Figure 2.Appearance of pipe at excavation

2. 聚乙烯管性能檢測(cè)試驗(yàn)

在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的管道開(kāi)挖處,首先進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)泄漏檢測(cè)：通過(guò)激光甲烷檢測(cè)儀并結(jié)合肥皂泡進(jìn)行泄漏檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明,管道未發(fā)生泄漏事故。為了解黑絲痕跡對(duì)管道產(chǎn)生的影響,對(duì)表面出現(xiàn)黑絲的管道進(jìn)行以下試驗(yàn)。

2.1 壁厚測(cè)量

通過(guò)管道壁厚測(cè)量不僅可證實(shí)管材厚度是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,也可了解受根系分泌物作用處管道的壁厚情況。壁厚測(cè)量采用聚乙烯管道專(zhuān)用的超聲波測(cè)厚儀,同時(shí)利用游標(biāo)卡尺進(jìn)行復(fù)核,具體如圖3所示。

圖 3根系分泌物影響區(qū)域壁厚測(cè)量

Figure 3.Measurement of wall thickness in areas affected by root exudates

超聲波測(cè)厚儀型號(hào)為tritex multigauge 5300,聲速設(shè)定為2 300 m/s,探頭選擇1 MHz低頻單晶探頭。測(cè)量前首先選擇同材質(zhì)的聚乙烯試塊進(jìn)行標(biāo)定,測(cè)量時(shí)探頭面與管道面保持良好的接觸耦合。游標(biāo)卡尺測(cè)量管道兩端,且測(cè)量過(guò)程中其尖端部位與管道軸線(xiàn)保持平行貼合。

2.2 滲透檢測(cè)試驗(yàn)

依據(jù)NB/T 4701.5-2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)　第5部分：滲透檢測(cè)》,對(duì)受根系分泌物影響的聚乙烯管道進(jìn)行表面滲透檢測(cè),如圖4所示。檢測(cè)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行靈敏度試塊檢測(cè),以靈敏度試塊缺陷作為缺陷檢出的靈敏度要求。

圖 4根系分泌物影響區(qū)域滲透檢測(cè)

Figure 4.Penetration testing of areas affected by root exudates

2.3 紅外光譜測(cè)試

首先,將管道試樣按底部圓環(huán)進(jìn)行8等分,8個(gè)環(huán)向等分位置分別標(biāo)記為1號(hào)至8號(hào),見(jiàn)圖5（a）；然后將試樣沿軸向進(jìn)行3等分,3個(gè)軸向等分位置分別標(biāo)記為a、b、c,見(jiàn)圖5（b）；共取樣24份,如圖5（c）所示。從聚乙烯管道內(nèi)部（標(biāo)記為9號(hào)）沿軸向3等分取樣,3份平行樣分別記為9a、9b、9c。分別對(duì)上述標(biāo)記的取樣位置進(jìn)行傅里葉紅外光譜測(cè)試,共獲得了27份樣品的譜圖。

圖 5紅外光譜測(cè)試取樣示意

Figure 5.Sampling diagram for infrared spectroscopy testing: (a) circumferential equal division; (b) axial equal division; (c) real samples

3. 結(jié)果與討論

3.1 壁厚測(cè)量結(jié)果

對(duì)根系分泌物影響區(qū)域壁厚進(jìn)行測(cè)量,分別得到超聲波測(cè)厚結(jié)果和游標(biāo)卡尺測(cè)量結(jié)果,如表1所示。

由表1可知,超聲波測(cè)厚儀測(cè)量的最大壁厚為6.60 mm,最小壁厚為6.35 mm。管道正常壁厚為5.80 mm,與最大壁厚和最小壁厚的偏差分別為0.80 mm和0.55 mm。游標(biāo)卡尺測(cè)量的最大壁厚為6.40,最小壁厚為6.08,與正常壁厚的偏差分別為0.60 mm和0.28 mm?？紤]到材料制造的偏差、超聲波測(cè)厚標(biāo)定誤差以及游標(biāo)卡尺測(cè)量誤差,上述偏差仍在允許的范圍。而從兩種測(cè)厚方法的結(jié)果來(lái)看,超聲波測(cè)厚結(jié)果與游標(biāo)卡尺測(cè)量結(jié)果偏差不大,最大偏差為0.28 mm,因此現(xiàn)場(chǎng)采用超聲波測(cè)厚的方式完全能夠滿(mǎn)足壁厚測(cè)量的需要。

3.2 滲透檢測(cè)結(jié)果

對(duì)根系分泌物影響區(qū)域進(jìn)行滲透檢測(cè),同時(shí)驗(yàn)證了監(jiān)測(cè)靈敏度,結(jié)果如圖6所示。

圖 6滲透檢測(cè)結(jié)果

Figure 6.Penetrant testing result

由圖6可知,三點(diǎn)式B型試塊第三點(diǎn)輻射狀裂紋區(qū)域清晰可見(jiàn),說(shuō)明滲透檢測(cè)劑系統(tǒng)靈敏度符合要求；管道表面劃痕的滲透顯示為偽顯示,根系分泌物影響（管道表面細(xì)小黑絲痕跡）區(qū)域無(wú)滲透。因此,可以排除黑絲痕跡是縫隙或孔隙缺陷的可能,管道表面完整。

3.3 紅外光譜測(cè)試結(jié)果

對(duì)取樣管道不同部位進(jìn)行紅外光譜測(cè)試,結(jié)果表明27份樣品的譜圖基本一致。以6號(hào)和9號(hào)位置試樣的測(cè)試結(jié)果為例進(jìn)行說(shuō)明,如圖7和圖8所示。由圖7和圖8可知,不同波數(shù)下,6號(hào)和9號(hào)位置試樣的吸光度是一致的,最大不超過(guò)1。不同位置試樣的紅外光譜曲線(xiàn)基本一致,說(shuō)明材料不同部位性質(zhì)無(wú)明顯差異。

圖 76號(hào)位置試樣的紅外光譜

Figure 7.Infrared spectrum of samples at position 6

圖 89號(hào)位置試樣的紅外光譜

Figure 8.Infrared spectrum of sample at position 9

將測(cè)試得到的紅外光譜與聚乙烯標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明測(cè)試圖譜與聚乙烯標(biāo)準(zhǔn)圖譜一致,說(shuō)明測(cè)試樣品為聚乙烯。聚乙烯管道表面與內(nèi)部的紅外光譜譜圖是一致的,管材性能未發(fā)生改變。

檢驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)管道與街樹(shù)間距不足,植物根系纏繞管道,植物根系分泌物滲入管道淺層表面,形成類(lèi)似細(xì)小密集裂紋痕跡。但通過(guò)上述檢測(cè)和測(cè)試分析,證實(shí)管材未發(fā)生老化降解現(xiàn)象,植物根系分泌物對(duì)管道安全未產(chǎn)生直接影響。

4. 結(jié)論

（1）早期PE80管道表面因植物根系纏繞而出現(xiàn)大面積的細(xì)小黑絲痕跡,但從外觀難以判斷根系分泌物是否對(duì)管道本體造成腐蝕影響。

（2）泄漏檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)管道存在泄漏問(wèn)題,壁厚測(cè)量、滲透檢測(cè)和紅外光譜測(cè)試,也證實(shí)管材未發(fā)生老化降解現(xiàn)象,管材性能未發(fā)生改變。

（3）植物根系分泌物雖然影響了管道本體的顏色,但管道壁厚、致密性以及成分等都沒(méi)有變化,植物根系分泌物對(duì)管道安全未產(chǎn)生直接影響,但后續(xù)定檢中還需要更多的關(guān)注根系纏繞導(dǎo)致的管道拉伸變形問(wèn)題。

（4）建議后續(xù)加強(qiáng)對(duì)綠化施工的監(jiān)管,在源頭上杜絕種植深根系植物,從而消除因綠化施工造成的管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

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