【莱温坦伯】论文精选｜供热管道定期检验方法

1 概述

截至2023年末，全国城市集中供热管道长度达到52.37×104km。《特种设备目录》规定：“压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力（表压）大于或者等于0.1 MPa，介质为气体、液化气体、蒸汽或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体，且公称直径大于或者等于50 mm的管道。公称直径小于150 mm，且其最高工作压力（表压）小于1.6 MPa的输送无毒、不可燃、无腐蚀性气体的管道和设备本体所属管道除外。

TSG D7005—2018《压力管道定期检验规则—工业管道》第1.6.1条规定：“管道一般在投入使用后3年内进行首次定期检验”。参照此条，属于压力管道范畴的供热管道（公称直径大于或者等于50 mm且介质温度在标准沸点以上的供热管道属于压力管道），应按照要求开展定期检验，在定期检验合格后，方可继续使用。但目前大多数供热管道未按照压力管道要求进行管理，缺少定期检验。长时间高温运行后，保温层出现老化、炭化等问题，工作管面临腐蚀、开裂、爆管等风险[1-7]。因此，有必要针对供热管道技术特点，建立定期检验方法，优化检验流程，及时降低供热管道运行风险，排除安全隐患，提升供热管道管理水平。本文对供热管道定期检验方法进行研究。

2 定期检验方法

2.1 资料审查

① 资料审查内容

管道设计资料：设计单位资质、设计资料（含图纸、强度计算书）、管材、管径、壁厚、连接方式、保温材料种类等。

管道安装资料：安装单位资质、竣工验收资料等。

管道运行资料：管道运行参数、各类保护措施的使用记录、维修改造记录、事故或失效资料、水质分析报告等。

其他资料：铁路、公路、河流穿越工程有关情况，管道经过地区的地貌、环境调查与统计资料，检验人员认为检验所需要的其他资料。

② 常见问题

资料缺失是资料审查中最突出的问题，大多数运行10 a以上的供热管道存在资料缺失。管道实际情况与设计、竣工图纸不符也很普遍，特别在补偿器、阀门、阀门井等方面，与资料偏离严重。

大型供热企业对管道焊口无损检测资料管理比较规范，能全面覆盖管道焊口的射线检测、超声波检测。小型供热企业的无损检测资料多存在缺失、覆盖不全问题。

管道安全附件，如压力表、安全阀、温度计，常存在未按要求进行定期检验的现象。

③ 处理措施

按照各省市特种设备监管单位的相关要求，资料严重缺失的，应对供热管道的各类参数进行设计验证、材料验证、强度校核，但上述做法在实际检验中可操作性较差，且供热企业不愿配合开展相关工作。可先由供热企业对相关资料进行溯源补充，再结合补充结果采取下一步措施。

供热管道首次检验时，检验机构应采取全覆盖模式检验。非首次检验可根据上一周期检验情况制定本周期的检验方案。

2.2 宏观检查

① 检查内容

管道沿线占压、近线、地面塌陷、管道地面标志等。保温管、阀门、补偿器外观，特别是外护管完整性以及管道泄漏情况。安全附件外观情况。管子及管道附件位置与图纸是否一致。管子及管道附件维修后状态。土壤环境与敷设工艺、管道穿跨越情况。管道支座、固定件等是否完好。

② 常见问题

供热管道季节性运行，在供暖期开始和结束时，管道存在显著热胀冷缩过程，管道长度发生变化。由于钢质管道的变形较大，若补偿装置设计、施工不合理，管子可能出现开裂，与管子连接的阀门、补偿器易出现变形、断裂。

运行温度高于120 ℃的供热管道的聚氨酯保温层易出现炭化、坍缩，外护管出现变形，导致直埋热水管道的三位一体结构失效，出现工作管自由滑移、管子及焊口出现变形和开裂等问题[1]。

土壤环境和敷设工艺是检验中易忽视的环节。对近10 a供热管道的检验结果进行统计，发现直埋保温管在部分情况下不适合应用在土壤含水率大于25%、靠近河流以及地下水位较高的土壤环境中。土壤中的水很容易通过直埋保温管的补口进入保温层，导致保温层被高温煮沸失效、工作管严重腐蚀[1，7]。保温层被高温煮沸失效情况见图1。穿越工程中顶管、拖拽导致的外护管撕裂、补口损伤，同样易造成外界水进入保温层，从而引起保温层失效、工作管腐蚀。

图1 保温层被高温煮沸失效情况

③ 处理措施

供热管道宏观检查应重点关注管子、阀门、补偿器是否存在变形、开裂、移位等情况，除现场拍照记录外，还应详细记录环境特点。检查管子及管道附件位置是否与图纸一致，特别是经过维修的管道，可能存在补偿器拆除以及阀门型号、位置、安装方式改变等情况。

核实运行温度，对运行温度大于120 ℃的供热管道，重点检查管沟、阀门井内保温层的炭化趋势，长期运行在140 ℃以上的供热管道保温层可能已全面炭化[1]。保温层炭化情况见图2。根据以往经验，保温层炭化后5 a内，工作管极易出现泄漏、断裂、爆管等问题。

图2 保温层炭化情况

对于敷设在高含水率土壤环境、靠近河流、高地下水位环境的供热管道，应重点查阅运维记录，对抢修频次较高的管段需要加强检验，在检验结论中可强调敷设工艺的改进。现场检验中，重点关注地下水位。可通过观察阀门井井内情况对地下水位进行大致判断，若多处阀门井存在管道被浸泡情况，可判定该区域地下水位对管道影响较大，管子、阀门、补偿器存在高腐蚀风险。

2.3 非开挖检测

非开挖检测是供热管道检验的重要手段。针对供热管道双管敷设以及外护管、保温层高绝缘性的技术特点，PCM（多频管中电流）法、ACVG（交流电位梯度）法、DCVG（直流电位梯度）法可用于供热管道保温层缺陷检测[8-9]。供热管道泄漏检测可采用听漏仪、相关仪、红外热成像仪、探地雷达等非开挖技术手段实现。

① 保温层缺陷检测

a.PCM法、ACVG法

PCM法通过管中电流随检测距离的衰减程度来判断供热管道保温层是否出现破损、开裂、缺失。在使用PCM法进行检测时，要避开固定支座、补偿器等易造成管中电流衰减的部位。在使用PCM法时，需对管道进行准确定位。采用供水管接发射机、信号回路接地的信号施加方式时，供水管的定位易出现偏离，供水管偏离方向为垂直向外且远离回水管，可使用1/3法进行定位距离修正[8]。

PCM法可用于判断管道补口的质量。在补口前后电流衰减值在100~200 mA时，管道补口保温层可能出现脱离、开裂，见图3。当电流衰减值在201~300 mA时，管道补口保温层除存在脱离、开裂外，可能已出现大面积缺失。若电流衰减值在350 mA以上时，该位置可能为固定支座、补偿器等。

图3 PCM法检测出的补口保温层脱离、开裂

对于直管段的保温层缺陷检测，ACVG法明显优于PCM法。直管段保温层出现破损、开裂时，由于绝缘电阻较高，加之存在狭缝效应，电流不一定出现显著衰减，易导致PCM法无法有效检出，但衰减形成的电位梯度可以被ACVG法感知。因此，与PCM法相比，ACVG法更适用于直管段的保温层缺陷检测[8-9]。

b.DCVG法

DCVG法是一种直流电位梯度检测技术，可用于检测供热管道保温层的破损情况。当在管道上方地面施加直流电源时，电流可以通过土壤到达有保温层破损的金属工作管，形成电压梯度场。通常，保温层破损面积越大和越接近破损点，电压梯度越大。DCVG法采用直流通断信号，因此检测信号不受环境中电磁干扰。

DCVG法通常依托管道阴极保护电流的通断提供直流通断信号，在供热管道没有阴极保护措施的情况下，需要建立临时性的阴极保护系统。将便携电源的负极与供水管道相连，正极与接地极相连，通过调整输出电压，使管道电位（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极）控制在-1 200~-850 mV。当输出电压、电流明确后，在负极与管道之间串联通断器或定时通断开关，根据保温层质量、土壤含水率确定通断时间。当管道运行年限较短、保温层质量较好、土壤含水率较高时，可将通电时间适当缩短、断电时间适当延长，根据检测经验，可将通断时间设定为4 s通、12 s断。若保温层质量较差、土壤干燥，管道表面含氧量较高，通电时间在4 s左右时，无法及时消耗管道表面氧气，断电后，去极化时间过短，无法开展检测。须延长通电时间，使管道表面充分极化，断电后DCVG信号能够有效保持[10]。DCVG法检出的保温层缺陷见图4。

图4 DCVG法检出的保温层缺陷

② 泄漏检测

供热管道的泄漏检测仪器主要有听漏仪、相关仪、探地雷达等，其中听漏仪应用较为普遍，但对操作人员的检测经验要求较高[11]。

管道满水运行时，可通过听漏仪、相关仪进行泄漏检测。但供热管道定期检验的开展多在非供暖期，若管内处于没有水或半水保养状态，则听漏仪、相关仪无法进行泄漏检测，但可通过探地雷达进行检测。探地雷达通过探测管道周围的土壤密实度、土壤空洞等分布情况，判断管道泄漏情况。当管道周围土壤密实度较大时，可能是因为管道出现泄漏后，水与土壤混合，加之重力作用，土壤密实度增加，该情况说明管道泄漏量较小。当管道周围存在大范围空洞时，说明管道泄漏量较大，空洞通常由管内喷射出的热水冲刷周围土壤形成。

2.4 直接检测

供热管道的直接检测是通过开挖或阀门井对保温层、工作管进行检验。直接检测的测点数量可按照每10 km选择3处进行，必要时，测点须包含1处焊口。

① 保温层

保温层采用宏观检查和取样测试方法，重点检查保温层是否存在变形、开裂、脱壳、炭化等问题。当管道运行年限小于10 a时，应对保温材料开展密度、热导率、力学性能、热物理性能等测试。当管道行年限大于10 a时，应重点检测保温材料密度、抗压强度以及外护管热稳定性、拉伸强度等。

② 工作管

为检测工作管腐蚀情况及壁厚，在测点位置，须破坏管道外护管、保温层，露出工作管，记录工作管是否存在腐蚀，对腐蚀分布情况进行不同角度拍照记录。工作管腐蚀情况见图5。然后，对工作管进行打磨，去掉腐蚀层，使用超声波测厚仪，选择不同位置测量工作管壁厚，获取最大壁厚、最小壁厚，以计算平均壁厚、减薄率。

图5 工作管腐蚀情况

对工作管焊口进行检测时，若管道内没有水，可采用射线检测（RT），准确性较高。若管道半水、满水保养运行时，射线检测无法使用，可采用超声波检测（UT）。受限于探头曲率，超声波检测不适用于小管径管道，高温条件也影响超声波检测的准确性。小口径管道、高温条件管道可采用电磁超声检测。电磁超声测厚仪工作温度最高可达300 ℃，可对DN 50 mm管道进行探测。

3 结束语

应根据供热管道技术特点及直埋保温管道失效特征，制定有针对性的检测方案。资料审查、宏观检查围绕供热管道敷设环境、失效过程开展检验，借助非开挖、开挖检测技术对供热管道的质量和风险隐患进行检测。

随着相关标准、技术水平不断完善和提高，供热管道定期检验将更加具有科学性、针对性、客观性，为供热管道安全运行提供保障。

参考文献：

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