城市燃气聚乙烯管道微波检测技术

城市燃气聚乙烯管道微波检测技术
发布时间：2023-04-27T07:56:48.397Z 来源：《新型城镇化》2023年7期作者：毕逢东1 刘磊2 冯世忠3 路遥4 刘琰5 朱丽丽6 [导读] 微波检测技术作为一种针对包括压力管道在内的非金属结构在线检测新技术，主要是为解决传统检测技术中存在的技术落后、检测精度差、检测安全性低和检测准备工作费时费力等问题。

毕逢东1 刘磊2 冯世忠3 路遥4 刘琰5 朱丽丽6
1.中国石油天然气销售公司
2.中国石油天然气销售公司
3.甘肃中石油昆仑燃气有限公司
4.山东中石油昆仑燃气有限公司
5.中国石油集团工程材料研究院有限公司
6.西管安通检测技术有限责任公司
摘要：微波检测技术作为一种针对包括压力管道在内的非金属结构在线检测新技术，主要是为解决传统检测技术中存在的技术落后、检测精度差、检测安全性低和检测准备工作费时费力等问题。

关键词：压力管道；微波检测；无损检测；应用；
本文主要探讨了使用微波技术对燃气聚乙烯管道开展的无损检测工作的实验应用研究，该技术利用均匀传输线理论，利用微波探头完成管道检测信息采集，并将检测数据回传至计算机系统，通过计算机对检测数据的精准分析来判断压力管道的安全运行状态，进一步提高压力管道在线检测的效率与精度。

1城市燃气埋地聚乙烯管道风险评估及检测流程
聚乙烯管道因为具有良好的耐腐蚀性、物理性能、施工性能和经济性能，越来越多的应用到城市燃气输配行业中，并且逐步取代传统钢质管道，在城市燃气输配行业中发挥越来越重要的作用。

国际上欧、美、日等发达国家和地区已全部采用聚乙烯燃气管道，国内目前新建的城市燃气中低压管道基本采用聚乙烯材质。

在进行风险评价之前，首先要对城市燃气埋地聚乙烯管道潜在的危险进行分析和危害辨识，潜在危险包括：
（1）与时间无关的危险，如第三方破坏、误操作、外力机械损坏及不良地质条件等造成管道本体损伤等；
（2）与时间有关的危险，如在极端环境、化学物质作用下材料发生劣化、管件老化失效等；
（3）固有危险，如制造与安装、改造、维修施工过程中产生的管道本体缺陷焊缝缺陷，管道位置不明确，埋深不足，安装质量不满足标准要求等。

2微波检测技术
2.1微波检测
微波是一种频率范围在0.3～300 GHz之间的电磁波，当微波从一种介质进入到另一种具有不同介电常数的介质中时，两种介质介电常数的差异使微波发生反射或散射。

材料中的缺陷可以看作是具有与周围材料不同的介电常数的介质，当行进中的微波遇到缺陷时，介电常数的变化使微波发生反射。

反射的微波信号与发射的微波信号发生干涉，经微波探头可以转变成电压信号，再经信号放大和数/模转变得到能够反映缺陷信息的扫描图像。

微波通过微波源可直接穿透聚乙烯管道，其反射信号与发射信号发生干涉，经微波探头接收，根据微波幅度衰减、相位及频率等参数的改变，由信号转换系统得到能够反映接头缺陷信息的扫描图像。

2.2检测方法
使用微波扫描检测装置对不同聚乙烯管道按以下步骤进行检测：
（1）将微波探头定位于聚乙烯管道的热熔接头融合区外表面的一侧；
（2）将微波探头沿热熔接头外表面进行连续匀速扫描，扫描速度为10 cm/s，所使用的微波频率为60-80 GHz，微波探头与热熔接头外表面的距离为3 cm；
（3）获得的微波信号经过信号转换系统的信号转换后，输入计算机进行处理，形成扫描图像。

3 结果与讨论
3.1 检测原理
为初步考察微波扫描方法对聚乙烯管道接头的检测能力，选取了含有不同类型缺陷的聚乙烯管道热熔接头进行检测。

如图1所示，用微波扫描装置检测聚乙烯管道热熔接头时，微波探头中的微波发射器向接头发射微波，发射波穿透接头表面进入其内部。

当行进中的微波遇到缺陷时，介电常数的变化使微波发生反射，被反射的微波的幅度和相位相对于发射波会发生变化。

遇到不同的缺陷时，反射波幅度和相位的变化都不同。

探头中的两个接收传感器分别接收反射波信号，与所记录的发射波信号发生干涉，形成干涉波，经信号转换系统输入计算机中，获得扫描图像。

根据扫描图像的特点可以得到热熔接头内部缺陷的尺寸和形态等信息。

3.3 含冷焊缺陷热熔接头的扫描图像
图3示出含有的冷焊缺陷的聚乙烯管道热熔接头的微波扫描图像。

图中X坐标代表轴向方向，Y坐标代表周向方向。

该热熔接头的高热影响区宽度大约为0.3 in.，中线位置大约在Y=3.0 in.处。

与无缺陷热熔接头的高热影响区相比，该高热影响区的宽度在X轴2-6in处出现了明显的不连续现象，这是接头处的冷焊缺陷造成的。

可见微波扫描法可以很方便地检测熔接时的冷焊缺陷。

与无缺陷热熔接头相比，该热熔接头高热影响区发生明显的波动，并且局部出现不连续的现象。

这个结果表明，用包括超声方法在内的一般检测方法难以有效检测的冷焊缺陷可以通过微波扫描的方法来检测。

3.4 缺陷与力学性能
为了进一步考察微波扫描检测方法并验证其可靠性，将微波扫描检测结果与力学测试结果相结合来进行研究。

图3焊缝呈现出明显的变窄和不连续现象，说明存在冷焊缺陷。

在试样厚度几乎相同的条件下，图2和图3焊缝连续部分的拉伸力学性能（最大负荷和屈服应力）相近，而图3的冷焊缺陷部分的拉伸力学性能明显低于连续焊缝部分，是因为冷焊缺陷的存在导致焊缝强度降低，这与微波扫描图像的结果相符。

图3所示冷焊位置的试样在拉伸测试中的断裂类型也是脆性断裂，进一步说明了热熔焊缝中冷焊缺陷的存在将影响焊缝位置的结构强度。

结束语
定期分析可能影响管道安全运行的各种因素，并提出针对性预防措施，采用先进的管理理念和先进的检测设备消除安全隐患，是预防管道事故发生，降低管道运行成本、提高管道管理水平的有效途径，随着先进的检测设备和技术的不断开发和运用，聚乙烯埋地管道的检测评价技术也将不断完善，为管道的安全运行提供保障。

参考文献：
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[2]车飞，朱丽丽，王一帆等，燃气PE管道热熔接头的微波无损检测应用[J].管道技术与设备，2022，29（3）：41-44.
[3]车飞，沈珂，朱丽丽等.长输管道补口结构的微波无损检测应用[J].管道技术与设备，2022，29（5）：38-39.
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[6]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；35（7）：30-32。