范成龙1 ,徐火力1,2 ,陈国培1 ,伏喜斌1,2 ,汤彬坤3
（1. 厦门市特种设备检验检测院；2. 福州大学机械工程及自动化学院；3. 厦门华润燃气有限公司）
聚乙烯(PE) 管由于具有耐腐蚀、高韧性、安装方便等优点，目前在城镇燃气与输水领域得到了广泛应用。据统计，在我国新铺设的中低压城 镇燃气埋地管线中，90%以上管线采用聚乙烯管材。除第三方施工破坏外，植物根系也是影响聚乙烯管道运行安全的因素之一。一方面，深根植物根系缠绕会对管道形成挤压；另一方面，当台风天气大树被吹倒时，管道会随树根一起被拔起，从而使管道连接薄弱处发生断裂，造成管道泄漏安全事故。
在城镇燃气埋地聚乙烯管道定期检验时，对深根植物占压或间距不足管道开挖检验，发现植物根系缠绕导致PE80管道表面出现大面积的细小黑丝痕迹，但从外观难以判断根系分泌物是否会对管道本体造成腐蚀影响。为此，基于安全的考虑，管道使用单位只能对该部分管道进行更换。
为了更好地指导后续定期检验工作，有必要对该处管道进行材料性能检测。作者首先对更换下来的管道取样进行壁厚测量，以验证管道壁厚变化情况；然后对痕迹部位管段进行渗透检测，以验证管材的致密性；最后对取样管道内外表面不同部位进行红外光谱测试，以验证管材成分变化，判断其是否发生老化或腐蚀问题。
1 某聚乙烯燃气管道定期检验概述
2022年6月至8月期间，在对厦门市海沧区公用燃气管道进行定期检验时，发现街树与PE管道的间距普遍不满足GB50028-2020《城镇燃气设计规范》规定的“管道至树中心的水平距离应大于0.75m”的要求。经调查，管道铺设先于城市绿化种植。按TSG D7004-2010《压力管道定期检验规则—公用管道》检验项目要求对PE管道开展了开挖验证检验。
1、设备概况
被检装置为厦门海沧区压力管道，单元名称为海沧大道燃气工程和浪琴湾燃气工程。海沧大道燃气工程管道的安装日期为2004年12月20日，浪琴湾燃气工程管道的安装日期为2004年8月31日，管道设计压力为0.4MPa，运行压力为0.18MPa， 规格分别为D250和D6，管材为聚乙烯。定期检验发现问题的管道开挖点位置如图1所示。
图1 管道开挖点位置
2、检验发现的问题
植物根系会对早期采用石油沥青防腐蚀层的钢质管道产生破坏，主要表现为挤压破坏和穿刺破坏。 而目前尚未发现植物根系对3PE防腐蚀层管道破坏的案例。植物根系分泌物具有腐蚀性，加速了管道的腐蚀，尤其以植物根系穿入钢质管道防腐蚀层破坏影响最严重，聚乙烯材料本身具有较强的耐酸碱性，难溶于溶剂，根系分泌物很难对聚乙烯材料产生溶胀作用，同时聚乙烯材料在土壤环境中也有很好的抗生物降解性能。然而，本次开挖检验处的聚乙烯管道外观出现细小的黑丝痕迹，如图2所示。在开挖管道上5个位置，都发现大面积的细小黑丝痕迹，这些黑丝像细小的龟裂纹，容易被误认为管道老化现象。但是管道表面并无其他老化降解迹象。黑色痕迹为植物根系分泌物渗透到管道表面对其产生的影响，需要通过理化试验等技术手段进一步进行验证。
图2 开挖处管道外观
2 聚乙烯管性能检测试验
在发现问题的管道开挖处，首先进行了现场泄漏检测：通过激光甲烷检测仪并结合肥皂泡进行泄漏检测。检测结果表明，管道未发生泄漏事故。为了解黑丝痕迹对管道产生的影响，对表面出现黑丝的管道进行以下试验。
1、壁厚测量
通过管道壁厚测量不仅可证实管材厚度是否满足设计要求，也可了解受根系分泌物作用处管道的壁厚情况。壁厚测量采用聚乙烯管道专用的超声波测厚仪，同时利用游标卡尺进行复核，具体如图3所示。
图3 根系分泌物影响区域壁厚测量
超声波测厚仪型号为tritex multigauge5300，声速设定为2300 m/s，探头选择1MHz低频单晶探头。测量前首先选择同材质的聚乙烯试块进行标定，测量时探头面与管道面保持良好的接触耦合。游标卡尺测量管道两端，且测量过程中其尖端部位与管道轴线保持平行贴合。
2、渗透检测试验
依据NB/T 4701. 5-2015《承压设备无损检测第5部分：渗透检测》，对受根系分泌物影响的聚乙烯管道进行表面渗透检测，如图4所示。检测过程同时进行灵敏度试块检测，以灵敏度试块缺陷作为缺陷检出的灵敏度要求。
图4 根系分泌物影响区域渗透检测
3、红外光谱测试
首先，将管道试样按底部圆环进行8等分，8个环向等分位置分别标记为1号至8号，见图5(a) ； 然后将试样沿轴向进行3等分，3个轴向等分位置分别标记为a、b、c,见图5(b)；共取样24份，如图5 (c)所示。从聚乙烯管道内部(标记为9号)沿轴向3等分取样，3份平行样分别记为9a、9b、9c。分别对上述标记的取样位置进行傅里叶红外光谱测试，共获得了27份样品的谱图。
图5 红外光谱测试取样示意
3 结果与讨论
1、壁厚测量结果
对根系分泌物影响区域壁厚进行测量，分别得到超声波测厚结果和游标卡尺测量结果，如表1所示。
表1 管道壁厚测量结果
由表1可知，超声波测厚仪测量的最大壁厚为6.60mm，最小壁厚为6.35mm。管道正常壁厚为5.80mm，与最大壁厚和最小壁厚的偏差分别为0.80mm和0.55mm。游标卡尺测量的最大壁厚为6.40，最小壁厚为6.08，与正常壁厚的偏差分别为0.60mm和0.28mm。考虑到材料制造的偏差、超声波测厚标定误差以及游标卡尺测量误差，上述偏差仍在允许的范围。而从两种测厚方法的结果来看，超声波测厚结果与游标卡尺测量结果偏差不大，最大偏差为0.28mm，因此现场采用超声波测厚的方式完全能够满足壁厚测量的需要。
2、渗透检测结果
对根系分泌物影响区域进行渗透检测，同时验证了监测灵敏度，结果如图6所示。
图6 渗透检测结果
由图6可知，三点式B型试块第三点辐射状裂纹区域清晰可见，说明渗透检测剂系统灵敏度符合要求；管道表面划痕的渗透显示为伪显示，根系分泌物影响(管道表面细小黑丝痕迹) 区域无渗透。因此，可以排除黑丝痕迹是缝隙或孔隙缺陷的可能，管道表面完整。
3、红外光谱测试结果
对取样管道不同部位进行红外光谱测试，结果表明27份样品的谱图基本一致。以6号和9号位置试样的测试结果为例进行说明，如图7和图8所示。由图7和图8可知，不同波数下，6号和9号位置试样的吸光度是一致的，最大不超过1。不同位置试样的红外光谱曲线基本一致，说明材料不同部位性质无明显差异。
图7 6号位置试样的红外光谱
图8 9号位置试样的红外光谱
将测试得到的红外光谱与聚乙烯标准图谱进行对比，结果表明测试图谱与聚乙烯标准图谱一致，说明测试样品为聚乙烯。聚乙烯管道表面与内部的红外光谱谱图是一致的，管材性能未发生改变。
检验过程发现管道与街树间距不足，植物根系缠绕管道，植物根系分泌物渗入管道浅层表面，形成类似细小密集裂纹痕迹。但通过上述检测和测试分析，证实管材未发生老化降解现象，植物根系分泌物对管道安全未产生直接影响。
4 结 论
(1) 早期PE80管道表面因植物根系缠绕而出现大面积的细小黑丝痕迹，但从外观难以判断根系分泌物是否对管道本体造成腐蚀影响。
(2) 泄漏检测未发现管道存在泄漏问题，壁厚测量、渗透检测和红外光谱测试，也证实管材未发生老化降解现象，管材性能未发生改变。
(3) 植物根系分泌物虽然影响了管道本体的颜色，但管道壁厚、致密性以及成分等都没有变化，植物根系分泌物对管道安全未产生直接影响，但后续定检中还需要更多的关注根系缠绕导致的管道拉伸变形问题。
(4) 建议后续加强对绿化施工的监管，在源头上杜绝种植深根系植物，从而消除因绿化施工造成的管道运行风险。
来源：《腐蚀与防护》2025年2期
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