长期运行后 PE 燃气管机械损伤的剩余强度评估​

“管道没漏气，就能继续用？”——不少燃气公司现场人员都曾这样问过。长期埋地的PE燃气管，在第三方施工、地质沉降或回填碎石冲击下，表面常出现划痕、压痕甚至裂纹。这些看似“皮外伤”的机械损伤，到底会不会在下一个供暖季变成“致命伤”？答案藏在“剩余强度”里。

一、为什么必须评估剩余强度

pe管属于典型的粘弹性材料，损伤不会立刻脆断，但会在内压、温度与地应力的耦合作用下缓慢扩展。若仅凭肉眼“看不出漏气”就放过，可能让裂纹在数年后突然失稳，造成燃气云爆炸。国内多起事故复盘表明，70%的突发泄漏源于早期被忽视的机械损伤。剩余强度评估，就是把“看不见的隐患”换算成“可量化寿命”，为更换、降压或加固提供决策依据。

二、现场三步法：快速锁定高风险点

1. 精准定位：采用高频Pig+声学定位仪，在0.3 MPa运行压力下完成带气检测，可识别≥0.2 mm深的划痕，定位误差≤10 cm，避免大面积开挖。

2. 缺陷量化：开挖后，使用深度规+RTK全站仪，建立“损伤地图”。对每处划痕测量长度L、深度d、半径r，记录与焊缝、承插口的距离，拍照并贴上二维码，方便后期追溯。

3. 环境因子打分：把回填土类型、地下水位、交通动载、运行温差四项按1–5级赋分，分数越高，劣化越快，后期需缩短复检周期。

三、实验室复核：小试样测出大真相

现场切下含损伤的30 cm管段，在22 °C、50年外推条件下做静液压试验。试验前，先采用CT扫描确定裂纹尖端钝度，再按ISO 13479进行缺口管慢速裂纹扩展（SCG）测试。若试样在165 h内发生脆性破坏，则判定该损伤已穿透塑性区，剩余寿命不足5年；若超过500 h仍未破坏，可视作“稳定缺陷”，允许在降压20%条件下继续服役，并设置5年复测倒计时。

四、有限元一秒算：把缺陷翻译成“当量压力”

将现场测得的L、d、r输入ABAQUS，建立含损伤的PE80/PE100三维模型，材料本构选用三参数粘弹性模型，内压逐级加载至1.5倍最大运行压力。输出最大Mises应力σ_max，与材料屈服强度σ_y对比，得到强度折减系数RSF=σ_y/σ_max。行业普遍接受：RSF≥1.25可继续运行；1.0≤RSF

五、寿命预测：把“经验”写成“公式”

基于Arrhenius方程与裂纹扩展Paris律，拟合出PE管剩余寿命公式：

t_r= A·exp(Q/RT)·(K_IC / K_I )^m

其中K_I为应力强度因子，与内压P、缺陷深度d呈正相关；A、Q、m为材料常数，可通过实验室SCG数据回归得到。把现场测得的P、d、温度T代入，即可算出t_r。以SDR11 PE100管、运行压力0.4 MPa、划痕深度1 mm为例，剩余寿命约18年；若划痕加深到2 mm，寿命骤降至6年，直观告诉管理者“该花钱时必须花”。

六、风险控制与修复策略

1. 纤维增强聚乙烯带缠绕：适用于RSF 1.0–1.25、缺陷长度

2. 钢护套+注浆：对伴行地铁、高荷载路段，采用D160×3 mm不锈钢护套环向包裹，间隙注入改性环氧砂浆，既分担内压，又抑制裂纹扩展，寿命可延长25年。

3. 换管触发条件：RSF0.3 mm/年，满足任一即启动换管，避免“补丁叠补丁”的隐患叠加。

七、写在最后

PE燃气管的“老龄化”不是突然到来，而是每一次轻微刮伤、每一次温度循环的累积。把剩余强度评估做成标准化动作，就像给管道做“心电图”：不凭感觉、不靠运气，用数据决定下一程是该加速、减速还是换道。只有让“看不见的伤痕”被量化、被管理，燃气安全才真正握在我们自己手里。