（石油与天然气工程专业论文）中沧输气管道外腐蚀状况评价研究.pdf

摘要 本文介绍了中沧输气管道外防腐层测试的方法和结果，并以这些结果为依据，对 中沧线外腐蚀状况进行评价，并分析了造成中沧线外腐蚀的原因。 本次测试的样本选取，采用防腐层现场开挖测试，平均每4 0 k m 开挖一个探坑，分 别进行防腐层检测和管体检测等；采用多频管中电流法，使用r d p c m 管道电流测绘 系统对管道防腐层绝缘电阻进行不开挖检测；采用地表参比法，使用数字万用表对保护 电位进行测试；使用z c 8 接地电阻测试仪测试辅助阳极的接地电阻：使用r d p c m 管 道电流测绘系统的测深功能，进行管道埋深测试；对有杂散电流干扰的管段采取普查测 试，以初步判断杂散电流干扰的状况等。 通过对中沧输气管道进行现场、取样实测得到的基本数据，进行整理分析，从而 对其外腐蚀状况进行分析评价，并据此提出相应的对策方案。 关键词：管道，外腐蚀，检测，防腐层 e v a l u a t i o no nc o r r o s i o n o fz h o n g c a n gg a s p i p e l i n e l i us h u a n g ( o i l & g a ss t o r a g e & t r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rl iz i l i ，l i uf e n g q u a n a b s t r a c t t h em e t h o d sa n dr e s u l t so fm e a s u r i n ga n t i r o tm a t e r i a lo ft h ez h o n g - c a n gp i p e l i n ew a s s t a t e di n t h i st h e s i s a c c o r d i n gt ot h er e s u l t s ，t h ec o n d i t i o n so fc o r r o s i o no ft h ep i p e l i n e w e r ee v a l u a t e da n dt h er e a s o n so fc o r r o s i o nw e r ea n a l y z e d m a n yt e s tp i t so n ee v e r y4 0 k mw e r ed i g e df o rt e s ti nt h i sp r o c e s s d u r i n gt h ec o u s e a n t i r o tm a t e r i a la n dp i p e l i n ew e r et e s t e d p c ma n dr d - p c mp i p e l i n ec u r r e n ts u r v e ya n d d r a w i n gs y s t e mw e r eu s e di nm e a s u r i n gt h ei n s u l a t i n g r e s i s t a n c ew i t h o u td i g g i n gp i t s s u r f a c er e f e r e n c ew a su s e dt ot e s tt h ep r o t e c t i v ep o t e n t i a l z c 一8t e s t i n gi n s t r u m e n ti su s e d t ot e s tt h ee a r t hr e s i s t a n c eo ft h ei m p r e s s e dc u r r e n ta n o d e t h eb u r i e dd e p t ho ft h ep i p e l i n e w a st e s t e db yt h eu s eo fr d - p c mp i p e l i n ec u r r e n ts u r v e ya n dm a p p i n gs y s t e m a c c o r d i n g t ot h eg e n e r a ls u r v e yr e s u l t s ，t h es e c t i o n so ft h ep i p e l i n ei n t e r f e r e db yt h es t r a yc u r r e n t a c c o r d i n gt ot h ed a t ao b t a i n e df r o mt h et e s t i n g ，t h ec o r r o s i o nc o n d i t i o n so fz h o n g - c a n g p i p e l i n ew e r ee v a l u a t e d ，a n dp r o j e c tw a ss u g g e s t e d k e yw o r d s ：p i p e l i n e ，c o r r o s i o n ，d e t e c t i o n ，c o r r o s i o nd e t e c t i o ne q u i p m e n t 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：壹4 茎乏一 日期：咖。孑年年月2 日 学位论文使用授权书 本入完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 学位论文作者签 指导教师签名： 日期：曲) 扩年乒月少e t 日期：7 却孑年厶月7 b 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第一章前言 在石油工业快速发展的今天，许多跨国、跨省、跨州的油气输送管道也在迅猛发展。 油气田在向沙漠、海洋、极地不断扩展，管道也向长距离、大口径、高压力、高度自动 化方向发展。石油工业迅猛发展的趋势对管道防腐蚀技术提出了更高的要求。另一方面， 中国石油工业经过几十年的发展，不少老管线、老设施已经接近其寿命期，有的油田腐 蚀事故有增长的趋势，有的进入事故的多发期。因此，如何延长管线及设施的寿命，适 时维修和更换，取得更大的经济效益，是当前面临的一项新课题。 腐蚀除了造成金属材料的破坏外，在输油管道中因腐蚀导致的停工停产、事故、人 身伤亡也给管输企业带来了巨大的损失。在管道工业发达的美国，目前运行的管道有 5 0 以上是建于5 0 年代、6 0 年代，作为预防管道事故的措施，法律规定要定期检查管 道全线的腐蚀状况。据美国对管道泄漏事故源的统计，第三者施工占第一位，腐蚀泄漏 居第二位【i 】。腐蚀是引起管线破坏的主要因素之一，腐蚀占油气管道失效事故的3 3 6 8 。英国天然气公司的统计数字表明，管道失效事故原因中，腐蚀占4 0 以上。美国 墨西哥湾油气管线运营3 0 年的失效事故原因统计报告中，腐蚀为1 4 8 3 起，占6 3 4 。 含有腐蚀缺陷的油气管线在其后的运行过程中，有可能产生泄漏和爆炸等问题。为此在 管道建设迅速发展的同时，如何保证管道的安全运行也成为越来越重要的问题。 我国现有油气管道大部分建于2 0 世纪6 0 和7 0 年代，由于服役时间长，大部分已 接近或超过设计寿命，进入了事故多发期。据统计，1 9 9 7 年中国因腐蚀造成的损失高达 2 8 0 0 亿元【5 1 。输油管道运行条件苛刻，油品易燃易爆，腐蚀破裂常常引起连锁事故。为 此，国际石油天然气行业率先在腐蚀预测和腐蚀管理方面进行尝试，并在近二三年取得 了突破性进展。腐蚀预测和管理成为腐蚀控制过程中最关键的环节，它的效果在很大程 度上取决于对真实时间和真实环境中腐蚀速度和腐蚀情况的掌握。 第一章前言 1 1 选题的背景及意义 管道腐蚀一直是人们关心的话题，因为腐蚀缩短了管道的使用寿命，降低了管道的 输送能力。长距离输气管道，因其敷设在变化复杂的环境中，涉及点、线、面广，事故 突发率高，难以预测，所以，长距离输气管道的腐蚀，较一般的金属结构腐蚀更具有危 害性。一旦腐蚀引起管道穿孔使输送介质流失，不仅会引起生产费用的增加，还会引发 环境污染甚至火灾、爆炸等安全事故，其直接间接损失巨大，后果严重。有统计数据显 示，由于腐蚀引起的输气管线事故占到1 9 8 1 1 9 8 7 年间前苏联所有输气管线事故原因的 首位 2 1 。因此，埋地长距离输气管道的防腐保护状况对管道的安全平稳运行至关重要。 应用合理有效的检测方法，及时全面了解在役天然气管道的外腐蚀状况，可以用来评价 管道的防腐保护有效程度，为管道今后的维修和管理提供科学的依据。 1 2 国内外管道腐蚀检测技术的现状 输油管道一旦发生腐蚀，常常伴随着发生各种事故，如油品漏失、甚至发生火灾爆 炸等，危及生命安全，可造成严重的直接损失和间接损失。针对这种情况，如何在管道 连续运营条件下监控管道内部腐蚀状态及掌握腐蚀速度和规律变成了亟待解决的问题。 腐蚀检测技术的目的是实现腐蚀检测，并进而实现对腐蚀的控制。腐蚀检测是认识和了 解系统腐蚀因素、制定防护措施的基础；腐蚀检测所获得的数据是指导防腐蚀工作的科 学依据，是监督、评价防腐蚀效果的有效手段。定期的腐蚀检测与适时的维修保养是及 时发现和消除事故隐患的关键。目前国内外在埋地管道腐蚀方面已做了大量的研究，开 发了各种各样的检测技术。这些技术主要包括管道外腐蚀检测和管道内腐蚀检测两大 类。 一般要求腐蚀检测技术应满足以下几项基本要求： 1 ) 必须耐用可靠，可长期进行测量，有适当的精度和测量重现性，以便能确切地 判定腐蚀速度和状态： 2 ) 腐蚀检测应当是无损检测，要求在进行腐蚀监控时向着非破坏、在线和自动采 集数据的方向发展； 3 ) 有足够的灵敏度和响应速度，测量迅速，以满足自动报警和自动控制的要求； 4 ) 操作维护简单，不要求对操作人员进行特殊培训。 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 1 1 1 管道外腐蚀检测技术 在现代管道上，埋地钢质管道的外腐蚀保护一般由绝缘层和阴极保护组成的防护系 统来承担。通过对阴极保护系统进行检测，可以判断管道防腐层的损坏程度，从而得出 管道受腐蚀的情况。基于这一原理而研究出的方法，其检测参数大都是管地电位的测 量和管内电流的测量。管地电位检测技术包括p e r s o n 检测法、短间歇电位检查法、组 合电位测试法、直流电压梯度法等；管内电流检测技术主要包括电流梯度分布法、分段 管内电流比较法等。这些方法虽然能够实现在不开挖、不影响正常工作的情况下，对埋 地管道进行检测，但都属于间接检测管道腐蚀的方法，而且工作人员往往需要仔细测量 和分析，才能得出有效可靠的测量数据。有的方法对测量工作人员的要求十分严格，例 如用直流电压梯度法检测时，为准确判定管道涂层缺陷的位置，要求工作人员垂直于管 道方向测量，这就是说，测量前必须知道管道的确切位置。若对长距离埋地管道进行测 量，这一要求很难达到。此外，在良好的阴极保护下，管道有时也会发生腐蚀和泄漏。 所以，通过对防腐层的检测来判断管道的腐蚀状况并不是最理想的方法。而且，从管道 的敷设情况来看，有的管外检测技术不适于检测公路、铁路穿越和海底的管道，检测所 收集的数据极其有限，无法对管道进行全面的腐蚀检测。 目前，国内外对埋地长输管道的外腐蚀检测方法较多，但大多数属于“电磁法 ， 就其原理可分为电压梯度法和电流梯度法两种。 1 1 1 1 交流电流梯度法或多频管中电流法( p c m ) h 儿盯 多频管中电流法又称交流电流梯度法，分为定量检测和定性检测。定量检测是指管 线防护层绝缘电阻值的测量，通过防护层绝缘电阻值的大小来判断防护层的优劣，确定 防护层老化、剥落、损伤等缺陷的严重程度。定性检测是防护层破损点的确定。 多频管中电流法测量原理如图i - i 所示。测量时，将发射机发射的低频电流检测信 号供入管道，交流电流信号在管道中流动随距离增加而衰减，如果某段管道防腐层出现 破损，则部分信号电流将由破损处流向土壤，使得该处测量的电流出现突变，据此可以 判断管道防腐层的破损具体位置。通常外防腐层有破损的管道，均有严重的外腐蚀现象。 第一章前言 图1 - 1 多频管中电流法检测原理示意图 f i g l 1 s c h e m a t i cd i a g r a m so fm u l t i - f r e q u e n c yc u r r e n td e t e c t i o n 当检测信号从管道某一点供入后，电流会通过管道经大地流回发射机，并在管道流 动中随距离增加而衰减。电流的逐渐衰减变化与管道防腐层的绝缘电阻率有关，即防腐 层的质量越高( 绝缘电阻率越高) ，电流衰减得越慢，反之则越快。对于有一定长度的 管道，电流，将随距离x 呈指数衰减，即： i = 1 0 p 一甜 式中：，：在管道上方读取的任意点的电流值，a ； 而：发射机向管道发射的电流值，a ； x ：测量点到发射机发射点的距离，m ； a ：衰减系数( 与管道防腐层的绝缘电阻率、管道的直径、厚度和材质等有关) 。 同一条管道，如果管道防腐层的平均绝缘电阻率大，衰减系数就小，反之则大，即 检测电流值下降就快。如果管道的防腐层质量分布较均匀，管道外防腐绝缘电阻率的差 别就不大。管道中的电流值对数与管道的距离呈线性关系变化，管道中电流值的对数线 性斜率的大小是由管道防腐层的电阻率决定的，单位距离的电流变化率 ( 】，= l g ( i , - j 1 2 ) x ) 与距离之间的关系是一条水平直线。当管道防腐层出现破损时，电 流会通过破损点流向大地，该点处电流衰减率突然增大，反映在电流衰减率与距离的曲 线图上，该点y 值会突然增大，由此可判定管道防腐层的异常位置，根据电流衰减率的 变化可分析出管道防腐层质量的优劣。 多频管中电流法检测的特点是： 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 ( 1 ) 该方法适合于埋地钢管防护层质量的检测、评价及破损点的定位、检测管线 的走向及埋深、搭接的定位、评价阴极保护系统的有效性。输送管线较长时 准确度较高。适于外加保护电流系统，不适于涂层太厚； ( 2 ) 操作简便，效率高； ( 3 ) 对管道穿孔过多或设施过多的管道检测误差较大； ( 4 ) 只能评价管道的外防腐层状况，对管道是否腐蚀或腐蚀程度不能准确判断。 该方法目前常用由英国雷迪公司生产的r d 6 0 0 c m 型、r d 4 0 0 p d l 2 p x l 2 、p c m 型等检测仪器，与配套软件配合使用，还可用于定量检测管线防腐层绝缘电阻值，据此 来判断管道防腐层的优劣，确定防腐层的老化、损伤等缺陷的严重程度。但检测结果缺 乏直观性，无法表明阴极保护效率，易受外界电流干扰。 2 0 0 1 年4 月胜利石油管理局河口采油厂采用英国雷迪公司生产的r d p c m 检测仪 和天津嘉信技术公司研制的管道防腐检测数据处理系统对7 条输油气水管道进行防腐层 综合评价，根据检测结果，分别对7 条输油气水管道中立即维修和必须维修的3 9 1 k m 管段进行了防腐大修，经对比，采用多频管中电流管道检测方法比传统的全线开挖大修 方法节约资金3 4 0 万元阳1 。 1 1 1 2 变频选频法啪 该方法是1 9 9 1 年由我国自行开发研究成功，用于测量埋地管道防腐层绝缘电阻。 埋地管道防腐层电阻意义为：单位面积涂层与远方大地之间的电阻，其大小基本为绝缘 层漏敷的数目和大小所决定。因此，它是衡量绝缘层质量好坏的尺度。其测量原理如图 1 - 2 所示，将一可变频率电信号施加到待测管道的一端，从另一端检测信号的衰减幅度， 通过调节信号的频率使信号衰减达到一定范围时，根据信号频率的高低，利用计算软件， 来推断防腐层绝缘电阻值，根据s y t 5 9 1 9 9 4 标准中的阻值判断防腐层的好坏。 该方法利用交频信号传输的经典理论，确定了交频信号沿单线一大地回路传输的数 学模型。经过大量的数学推导，得出防腐层绝缘电阻在交变信号沿单线一大地传输方程 的传播常数的实部，当防腐层材料、结构、管道材料、管子尺寸、土壤电阻率及介电常 数等参数已知时，防腐层绝缘电阻即可算出。， 第一章前言 接地 发收 ( )( 1 矗警融厂l 一。n 三 l 接地 发端选频指示器 接地 l 图1 - 2 变频选频检测法原理示意图 f i g l - 2 s c h e m a t i cd i a g r a m so fv a r i a b l e - f r e q u e n c ya n df r e q u e n c ys e l e c t i o n 为了准确地测量管道防腐层绝缘电阻，经大量的理论推导，确立了如下模型： 式中：r l ：传播常数实部 z l ：纵向阻抗实部 z 2 ：横向阻抗实部 ”：横向导纳实部 y 2 ：横向导纳虚部 1 = 拒鬲萄f i 裥万 i z l ：纵向阻抗模值 吲：横向导纳模值 三；被测管道长度 v 1 2 ：被测管段末段电位 ，i = ( 2 三也i l k ，：l 管道绝缘电阻量一项电阻，它是含在横向导纳j 中，即： 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 誓= 粼+ 础州们 式中：r ：直流漏电流引起的漏电阻，即管道绝缘电阻 a - 金属外半径 缈：金属管外径 c ：角频率 ，g 万：防腐层绝缘材料损耗角正切 从以上可以看出，如果通过测量使l 、v o 、v 1 2 为已知，由以上三个式子就可以 计算出管道绝缘电阻r 1 。 变频选频法的特点是： ( 1 ) 测量的防腐层绝缘电阻为某一段的平均值，不同管段若使用频率不同时，可 比性较差，且不能判断破损点的位置； ( 2 ) 测量时只需被测管两端点与金属管实现电气连通( 检测桩、闸门处) ，不影 响管道外加电源阴极保护的正常运行； ( 3 ) 所测结果不受被测管道长短、有无分支、有无闸门、绝缘法兰、管道防腐层 好坏的影响，但在管路结构复杂情况下难以适用； ( 4 ) 适于野外使用、直流供电、精度高、锁相自动校准、自动跟踪、抗干扰、测 量迅速； ( 5 ) 该方法可快速检测埋地管线防腐层的综合保护性能，但无法确定缺陷的位置 和大小，无法确定防腐层是否有剥离，当管段内有支管和阳极时不能正常使 用，不能指示管线阴极保护效果。 国内常用的依据该原理的测试仪器有江苏省出产的a y 系列管道防腐绝缘层电阻测 试仪，同时配备使用土壤电阻测试仪。 应用该方法对大连某区燃气管线实施全面的普查和检测，通过开挖管道验证该测量 方法所测结果准确，并以此为依据，对管网进行了腐蚀评估 r l 。 1 1 1 3 瞬变电磁法( t e m ) 1 4 1 利用瞬变电磁法测定的是管体的物性差异。无论是电化学腐蚀、杂散电流腐蚀，还 7 第一章前言 是厌氧菌腐蚀，其结果都是金属量蚀失、腐蚀产物垢积，造成埋地钢管的导电率和导磁 率下降。显然，只要检测出因腐蚀所致的管体物理性质的变异部位和变异程度，经过与 已知( 已发生腐蚀和未发生腐蚀) 情况对比，就可以判定管道腐蚀区段，并对其腐蚀程 度作出评价。 测量时，在正方形激励线框中通以脉冲电流，激励电流将在线框周围建立水平、垂 直一次场，瞬间断电后，在线框周围包括被测管道内的有耗介质中激励起随时间衰变的 涡旋电流，与涡旋电流相关的二次磁场在线框接受圈中激起归一化电动势，它与管体的 几何参数( 尺寸、形状、空间位置) 和物理性质( 导电率、导磁率、介电常数) 有关， 而且还与观察点的位置以及管道输送物质的物理性质有关。从地面采集的脉冲瞬变数据 中分离、提取与被测管道直接相关的时变信息，可计算所检段的剩余管壁平均厚度。 瞬变电磁法的特点是： ( 1 ) 可用于检测各种金属管道的均匀腐蚀量( 壁厚减薄) ，但不能检测防腐层的 破损点位置。对输送介质、管径、壁厚、材质、自然环境没有限制； ( 2 ) 检测对象限于单管或可视为单管的范围内，尚不能用于紧密平行管道和重叠 管道埋设地段，杂散电流与外来磁场对检测准确性影响很大； ( 3 ) 对于蚀失量小于检测灵敏度的管体腐蚀现象，例如点蚀( 孔) 、应力裂纹等， 只能标明正在发生腐蚀作用的管段( 点) 位置，不能给出准确量化结果，不 能在平行或重叠分布的管群中区分出待测管道的金属蚀失量： ( 4 ) 整体上具有功率大、抗干扰能力强、观测精度较高等优点。 基于瞬变电磁法进行检测的仪器有用美国z o n g e 公司的g d p 一1 6 或g d p 3 2 地球物 理数据处理系统作为数据采集主体，配以特制的传感器和数据处理软件。 1 1 1 4 皮尔逊法【4 】 皮尔逊法又称电位梯度法，是一种古典方法，主要用于埋地管道防腐层破损点的查 找。其原理如图1 - 3 所示，在金属管道上加一交流信号，当地下管道防腐层有破损时， 该处电流集中地通过露点流向大地，再通过地线返回信号源，形成回路电流，此时电阻 值下降，露铁点电流在地面上形成一定的电位分布，正对露铁点处电位梯度最大，此处 电位发生突变，根据这一原理，可找到露点位置。根据衰减数值大小，可判断露点的大 小。 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 皮尔逊法的特点是： 图1 - 3 皮尔逊法检测原理 f i g l - 3t e s t i n gt h e o r y0 fp e a r s o ns u r v e y ( 1 ) 该方法能确定防腐层破损的确切位置，但不能准确判断破损的大小。不能检 测防腐层的优劣，不能检测出剥离涂层； ( 2 ) 该方法适于埋深小于3 m 的各种直径的输油、气、水的地下管，不适于局域性 管网，对水泥或沥青覆盖( 路) 面产生了“接地难”的问题； ( 3 ) 该方法灵敏度较高，位置偏差较小，准确率较高，检测速度快，不受阴极保 护系统的影响。 基于该原理的检测仪器主要有国产的s l 系列管道防腐层检漏仪等。 1 1 1 5 馈电法( p s ) 1 4 1 馈电法又称标准管地电位测试法，这一方法是美国n a c e 测试方法的代表，该方法 也被列入石油天然气行业标准s y t 5 9 1 8 9 4 沥青防护绝缘层电阻率测试方法中，其原理 是通过对阴极保护参数及管地电位的测量，可计算出管道防腐绝缘层的电阻，借此评价 其优劣状态。 如图卜4 所示，测量时，将一c u c u s 0 4 参比电极插入地面并与电压表相连，表的另 一端与管道相连，读取管地电位。在外加电流保护的管道中，通过测得的管地电位，除 以馈入的电流即可得到电阻，再根据被测管道长度换算出覆盖层电阻( 面积电阻) ，由 此可判断防腐层的优劣，即管道受保护的程度。 9 第一章前言 此法测量的数据真实可靠，但只能计算绝缘层电阻，不能确定涂层缺陷位置。它的 条件是施加的电流必须全部用于极化上，故必须有绝缘法兰，测量管段不能有分支，无 接地。此法受土壤电阻率、温度、湿度、透气性的影响。应用该方法无法确定缺陷大小 及位置，无法确定防腐层是否有剥离。 绝缘法兰 图1 - 4 馈电法测试原理 f i g l - 4t e s t i n gt h e o r yo ff e e d i n g 1 1 1 6 直流电位梯度法1 4 】 该方法用于对防腐层缺陷进行检测，可用于计算缺陷大小。其原理是：在待测管道 中加入一个间断开关的直流电信号，当管段有破损点时，该点地面上会有球面形电场。 用毫伏表测量两个插入地表的c u c u s 0 4 电极间的电压差，当电极越接近破损点时，电 压差会增大，当远离该点时，压差又会变小，当在破损点正上方时，电位差为零，由此 来确定破损点具体位置。该方法受外界干扰小，准确度较高。但是，由于电极与地面直 接接触，因此当地面介质导电性差时，测量结果不稳定，并且无法确定防腐层是否有剥 离，不能指示管线阴极保护效果，需沿管线步行检测，检测速度较慢，不适用于长距离 输送管道检测。 1 1 1 7 近电位勘测法( 近间距管地电位检测) 1 4 1 在邻近阴极保护电源附近安装若干电流保护器，用于阴极保护系统周期性“闭路 与“开路 的同步开关。记录“闭路 与“开路 下的电位e ( o n ) 、e ( o f 0 及参比电极间 的电位降v ( o n ) 、v ( o f 0 ，如图1 - 5 所示。通过计算可得漏点直径为： 1 0 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 d k = 以一k ) 陋( o n ) - e ( o f 0 ) 式中：k ：腑一f 肠瓦了。 近电位勘测法的特点是： ( 1 ) 在不知道土壤电阻率或流到散状漏点的电流的情况下，应用该方法也能计算 出涂层损伤大小； ( 2 ) 该方法仅适用于外加电流阴极保护系统，它是从管地电位高于- 8 5 0 m v c u c u s 0 4 情况来推断涂层缺陷的存在，开关阴极保护电源频繁； ( 3 ) 受环境及频率大小的影响较大； ( 4 ) 需测量距离，探测管线位置； ( 5 ) 不能确定破损点的确切位置。 该方法目前在国内尚未见报道，美国使用较多。 所i l 参比lm 2 j 参比2 rh广押 l ifi i t i i i i i i i “。少h “，删 。 ： e l 【o f f 】 图i - 5 近电位勘测技术 f i g l - 5t e s t i n gt h e o r yo fc i p s 1 1 1 8 电化学检测法1 4 1 该方法分别对四种防腐层情况( 完好无损、有破损点、起翘但不破、起翘且破损) 进行了分析，建立了各自的等效电路，根据阻抗谱特征，由阻抗幅值随频率变化的系数 k 可知道防腐层质量状况和缺陷类型，k 值变化小的为剥离腐蚀，变化大的为破损腐蚀。 电化学检测法能检测防腐层的剥离，但目前仍在实验室阶段，尚有待于进一步产业 化。 1 1 1 9 人体电容法 人体电容法可以用于检测埋地管道防护层破损点位置、个数、大小和破损点间的距 第一章前言 离，综合评价管道腐蚀状况。其原理是：对地下管道发送一交流电信号，当地下管道防 护层有破损点，在破损处形成电流通路，产生漏电电流，向地面辐射，并在漏点上方形 成地面电场。用人体作为检漏仪的传感元件，检测人员在漏点附近时，检测仪的声响和 表头都开始有反映，在漏蚀点正上方时，仪表反应最强。 这种方法的优点是操作简单，准确率和检测工作效率高，能够精确、快速定位防腐 层缺陷处位置，适合野外操作。其缺点是需沿全线步行检测；抗干扰性能差，易受人为 和外界环境影响，当地下管网较复杂时，容易产生错误的判断；发射机功率较小，测量 距离受到一定限制：需同时使用定位仪和检漏仪：不能判定防护层老化程度嗍。 1 1 1 1 0d c v g 和c i p s 综合检测技术1 9 l 直流电位梯度检测法( d c v g ) 和近间距管一地电位检测法( c i p s ) 综合检测技术 是国外这几年十分推崇的一种新的管道腐蚀检测技术。它不仅可以准确地检测出施加阴 极保护的管道腐蚀情况，而且可以对腐蚀程度及腐蚀破损点进行精确的定量、定性判断。 由于该技术处理的是与腐蚀机理有直接关系的数据，因而还可为腐蚀机理的研究提供很 有价值的资料。 d c v g 和c i p s 综合检测技术是将d c v g 和c i p s 二者优点综合起来应用。c i p s 是针对管一地电位检测的检测精度低，于是采用拖拉电缆来进行更准确的管一地电位检 测的方法。d c v g 主要通过检测管道地面的电压梯度变化从而判断管道防腐层缺陷，根 据其缺陷形状及位置的不同，其形成的电压梯度场的分布形状及强弱不同来对缺陷进行 判断。 d c v g 和c i p s 综合检测技术可先采用d c v g 方法进行总体的管道防腐层检测， 利用中心零位的高灵敏度毫安表来检测产生的电压梯度场，根据其指针的偏转来判断破 损点是否有腐蚀发生，如图1 6 所示。然后在缺陷的中心位置作上标记。再采用c i p s 近间距电位检测技术在每个防腐层缺陷中心测量出阴极保护系统o n 状态下管地电位 v o n 和o f f 状态的瞬时关电位f f 。通过以上测量，根据每一个缺陷的r 值的百分比 的测算，确定出缺陷的大小、腐蚀严重程度，最后确定管道防腐层的保护度，以及定量、 定性评价防腐层缺陷。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 无长线屯池 有阴极保护 缺陷得到保护 无阴极保护 硬陷星阴性 有保护电流时 缺陷得到保护 无阴极保护 缺陷呈阳性 有保护电流时 缺陷得到保护 无阴极保护 缺陷呈阳性 有阴撮保护 缺陷未得到保护 图l - 6 管道腐蚀缺陷的仪表显示 f i g l - 6m e t e r yd i s p l a yo fp i p e l i n ec o r r o s i o nd e t e c t i o n 1 1 1 1 1 技术特点对比 除了上述描述的几种检测方法以外，还有标准管地电位法、密集电位测试法、波形 分析法等，用来判断防腐层的状况，但都各有侧重和优缺点，几种检测方法的对比见表 1 - 1 。 表1 - 1 几种检测方法对比 t a b l e l 1c o n 仃a s to fm o r n i t o rm e t h o d s 近间距检测直流电位梯管中电流法瞬变电磁法电流梯度检测综合检测法 项目 法c i p s度法d c v g p c mt e m 法a c c gd c v g c i p s 检测阴极保探测管线走衡量防腐绝缘探测管道的 护效果和防 探测有阴极 功能保护的防腐 向埋深：检测检测金属管层绝缘电阻：阴极保护效 腐层失效范防腐层绝缘体腐蚀程度测定防腐层破果：定位防腐 围 层破损 性能损位置层破损点 简单易行：可可估计破损功能多：可定 对管段腐蚀 不需沿线徒步消除干扰：测 消除i r 降误点大小：判断性测定防腐检测，可在人量准确度高， 优点测量的准确 员难以到达区减少开挖工差：可利用计缺陷处是否层的绝缘质 度较高 算机采样发生腐蚀量域使用作量 无法定量测 无法准确对 电位取决于 高土壤阻抗量防腐层破 腐蚀点定位： 只针对一段管 土壤的腐蚀不易发现小 段防腐层作出 时间及应用 缺点率的地质环损，不适合在 腐蚀点附近花费大性：受人为技 境不适合 高压交流输 评价 术影响磁性体的干 电线下使用 扰 配合a 字架， 无法精确定对 6 c m 2 破可检测到 精度定位准确较精确定位无法精确定位 位损点较精确l c m 2 破损点 定位 国内 普及 较少应用较多 研究、应用探研究、应用探 应用 索阶段 初步应用 索阶段 第一章前言 1 1 2 管道内腐蚀检测技术 管道发生腐蚀后，通常表现为管道的管壁变薄，出现局部的凹坑和麻点。管道内腐 蚀检测技术主要是针对管壁的变化来进行测量和分析的。在没有开挖的情况下进行的管 道内腐蚀检测，一般采用漏磁通法、超声波法、涡流检测法、激光检测法和电视测量法 等。其中，激光检测法和电视测量法需和其它方法配合，才能得出有效准确的腐蚀数据。 而涡流检测法虽然可适用于多种黑色金属和有色金属，例如探测蚀孔、裂纹、全面腐蚀 和局部腐蚀，但涡流对于铁磁材料的穿透力很弱，只能用来检查表面腐蚀。而且如果在 金属表面的腐蚀产物中有磁性垢层或存在磁性氧化物，就可能给测量结果带来难以避免 的误差。另外，由于涡流法的检测结果与被测金属的电导率有密切关系，为了提高测量 精度，还要求被测体系最好保持恒温。所以，现在国内外使用较为广泛的管道腐蚀检测 方法是漏磁通法和超声波检测法。 1 1 2 1 漏磁通法n 们 漏磁通法检测的基本原理是建立在铁磁材料的高磁导率这一特性之上，钢管腐蚀缺 陷处的磁导率远小于钢管的磁导率。如图1 7 所示，钢管在外加磁场作用下被磁化，产 生一个轴向饱和磁场，当钢管中无缺陷时，磁力线绝大部分通过钢管，此时磁力线均匀 分布；当钢管内壁或外壁有缺陷时，磁力线发生弯曲，并且有一部分磁力线泄漏出钢管 表面而产生所谓漏磁。漏磁场被位于两个磁极之间的磁感应探头检测到，利用磁感应元 件在钢管表面相对切割磁力线产生感应电信号，这些电信号经过采集并记录下来供分 析，诊断和评判，即检测被磁化钢管表面溢出的漏磁通，就可判断缺陷是否存在。 图1 - 7 钢管漏磁检测原理图 f i 9 1 - 7t e s t i n gt h e o r yo fs t e e lp i p em a g n e t i cf l u xl e a k a g e 使用漏磁法检测管壁厚度时，检测信号易受到管壁腐蚀缺陷的长度、深度和缺陷形 状等因素的影响。当腐蚀缺陷的面积大于探头的灵敏区时，管壁厚度的检测灵敏度高。 但是，当腐蚀缺陷的面积小于探头的灵敏区时，管壁厚度的检测精度难以得到保证。因 1 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 此漏磁检测装置分为高分辨率和低分辨率两种，高、低分辨率漏磁检测装置的划分以所 用探头数的多少或各探头间的周向间距而定。探头数愈多，各探头之间的周向间距愈小， 分辨率愈高，则检测精度愈高。高分辨率漏磁检测装置对槽形缺陷具有良好的检测效果。 对长宽比大于2 ，宽度小于探头周向间距的槽形缺陷而言，当采用探头周向间距为3 0 , - - 4 0 r a m 的漏磁检测装置检测时，壁厚的检测值明显偏小。而采用探头周向间距为8 m m 的漏磁检测装置再次对这种缺陷进行检测时，则能精确测量壁厚。 从1 9 6 5 年美国a m f 公司研制出第一台漏磁通法检测器以来，漏磁通法检测器是目 前应用历史较长、技术较完善的检测设备，其主要用途是在管道穿孔之前确定或描述因 内、外腐蚀引起的壁厚变化情况，同时也能检测出管壁的凹痕、皱褶等腐蚀缺陷。 漏磁通法检测器一般由三个模块组成，各模块之间由联轴节连接，如图1 8 所示。 漏磁通法检测器的优点是： ( 1 ) 操作简单，检测速度快，检测费用较低； ( 2 ) 对管道输送的介质不敏感，可以测量油气水多相流管道的腐蚀； ( 3 ) 可以覆盖管道的整个圆周； ( 4 ) 用于中小型管道的细小缺陷检测。 电t 奠块 传寤决筑 仪嚣模安 图1 - 8 漏磁通法检测器的结构示意图 f i 9 1 8 s t r u c t u r eo fm a g n e t i cf l u xl e a k a g ed e t e c t o r 漏磁通法检测器的缺点是： ( 1 ) 容易产生虚假信号漏磁通法检测器产生的信号不仅与管道缺陷的严重程度 有关，还与管道缺陷的几何形状有关，这就使得腐蚀不严重但边缘陡峭的局部腐蚀所产 生的信号比腐蚀严重但边缘平滑的腐蚀所产生的信号强，因此必须对信号进行准确解 释，以确切评价腐蚀的程度。 ( 2 ) 检测灵敏度低漏磁通法检测器的检测结果易受管材的影响，检测精度随管 壁厚度的减小而提高，有关缺陷都能检测出来，但不能可靠地确定缺陷的大小。 第一章前言 ( 3 ) 测厚方面不如超声波裂纹检测仪简便。 ( 4 ) 不能检测轴向缺陷漏磁通法检测器对腐蚀坑和三维机械缺陷最为敏感，而 对轴向缺陷则检测困难。 1 1 2 2 超声波法 超声波检测法主要是利用超声波的脉冲反射原理来测量管壁受蚀后的厚度，其检测 原理如图i - 9 所示。检测时将探头垂直向管道内壁发射超声脉冲基波p ，探头首先接收 到由管壁内表面的反射脉冲f ，然后超声探头又会接收到来自管壁外表面的反射脉冲b ， 这个脉冲与管壁内表面反射脉冲f 之间的间距如反映了管壁的厚度。若管壁受蚀，如 将减小。 这种检测方法是管道腐蚀缺陷深度和位置的直接检测方法，检测原理简单，对管道 材料的敏感性小，检测时不受管道材料杂质的影响，能够实现对厚壁大管径的管道进行 精确检测，不受壁厚限制。根据基波p 与f 间的间距而的变化，还能分辨管道的内外 壁腐蚀、管道的变形、应力腐蚀破裂和管壁内的缺陷，如夹渣等。此外超声波法的检测 数据简单准确，无需校验，检测数据非常适合作为管道最大允许输送压力的计算，为检 验后确定管道的使用期限和维修方案提供了极大的方便。这种方法的不足之处是超声波 在空气中衰减很快，检测时一般要有声波的传播介质，如油或水等。 管道外蹙完好内壁受蚀 可 4 ，碣 图1 - 9 超声波法检测原理 f i 9 1 - 9t e s t i n gt h e o r yo f u l t r a s o n i cm e t h o d 1 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 1 1 2 3 涡流检测技术 涡流检测技术的原理是：在涡流式检测器的两个初级线圈内通以微弱电流，使钢管 表面因电磁感应而产生涡流，用次级线圈进行检测。若管壁没有缺陷，每个初级线圈上 的磁通量均与次级线圈上的磁通量相等，由于反向连接，次级线圈上不产生电压。有缺 陷时，磁通发生紊乱，磁力线扭曲，使次级线圈的磁通失去平衡而产生电压。通过对该 电压的分析，检测出腐蚀情况。 涡流式检测器可检测输送气体、液体的管道。 1 1 2 4 技术特点对比 目前对管道内腐蚀的检测应用最普及的是静压试验法，但是该方法不仅应用费用 高，而且检测管道缺陷种类少，油气对管道的失效几乎无法预见。表1 2 将内腐蚀检测 的几种技术进行了对比。 表1 _ 2 管道内检测技术对比 t a b l e l 一2 t e c h n o l o g yc o n t r a s to fp i p e l i n ei n t e r n a ld e t e c t i o n 静压实验法检茨蝤道内腐蚀应用简单 费用高 准确性低普及 试验周期长 溺黼法( m 凡) j 蜊管道内腐蚀薯銎糍求不高篡萋薯窘黼嚣影响嚣碱躲 舻波法c u ，$ 捌髓内腐蚀装冀器张羹冀塞鬻垒 应用研究探棠 阶段 1 7 第二章中沧输气管道外腐蚀状况检测 第二章中沧输气管道外腐蚀状况检测 埋地长输管道的防腐保护状况对于管道的安全平稳运行至关重要。中国石油天然气 股份公司管道分公司中原输气管理处管理的濮阳沧州输气管线( 以下简称中沧线) 承 担着向沧州化肥厂等大型企业和聊城、高唐、德州开发区及沧州等7 县( 市) 的供气任务， 建设至今已1 9 年。为全面了解管道的防腐保护状况，为管道今后的维修和管理提供科 学的依据，中原输气管理处决定在2 0 0 3 年对中沧线管道进行防腐保护状况检测。沈阳 龙昌管道检测中心受中原输气管理处委托承担了此项检测任务。本次检测的内容包括： 管道防腐层绝缘状况测试、阴极保护状况测试、管道埋深测试、沿线土壤环境测试、杂 散电流干扰测试、防腐层现场开挖测试和取样室内测试。本次测试共检测管道3 6 1 8 9 1 k m ， 现场采集各类样品2 0 个，测取各类数据1 5 0 0 0 余个。通过测试分析，基本上查清了所 测管道的防腐保护状况。 2 1 中沧线管道概况 中沧线是由管道局自行设计、建设的第一条长距离、大口径输气管道。管道于1 9 8 4 年开始建设，1 9 8 6 年8 月投产运行。管道起自河南省濮阳市的柳屯镇，途经河南、山东、 河北三省的五市十县，终点为河北省沧州市化肥厂。全线设濮阳首站和沧州末站以及线 路截断阀室1 3 处，清管站3 个，微波通讯站8 个，阴极保护站1 0 个。管道经过地区均 属华北冲积平原，地势平坦开阔，由南到北略呈逐渐降低趋势，地面高程变化小。线路 走向基本与公路平行，沿线绝大部分是旱田，水田极少，但农田水利事业发达，灌渠纵 横。全线共穿、跨越大中型河流1 7 处；穿越铁路1 处，公路4 8 处。 中沧线管道全长3 6 1 8 9 1 k m ，其中河南省境内1 0 8 9 1 k m ，山东省境内2 4 2 k m ，河北 省境内1 0 9 k m 。管道干线采用4 2 6 m m 变壁管、变材质敷设，其中首站至高唐段管材为 t s 5 2 k ，高唐至沧州段管材为s m 4 1 b ，首站出站7 8 k m 管道壁厚为8 m m ，其余2 8 3 8 9 1 k m 管道壁厚均为7 m m 。管线设计年输气能力为6 亿标准立方米，首站出站最高工作压力为 3 4 3 m p a 。管道外防腐采用石油沥青防腐涂层和外加电流阴极保护相结合的保护措施。近 年来，该管道先后进行多处防腐层大修处理。大修段管道外壁防腐材料多数采用防腐胶 带，还有少量采用环氧粉末防腐层。 1 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 2 2 检测项目组织 2 2 1 工作流程 2 2 2 仪器装备 l 收集分析管道基础资料 上 制订检测方案 上 l 现场实施检测 上 i 样品检验分析 j r l 数据计算处理 上 i编制技术分析报告 土 提交报告业主验收 ( 1 ) 、r d p c m 管道电流测绘系统，1 套 ( 2 ) 、g d f f w 多频管中电流法数据处理软件，1 套 ( 3 ) 、v c 9 8 0 6 数字万用表，2 块 ( 4 ) 、s l 一6 8 b 防腐层电火花检漏仪，l 台 ( 5 ) 、z c - 8 接地电阻测试仪，2 台 ( 6 ) 、m i n i t e s t i1 0 0 防腐层测厚仪，1 台 ( 7 ) 、f j 一1 防腐层检漏仪，l 台 ( 8 ) 、h c c 一1 6 p 超声波测厚仪，1 台 ( 9 ) 、便携式电脑，1 台 、无线对讲机，4 部 a d 、测试车辆，1 台 1 9 第二章中沧输气管道外腐蚀状况检测 2 2 3 人员组织 项目经理 检测技术人员 项目安全员 质量控制员 2 3 工作内容 1 人 6 人 1 人( 兼) 1 人( 兼) 按照中原输气管理处的要求，并参照管道分公司2 0 0 1 年制订的“管道外检测技术 要求”，本次测试的工作内容和方法如下： 1 、管道防腐层绝