长输管道外防腐层检测技术应用shangjiao.doc

长输管道外防腐层检测技术应用韦皓1 海涛2 王立元2（1. 中石化销售华南分公司，广西南宁510000; 2.广西大学电气工程学院,广西南宁 530004）摘 要：分析长输管道常用的三种外防腐层检测技术，即PCM法、PEARSON法、DCVG法，介绍西南成品油管道的实际应用经验，提出根据实际情况灵活运用这三种检测技术有效对管道进行全面检查。关键词：管道；外防腐层；检测技术；破损点Inspection of External Anticorrosive Coatingfor Long-distance PipelineWEI Hao HAI Tao WANGLiyuan(1.College of Electrical Engineering, Guangxi University, Guang xi Nanning 530004;Sinopec Sales Co., Ltd. in southern China branch,Guangzhou 510000,China)Abstract：The paper mainly analyzes three important kinds of inspection technology of external anticorrosive coating for long-distance pipelines, namely PCM, PEARSON, DCVG, Introduced the South-west Refined Oil Long-distance Pipelines practical application experience, proposed according to the actual situation utilizes these three kind of inspection technology to inspect the pipeline comprehensively and nimbly.Key words：pipeline；protective coating；inspection technology；dilapidating point of coating1引言长输油气管道运输方式与传统铁路、公路、水运相比，具有成本低、输量大、密闭安全、易管理、易控制等优点。近几年，在我国长输管线得到飞速发展，以每年三千公里以上的速度增长，埋地钢制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。管道绝大部分埋入地下，在施工过程中，管道外防腐层难免会受到划伤、磕坏，这些破损点与土壤直接接触，造成阴极保护漏电失效，同时在各种酸碱性土壤中，这些破损点很快会受到腐蚀穿孔，造成管道泄漏，发生爆炸。如何在不开挖的情况下，在地表用仪器方便准确的检查出管道的走向、深度、防腐层漏蚀点位置和腐蚀程度是目前检测技术的发展方向。2 介绍三种常用埋地管道防腐层外检测技术2.1PCM技术（管中电流法）多频管中电流法，主要是测量管道中电流衰减梯度，简称管中电流法，也叫电流梯度法。对管道施加一定的电流后，电流由信号加入点向远方传递时会逐渐衰减。衰减大小与防腐绝缘层的电阻有关。绝缘层电阻高，电流衰减就慢，反之则衰减快。电流随距离衰减关系式为： 式中管道中任意处的电流，mA发射机向管道施加电流点的电流，mA测量点到发射点的距离，m衰减系数（与被测管道的防腐绝缘层电阻率、管道直径、壁厚、材质有关）衰减系数与管道的电特性参数R、G、C、L相关，R为管道的纵向电阻，单位为.m，G为横向绝缘电阻，G是判断防腐层好坏的重要参数；C为管道与地间的分布电容，单位是F/m；L为管道的自感，单位是mH/m。当管道直径为时，管道1m2上绝缘电阻Rg可写成：防腐层的平均绝缘电阻大，衰减系数就小；反之，衰减系数就大，即电流泄漏严重。当管道的防腐层由同种材料构成，且各段的平均绝缘电阻差别不大时，管道中电流的对数与管道与供电点的距离呈线性关系，其斜率大小取决于防腐层的绝缘电阻。单位距离的衰减率与距离绘制成的二维图形是一条平行于轴的直线，即：式中单位长度管道电流平均衰减率防腐层绝缘电阻不同，电流衰减率也不同。根据各管段的电流衰减率，可以计算出防腐层绝缘电阻的大小。接地条件不影响该方法的使用。在进行同一组测量时，加载在管道上的电流频率是不变的，但由于仪器的发射机及接收机都提供有几种测试频率，所以可用几个不同的频率对同一管段进行测定，然后进行对比，算出所需要的结果 在一定的管道上各种参数不变时，Rg的改变会影响衰减系数；反之，通过测定衰减系数也就可以确定管道防腐层的绝缘电阻Rg。图1 管道有破损时的Idb 变化曲线 Fig.1 The characteristic carve of Idb under fault图1中Idb的计算公式为PCM技术目前是国内外管道外防腐层检测最常用技术之一，其代表性产品是英国RADIODETECTION公司开发的 RD400-PCM系列，该仪器对防腐层破损定位和评估有良好的功效，在国内外长输管道应用中得到广泛证实。2.2PEARSON(PS)皮尔逊检测技术 该检测技术也称电压差法，检测基本原理：在管道大地之间施加的交变信号通过管道防腐层的破损点处时会流失到大地土壤中，因而电流密度随着远离破损点的距离而减小，在破损点的上方地表面形成了一个交流电压梯度。这样在管道破损裸露点和土壤之间就会形成电压差，且在接近破损点的部位电压差最大，用仪器在埋设管道的地面上检测到这种电位异常，即可发现管道防腐层破损点。以该原理为基础的仪器目前国内外均有生产，最具有代表性的是江苏海安无线电仪器厂生产的SL系列地下管道防腐层探测检漏仪，它用“人体电容法”来拾取信号，检测时，两名操作者脚穿铁钉鞋或手握探针，相距36m，将各自拾取的电压信号通过电缆送接收装置，经滤波放大后，由指示电路指示检测。该设备经济实用，是国内常用的检测仪器，是长输管道运营单位常备的仪器之一。 该方法利用一个发射机，发射一音频信号如1 000 Hz的交流信号与管道相连，如果管道防腐层完整良好，则信号沿管道传播，逐步减弱。如果管道防腐层有破损，信号将从破损处溢出管道，并在该处周围土壤中产生较强的磁场信号，当检测人员手持带有选频放大器的接收机在管道正上方行走时，接收机将对这一明显的溢出信号产生报警显示。检测人员可根据音频报警和电流信号的大小确定管道防腐层破损的位置。23直流电压梯度法（DCVG法）直流电位梯度法(DCVG)是由一位澳大利亚一位工程师首先提出，最初应用在通信电缆外护套破损的确定，而后广泛地应用在埋地钢管外防腐层破损的直接检测和评价领域，至今已经有逾30年历史。其基本原理是当把一个直流信号(如阴极保护信号)施加到带防腐层的管道上，就能在管道的防腐层破损点裸露的管体和大地之间，由于土壤的电阻作用，建立起电压梯度，即土壤的电压降U。依据土壤的电压降占管道对地电压的百分比来计算涂层缺陷的大小和破损点的严重程度，越靠近管道的破损点电压的梯度越大，流失的电流也越大。在DCVG检测技术中，采用了不对称信号，可以判断管道是否有电流流入或流出，因而可以判断管道是否在防腐破损点是否有腐蚀发生。这是其他检查方法不具备的特点。利用直流电位梯度法(DCVG)可以测量在防腐层缺陷点处时，由于管道自然电位或阴极保护电位的存在，使缺陷处形成一个稳定的电场，中心的强度最大，波及到十几米到几十米的范围，依据管地电位的不同可产生10500mv的梯度，梯度的变化为指数衰减，0.91.8米处衰减最大。由此可检测处防腐层缺陷的中心点，测量防腐层缺陷点中心至垂直管道一侧一定距离的电位梯度，与该处管道的正常保护电位比较所得的值，称为%U，用以判定破损点的严重程度。其判断标准为：小破损点：(1015)U；中破损点：(16一35)U；大破损点：(36100)U。依据上述原理，直流电位梯度法使用两块高灵敏度的电压表，一块电压表在管道防腐层破损点上方的地面上测量两个铜/硫酸铜半电池电极的电位差，要求有一个铜/硫酸铜半电池电极置于管线中心线正上方；另一个铜/硫酸铜半电池电极置于管道的一侧，并于管线的中心线垂直。两个电极相距1米，因为一个半电池电位比另一个电位要高，这样就可以确定电位梯度的大小和电流的方向，沿着管线中心线每隔1米做一次，记录其电压表读数。根据在西南成品油管道实际应用经验判断，梯度表读数在2.5V的范围内，基本上可以判断没有漏点。至于管线的中心线用一块电压表和一个铜/硫酸铜半电池电极确定，先估计一下管道中心线的大概位置，测梯度电位的两个铜/硫酸铜半电池电极按上述方法放置于好，用测中心线的铜/硫酸铜半电池电极在估计的管道上方位置移动，其连接的电压表指示基本到零为中心线（实际操作中是一个很小的数，只要来回移动，探找，电压表指示最小的的点就是中心线点），确定中心线之后，按上述测梯度调整铜/硫酸铜半电池电极位置，记录读数。其三个铜/硫酸铜半电池电极与两块电压表的接线见图一：输油管道COMCOM测管中心线压表测梯度电位电压表垂直且相距1米接红表笔接红表笔硫酸铜参比电1硫酸铜参比电3说明：参比电极1用于测管线中心线，参比电极2、3测梯度电位，参比电极1、3置于管线中心线，参比电极2置于管线一侧。图1：直流电位梯度法电压表与硫酸铜参比电极接线图 Fig.1 The DCVG and CUSO4 reference electrode 2007年西南成品油管道南宁段发生因电腐蚀管道穿孔油品渗漏事件，该漏点管道离联通公司基站五米，实际管道离基站地极网只为一米，由于发射基站的干扰，使用RD-PCM400和海安SL-5在该基站前后80米范围内受到强烈干扰，仪器显示混乱，无法正常检查。运用万用表与硫酸铜参比电极（DCVG法）对该段管道进行检查，发现管道梯度电位严重超高，并通过DCVG法检测出漏点两个，后经开挖检查证明与测量结果吻合。3三种检测技术实际应用西南成品油管道全程1741公里，途经广东、广西、贵州及云南省，沿线经过各种气候区、土壤、地貌结构，穿越公路、铁路、河流、高压线、变电站、发射基站和电气化铁路等设施，从2005年至2009年以来，主要通过以上三种检测技术对埋地管道外防腐层进行检测，这三种方法各有优点和不足之处，实际应用结果归类比较如表一。表1 3种检测技术对比表Tab.1 Analog table of three measurement technology 检测方法（设备）PCM（RD-PCM400）PEARSON（海安SL-5型）DCVG（万用表+硫酸铜电极）比较项目检测范围发射机前后10-15公里发射机前后3-5公里就地结果准确率98%90%98%破损点评估评估量化很难评估破损程度可以评估初始信号强弱无关有关-存档记录可与以后测的数据比较无法存档可与以后测的数据比较干扰源的情况有影响有影响影响微小平行其他管道有影响有影响有影响操作难度一般要求有一定经验一般检测速度一般快（接近巡线速度）很慢管道位置定位准确准确准确管道深度定位3米内准确一般不能检测适合用途要求较高的准确定位全线检测或年检使用干扰较大的场合（高压线、发射站旁、电气化铁路穿越等）设备价格高经济忽略4 结论（1）管道外防腐层的检测技术有很多种，PCM法、PEARSON法和DCVG法组合对长输管道进行检测是经济、可靠的选择。（2）应该针对管道具体情况正确选择检测的方法、仪器，或采取多种检测方法相结合的办法，以最有效的反映管道情况，更好地对管道进行管理和维护。（3）新建管道在铺设时很容易被划伤、磕坏外防腐层，在穿越的情况下更易产生破坏，因此在竣工后对管道外防腐层的检测是非常必要的，这样可以保证管道在投产前得到及时修复，大大减少了维修难度和费用。投产时管道处于一个良好的状态，将非时间因素引起的腐蚀破坏降低到最低点，以延长管道的使用寿命。（4）长输管道埋在地下，各种地理条件复杂，管道腐蚀不能避免，为了管道的安全运行，定期的对管道全线进行检测非常有必要。（5