標題埋地金屬管道綜合檢測技術應用研究

論文埋地金屬管道綜合檢測技術應用研究范磊 林輝 (大慶市匯通無損檢測技術服務有限公司) 摘要：隨著技術的進步以及國家能源政策的調整，埋地管道的安全運行日益得到了管道使用單位和政府相關職能部門的重視。本文綜述了目前國內外常用的埋地金屬鋼質管道檢驗檢測方法的原理及其優缺點，并結合作者的研究成果，提出埋地金屬管道綜合檢驗檢測技術組合方法。 關鍵詞：埋地金屬管道、檢測技術、比對研究、方法組合 1、前言 隨著科技的進步以及國家相關政策法令（如302號令(1)）的出臺，埋地金屬管道使用單位對管道的安全性能越來越重視。隨著政府有關職能部門的改革，對埋地金屬管道的安全監察也日益重視(2)。經過對舊管道的修復（Renovation）、修理（Repair）及更換（Replacement），（簡稱3R技術）(3)，通過進行方案比較，發現主動進行有計劃的“修復”比管道事故后的“修理”代價小得多，有效地避免了惡性事故的發生，大大地提高了社會效益和經濟效益。而修復的基本要求是對埋地鋼質管道的走向與埋深、管道的腐蝕防護系統進行準確的檢測與評價，其結果對的準確性管道的安全運行起著關鍵作用。因而，如何進行科學有效的檢測以及制定綜合檢測技術與方案，目前尚未全面解決城市埋地金屬管道腐蝕檢測問題的方法儀器與相應的技術方案。因此，開展埋地金屬管道綜合檢驗檢測技術研究具有重要的現實意義(4)。埋地鋼質管道檢測技術包括內部檢測與外部檢測，本文主要討論外檢測技術。外部檢測主要是指在地面不開挖條件下，對埋地鋼質管道外覆蓋層以及陰極保護效果進行檢測評價，同時，有效地檢測監控管道經過地區的環境條件，也是埋地金屬管道腐蝕防護檢驗檢測評價的一個重要方面。 2、埋地金屬管道外覆蓋層檢測技術與儀器 埋地金屬管道防腐涂層檢測的方法很多，而且各具特色，但迄今為止，尚無綜合方法解決城市埋地燃氣鋼質管道的腐蝕與防護檢測問題�，F將國內外常用檢測方法的原理、特點以及優缺點進行了研究。常用的管道外檢測技術有：標準管/地（P/S）電位測試、密間隔電位測試技術（CIPS）、直流電位梯度法（DCVG）、Pearson測試技術、多頻管中電流衰減測試法、變頻選頻法、直流電流－電位法等(3，4，5，6，7)。（1）管/地電位檢測技術 管/地電位檢測技術就是利用數字萬用表與Cu/CuSO4（CSE）硫酸銅參比電極對埋地管道自然電位和保護電位的測量，通過電位的數值間接評定涂層的質量狀況。常用的有近參比法、地表參比法與遠參比法。該種方法能快速測量管線的陰極保護電位，是目前通用的地面測量管道保護電位的方法，不能確定缺陷大小、位置以及涂層剝離。（2）密間歇電位檢測（CIPS） 密間歇電位（有時也稱為近間距電位測試）檢測技術是當今尖端的檢測技術之一，是一種用來提供管道對地電位與距離關系詳細情況的地面檢測技術。 CIPS的含義是近間距管對地電位測量，它由一個高靈敏的毫伏表和一個Cu/CuSO4半電池探杖以及一個尾線輪組成。測量時，在陰極保護電源輸出線上串接斷流器，斷流器以一定的周期斷開或接通陰極保護電流。能指示管道沿線的CP效果，指出缺陷的嚴重性，并自動采集數據樣。缺點是檢測時需步行整個管線，檢測結果不能指示涂層的剝離，還可能受到干擾電流的影響，需拖拉電纜，使用范圍有一定的限制。代表儀器是加拿大Cathodic Technology Company生產的Hexcorder CIPS。（3）直流電壓梯度測試技術（DCVG） 當直流信號象陰極保護電流一樣加到管道上時，在管道防腐層破損裸漏點和土壤之間存在電壓梯度。在接近破損裸漏點部位，電流密度增大，電壓梯度增大。一般地，電壓梯度與裸漏面積成正比例關系。直流電壓梯度檢測技術，就是基于上述原理而建立的。 DCVG方法是使用一個的毫伏表（先進的DCVG儀器用數字液晶屏幕顯示所測的毫伏數），以及2個Cu/CuSO4半電池探杖插入檢測部位的地面進行電位梯度檢測。 為了有利于對信號的觀察和解釋，在DCVG測量時，要在陰極保護輸出上加一個斷流器。在測量過程中，操作員沿管線以2m間隔用探杖在管頂上方進行測量。 該方法能準確地查出防腐層的破損位置，可估算缺陷大小，并通過IR％判定缺陷的嚴重程度。測試過程中不受交流電干擾，不需拖拉電纜，受地貌影響小，操作簡單，準確度高。根據檢測結果可給用戶提供合理的維護和改造建議。但該方法不能指示管線陰極保護效果，不能指示涂層剝離，需沿線步行檢測；雜散電流、地表土壤的電阻率等環境因素會引起一定的測量誤差。 代表儀器是加拿大Cathodic Technology Company生產的HexcorderDCVG。（4）Pearson檢測技術 該檢測技術也稱電壓差法，在管道與大地之間施加的交變信號通過管道防腐層的破損點處時會流失到大地土壤中，因而電流密度隨著遠離破損點的距離而減小，在破損點的上方地表面形成了一個交流電壓梯度。檢測時，兩名操作者腳穿鐵釘鞋或手握探針，相距3～6m，將各自拾取的電壓信號通過電纜送接收裝置，經濾波放大后，指示檢測結果。 可沿線檢測防腐層破損點和金屬物體，是目前國內最常用的檢測技術。價格便宜，且在國內有較成熟的使用經驗，檢測速度較快，同時，該法具有識別破損點大小的功能，微小漏點均能測到，在長輸管道的檢測與運行維護中的使用效果較好。但需要沿全線步行檢測，不能指示缺陷的嚴重程度、CP效率和涂層剝離，易受外界電流的干擾，依賴操作者的技能，常給出不存在的缺陷信息，同時，勞動強度較大，對水泥或瀝青地面產生了接地難的問題。代表儀器為大慶市匯通無損檢測技術公司生產的HT系列地下管道防腐層探測檢漏儀。（5）管內電流檢測技術 管內電流檢測技術，又稱多頻管中電流法（又稱電流衰減法）。是采用等效電流原理，評價防腐層絕緣電阻。 檢測時由發射機向管道發射某一頻率的信號電流，電流流經管道時，在管道周圍產生相應的磁場；當管道外防腐層完好時，隨著管道的延伸，電流較平衡，無電流流失現象或流失較少，其在管道周圍產生的磁場比較穩定；當管道外防腐涂層破損或老化時，在破損處就會有電流流失現象，隨著管道的延伸，其在管道周圍磁場的強度就會減弱。 這是目前國內外應用比較成熟的一種檢測方法，可長間距快速探測整條管線的防腐層狀況，也可縮短間距對破損點進行定位，屬于非接觸地面測量，受地面環境影響較小。但測量結果不直觀，不能指示CP效率，不能指示涂層剝離，易受外界電流的干擾，且需預先獲得一些物理量，如管體的電阻、內電感、外電感以及防腐層的電容率等。 主要代表儀器是英國公司生產的RD400-PCM檢測儀。（6）變頻－選頻法 該方法是通過被測管路的某個標樁向管體和大地之間加載一定功率的交流信號，在另一標樁處檢測管體與大地之間同一頻率的信號，同步的改變發、收頻率直到接收功率是發射功率的5％以下即可認為“信號損耗殆盡”，然后利用兩標樁之間管體長度、管體直徑、管壁厚度、包覆層的材料損耗角正切、土壤特性阻抗等有關物理量計算兩標樁之間管道包覆層的漏電阻。由于評價是以段為單位進行的，實際上給出的是段內平均漏電阻，不能指出具體的破損點位置。 這是國內提出的一種檢測方法，能快速普查整條管道防腐層的綜合保護性能，受地面環境影響較小。但計算結果引入的人為因素多，誤差大，其線傳輸理論模型在管路復雜的情況下難以適應，特別是對于城市埋地管線，且不能有效的判斷破損點的位置。 代表儀器是大慶市匯通無損檢測技術公司生產的HT系列地下管道防腐層絕緣電阻測量儀。（7）管中電流－電位法 其原理是通過陰極電流測量電流衰減及電位偏移來計算其覆蓋層的絕緣性能參數，是測量覆蓋層絕緣性能的理想方法，但此法受到客觀因素的制約，如交、直流的干擾，儀器的專用性和響應速度，電流測試樁的設置，電源的通/斷，30m管長的誤差及鋼材電阻率的取值等，都將影響其結果的正確性。 3、擬定的檢測與設備組合 根據對上述各種檢測方法原理分析，以及優缺點總結，結合工程實際檢測以及對埋地金屬管道安全運行管理的需要，本文作者提出了埋地金屬管道綜合檢驗檢測技術組合方法，具體的應用步驟如下：（1）管線探尋 為了保證所進行的檢測是在管道正上方，需要明確管線的位置與走向。對廠區內的短距離管線，可選用RD4000-PDL，而長距離的管線，只能選用RD400-PCM進行探測；而對于局部區域內的復雜管線，可選用探地雷達，如PipeHawk地下管道探測雷達。 探地雷達的工作原理是：通過天線向地下發射一個快速上升的電磁脈沖，該脈沖被地下介質介電常數的變化散射，這些由地下介質介電常數的變化產生的散射將一小部分能量反射回到雷達天線。反射回來的信號由天線接收后傳送到數字信號處理硬件，經計算機處理后就能得到管道的具體位置。國家質檢總局鍋檢中心擁有國內唯一的一臺設備。（2）管線外覆蓋層安全質量狀況檢測 采用管中電流測繪法評價管線外覆蓋層的安全質量狀況�？刹捎肦D400-PCM以及變頻選頻儀，但目前比較常用的是RD400-PCM。通過檢測，可了解管段的整體安全質量狀況。（3）陰極保護效果檢測 對于管道外覆蓋層安全狀況較好的管段，可采用P/S管地電位測量方法，綜合評價管道的陰極保護效果。而對于外覆蓋層安全質量狀況較差的管道，宜采用CIPS測試其Von/Voff電位的分布情況，以判斷陰保效果，確保管道的安全運行。而對土壤電阻率較高的地區，建議也采用CIPS測試P/S電位，以有效地消除IR降問題。（4）破損點找尋、定位與大小估算 對外覆蓋層安全質量狀況異常的管段，以及陰極保護效果檢測發現問題較多的管段，應進行破損點檢測與定位，并估算其大小。目前常用的檢測有：RD400-PCM帶A字架檢測儀以及大慶市匯通無損檢測公司的HT系列地下管道防腐層檢漏儀。HT系列檢漏儀的精度略高于A字架檢測儀。建議采用兩種方法進行重復定位，以提高檢測準確率。為了有效地評估缺陷或破損點的危害，在可能的條件下，應明確外覆蓋層的破損點大小，可采用DCVG＋CIPS進行涂層破損點大小的判斷。（5）破損點嚴重性與陰陽極狀態判斷 有效判斷管線外覆蓋層破損點的嚴重性與陰陽極狀態是確保有缺陷的管道能否安全運行的重要因素。采用DCVG、SCM雜散電流測繪儀確定缺陷點的嚴重性與陽極/陰極狀態。在一般情況下，采用DCVG即可，而對于較復雜且重要的管線，建議采用SCM方法。因為，對于有破損點的管段，SCM能更有效地進行雜散電流測試，找出破損點屬于陽極傾向點還是陰極傾向點，為管道的運行維護與排流改造提供較多的信息。 SCM的工作原理為：智能信號發送器發送獨特的電流信號，用SCM智能感應器測量所選管道中流動的干擾電流，確定干擾電流流入目標管道的流入點、方向、流出點。經過以上檢測技術的組合，可以掌握地下鋼質管道的走向與埋深、外覆蓋層安全質量狀況、陰極保護電位分布、破損點大小與分布及位置、破損點的嚴重性與陰陽極趨向，從而為管道使用單位對管道進行維修理與改造提供依據，為政府相關職能部門安全監察提供參考。 4、結論 定期進行埋地鋼質管道檢驗檢測是國外實現管道安全運行與管理的重要措施，在實踐中得到了較好的應用，而在我國，由于政府管理職能因素、相關標準與法規的滯后以及技術方面等諸多原因，尚未完全開展埋地鋼質壓力管道的定期檢驗工作。埋地鋼質管道，特別是城市埋地燃氣管道的地面非開挖工程檢驗檢測，尚有一些技術難題未完全解決，需要對現有的檢測方法進行有效組合因此，本文在對國內外埋地鋼質管道的檢驗檢測技術與方法原理進行了分析以及總結其優缺點的基礎之上，提出了綜合檢驗檢測技術組合方法,并在大慶油田、齊齊哈爾天然氣公司等埋地金屬管道檢測中進行了試驗，具有可行性。