埋地管道音頻檢測(cè)施工技術(shù)

劉　潔　張　偉　龔永玲　張惠榮　殷蘇敏

[摘要]管道音頻檢測(cè)施工技術(shù)是近年來(lái)采用的管道檢測(cè)技術(shù)，闡述音頻檢測(cè)在埋地管道施工中對(duì)管道的腐蝕環(huán)境、防腐層狀況、管體腐蝕狀況、陰極保護(hù)運(yùn)行狀況、管線的埋深等進(jìn)行檢測(cè)方面的施工技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]埋地管道音頻檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TU7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-7597(2009)061 0097-03

一、引言

石油、天然氣和城市燃?xì)饴竦毓艿栏g與保護(hù)越來(lái)越引起人們的重視，管道防腐層由于埋地時(shí)間長(zhǎng)久而出現(xiàn)老化、發(fā)脆、剝離、脫落、造成管道的腐蝕、穿孔，引起泄漏，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成不可估量的損失。采用音頻檢測(cè)方法，可以為新鋪設(shè)管道防腐層施工質(zhì)量驗(yàn)收以及在役管道防腐層的運(yùn)行狀況提供真實(shí)有效的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)分析。

二、工藝原理

在待檢測(cè)管道上加一個(gè)電流，通過(guò)發(fā)射機(jī)施加到管線上一個(gè)或幾個(gè)特定頻率的檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)對(duì)該信號(hào)強(qiáng)弱、方向的測(cè)定，完成對(duì)管道的精確定位、測(cè)深、防腐層檢測(cè)等工作。

使用接收機(jī)對(duì)目標(biāo)管線進(jìn)行精確定位，水平天線在管道正上方給出最大響應(yīng)，垂直天線在管線正上方給出最小的信號(hào)響應(yīng)。使用不同的定位模式，通過(guò)接收機(jī)測(cè)出目標(biāo)管線的精確位置。

1．近直流信號(hào)。采用4Hz的信號(hào)電流，來(lái)完成埋地管道防腐層的檢測(cè)。在管道上的傳輸特性與陰保電流相近，對(duì)陰保系統(tǒng)的有效性評(píng)估及查找故障十分有效，故稱之為近直流信號(hào)。接收機(jī)檢測(cè)4Hz的電流讀數(shù)也稱PCM電流。

2．定位電流。發(fā)射機(jī)發(fā)射128Hz或640Hz的檢測(cè)電流，來(lái)完成對(duì)埋地管道的定位檢測(cè)。接收機(jī)檢測(cè)128Hz或640Hz的電流讀數(shù)稱之為定位電流。

3．ELF信號(hào)。發(fā)射機(jī)在ELF信號(hào)檔發(fā)射128Hz的定位電流信號(hào)。ELF頻率信號(hào)是超低頻信號(hào)的英文縮寫(Extra Low Frequency)。適合最大距離的埋地管道定位及防腐層檢測(cè)。接收機(jī)檢測(cè)128Hz的電流讀數(shù)稱之為定位電流。

三、工藝特點(diǎn)

利用A型架對(duì)管道進(jìn)行精確的測(cè)量：

用來(lái)進(jìn)行埋地管道外防腐層及電纜外皮破損點(diǎn)的精確定位。

1．使用時(shí)需將A型架的兩個(gè)探針與大地良好接觸。

2．電流方向(CD)功能，PCM接收機(jī)面板上的前后箭頭可直觀指示出漏點(diǎn)的方向。

3．PCM接收機(jī)面板上還顯示出A型架的兩個(gè)探針之間電位差的毫伏分貝值(dB)，該數(shù)值用來(lái)比較不同外防腐層故障檢測(cè)電流泄露的差異，以確定破損的嚴(yán)重程度。

用木樁或油漆記下故障點(diǎn)的位置。比較漏點(diǎn)的嚴(yán)重程度。

四、工藝流程

線路分段→發(fā)射機(jī)連接→拉地線連接→設(shè)備自檢→管線定位→管線走向定位→防腐層檢測(cè)→管線埋深檢測(cè)→疑似點(diǎn)復(fù)測(cè)→位置標(biāo)記→數(shù)據(jù)記錄

五、施工要點(diǎn)

1．PCM發(fā)射機(jī)

(1)連接信號(hào)輸出線

白色信號(hào)線直接與管道連接(閥門、測(cè)試樁、凝水缸等)。

綠色信號(hào)線接在合適的地線(地極、陰保系統(tǒng)的陽(yáng)極或跳接管道絕緣法蘭)上。

(2)選定檢測(cè)頻率

連接電源。如果連接直流電源，請(qǐng)檢查蓄電池的電壓，必要時(shí)進(jìn)行更換。

設(shè)定電流強(qiáng)度。注意過(guò)大的輸出會(huì)影響蓄電池的使用時(shí)間。

2．PCM接收機(jī)

(1)檢查電池。當(dāng)電量不足時(shí)，更換新電池。

(2)設(shè)定探測(cè)頻率，必須與發(fā)射頻率工作在同一頻率上。

(3)置于峰值定位方式。

3．管道的精確定位

所謂精確定位是指被測(cè)管道的位置已經(jīng)有了大致的了解，而用精確定位法確定出管道確切的位置。精確定位管線非常重要，因?yàn)閮x器測(cè)出的深度及電流值均受管道定位精度的影響。

(1)峰值法。將接收機(jī)的靈敏度放在大致一半的位置上，若此時(shí)模擬指針滿刻度，則逆時(shí)針?lè)较蛘{(diào)節(jié)增益，使指針在大致60％的位置。整個(gè)測(cè)量過(guò)程需及時(shí)調(diào)整靈敏度，使儀器的模擬指針保持在可觀察范圍以內(nèi)，如圖1。

(2)零值法。在峰值法上的記號(hào)點(diǎn)將接收機(jī)設(shè)置為工作零值方式，如圖2。

根據(jù)左／右方向箭頭指示，在管道上面再找到一個(gè)最小響應(yīng)點(diǎn)。如果此點(diǎn)與峰值法重合，說(shuō)明管道已被精確定位；如不重合，說(shuō)明管道位置尚未“精確”地找到，或有干擾存在。兩種方法定出的位置都偏離在管道的同一側(cè)，那么該管道的真實(shí)位置應(yīng)該接近峰值法所定的位置。

當(dāng)峰值法與零值法兩者測(cè)得的位置差距在15cm以內(nèi)，說(shuō)明測(cè)量結(jié)果是可以接受的。

圖3表示，有平行管道或閘閥時(shí)，對(duì)兩種方法產(chǎn)生的影響。進(jìn)行管道搜索定位，遇到有“T”型或“L”型管道或集結(jié)點(diǎn)而產(chǎn)生干擾，無(wú)法作出正確判斷時(shí)，則需要用左圖列出的方法進(jìn)行掃描。將接收機(jī)增益開至50％左右，在該區(qū)進(jìn)行加密測(cè)量。此時(shí)請(qǐng)注意接收機(jī)測(cè)量方向，并切記不要將接收機(jī)平面與管道同向。

4．測(cè)深和電流測(cè)量

(1)測(cè)深和測(cè)電流時(shí)注意：接收機(jī)必須放置在與管道垂直90。的上方。

(2)確定磁靴上的方向箭頭與管線的走向一致。

(3)磁力儀允許與支架(磁靴底端)有一角度的傾斜。

(4)在坡地上測(cè)深，必須保持接收機(jī)及磁力儀放置圖4位置。

(5)如果接收機(jī)放置如4圖第③種位置，則測(cè)得的深度和電流值是不

六、檢測(cè)應(yīng)用分析

(一)城市管網(wǎng)(有一段并行管道，見圖5)

測(cè)量一新管道，而新管道的一側(cè)埋設(shè)有舊管道，大約相距30cm。給目標(biāo)管道施加了1A的檢測(cè)電流。為了便于說(shuō)明，將被測(cè)管道分成A、B兩段。

A段：用峰值和零值定位重合情況良好，電流讀數(shù)值表明防腐層狀態(tài)良好。

B段：用峰／零值定位不重合，峰值位置偏向老管道一側(cè)，電流讀數(shù)也有明顯下降。

圖5中情況是：老管涂層不良并與新管有搭接現(xiàn)象，為電流入地提供一個(gè)良好通道。

這種情況的表現(xiàn)是該處管道的峰值位置偏向一側(cè)。而電流讀數(shù)急劇下降。用圖來(lái)分析，曲線拐點(diǎn)即是故障點(diǎn)。

為了驗(yàn)證這一假設(shè)，將發(fā)射機(jī)接到被測(cè)管道的另一端。

將同樣1A電流施加到管道另一端，獲得以下讀數(shù)。

A段：用峰值／零值定位重合良好，其讀數(shù)正常下降。

B段：用峰值及零值定位重合不佳，而且電流讀數(shù)下降。

C段：起始點(diǎn)電流急劇下降，幾乎消失，據(jù)此斷定此處有搭接。

這是由于舊的廢棄管道自搭接點(diǎn)處，與目標(biāo)管道的電流方向相反，提供檢測(cè)電流返回地極的最好通路，使得目標(biāo)管道上的電流幾乎為零。

(二)城市管網(wǎng)(一段伴行短管道典型應(yīng)用，見圖6)

為方便說(shuō)明，在圖7中對(duì)目標(biāo)管線分A、B、C三段。在目標(biāo)管道上施加1A電流，沿最大電流流向的一側(cè)管段進(jìn)行檢測(cè)。

A段：用峰值及零值法定位重合良好，這一電流讀數(shù)比較穩(wěn)定，說(shuō)明管道保護(hù)層完好。

B段：用峰值／零值法定位發(fā)現(xiàn)重合不好，間距超過(guò)15厘米時(shí)，而且讀數(shù)有明顯降落。

C段：用峰值及零值法定位重合良好，而且電流讀數(shù)穩(wěn)定。

說(shuō)明鄰側(cè)有另一金屬管道在B段上產(chǎn)生一個(gè)不大的反向電流，所以在新管道上引起了一股抵消作用，造成新管上的電流讀數(shù)下降。

圖6說(shuō)明有鄰管影響所引起的曲線凹缺。

典型測(cè)量示例：

在發(fā)射機(jī)的一側(cè)發(fā)現(xiàn)異常方向信號(hào)電流時(shí)的檢測(cè)，連接發(fā)射機(jī)，選擇1A檔供入信號(hào)電流。在電流方向箭頭指向發(fā)射機(jī)的位置，測(cè)得電流值為900mA。在發(fā)射機(jī)連接點(diǎn)的另一側(cè)，不但發(fā)現(xiàn)用峰／零定位重合不好，而且電流方向異常(離開發(fā)射機(jī)的)，再往遠(yuǎn)處情況依然如此。

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)鄰近有其它的金屬管道不但與被測(cè)管道搭接，而且管段的部分走向與目標(biāo)管道平行。而由于目標(biāo)管道上的信號(hào)電流比起相鄰管道的電伴行短管道典型應(yīng)用)檢測(cè)圖示。

(三)有均壓電纜長(zhǎng)輸管道的檢測(cè)

在距目標(biāo)管線大約3m遠(yuǎn)的位置有一廢棄的管道，兩管道之間有一均壓電纜連接，將發(fā)射機(jī)分別置于目標(biāo)管道的兩端進(jìn)行檢測(cè)，可以區(qū)分出舊管道對(duì)檢測(cè)電流讀數(shù)的影響。

PCM發(fā)射機(jī)連接到這條管道的陰保整流器的位置，測(cè)得檢測(cè)電流為800mA，并已確定出電流流向。

在距發(fā)射機(jī)3km以外的地方，測(cè)得兩個(gè)管道上都有很好的電流讀數(shù)，目標(biāo)管道300mA，舊管為100mA，電流方向表明在3km以內(nèi)的某處，兩條管道有搭接情況。

將發(fā)射機(jī)接到管道的另一端時(shí)，各測(cè)量點(diǎn)均在相同位置，而在目標(biāo)管線上信號(hào)供入點(diǎn)附近，也測(cè)得800mA電流，但在舊管道上測(cè)不出電流讀數(shù)。

一系列電流讀數(shù)表明：當(dāng)接近均壓電纜時(shí)，在兩管上均有電流讀數(shù)，但電流方向相反，指示連接點(diǎn)在前面。

在測(cè)得電流值為500mA處，發(fā)現(xiàn)搭接點(diǎn)，并繼續(xù)測(cè)得在整流器附近還有其它故障。

(四)如何避開干擾源獲得準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)

檢測(cè)過(guò)程中，時(shí)刻關(guān)注峰／零值位置的一致情況是十分必要的。如果對(duì)檢測(cè)中的埋深測(cè)量值有疑問(wèn)，可以采取提高接收機(jī)(如0.5m)重新測(cè)深，通過(guò)觀察重測(cè)值是否有相應(yīng)的加大，來(lái)判斷測(cè)得的埋深是否可靠。

由于PCM使用的是極低的檢測(cè)頻率，大大地減少了出現(xiàn)檢測(cè)錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。但是，仍有因現(xiàn)場(chǎng)的干擾導(dǎo)致檢測(cè)錯(cuò)誤的可能性。

出現(xiàn)下列情況時(shí)表示有干擾存在

1．峰值法、零值法定位點(diǎn)偏差超過(guò)15cm以上時(shí)。

2．測(cè)得的埋深值不合理。

3．接收機(jī)讀數(shù)不穩(wěn)定。

4．接收機(jī)面板顯示11到29號(hào)錯(cuò)誤“ERR”。

使用ELF／LF信號(hào)定位過(guò)程中的信號(hào)干擾，可能導(dǎo)致PCM電流的檢測(cè)錯(cuò)誤，這是由于進(jìn)行4Hz信號(hào)的電流測(cè)量過(guò)程要依賴于使用ELF／LFN號(hào)測(cè)深的結(jié)果。

(五)電流檢測(cè)的結(jié)果解釋

PCM是采用了近直流的檢測(cè)信號(hào)(4Hz)，優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)過(guò)程中幾乎可以不考慮管道防腐層的分布電容的影響，對(duì)其它相近的管道上的信號(hào)感應(yīng)也幾乎為零。

檢測(cè)信號(hào)的衰減幾乎全部是由防腐層電導(dǎo)引起的，也就是防腐層的性能下降或存在著與其它埋地金屬結(jié)構(gòu)搭接而產(chǎn)生的導(dǎo)電通路。

典型的檢測(cè)結(jié)果如下圖，它的解釋是：

在上圖中的A曲線，表示了一個(gè)典型破損點(diǎn)的電流流失點(diǎn)處，理想的信號(hào)反映。但圖中沒有考慮流入大地的漏點(diǎn)電流影響。

但實(shí)際的檢測(cè)結(jié)果是有變化的，因?yàn)榻邮諜C(jī)檢測(cè)到的電磁場(chǎng)不可避免地會(huì)受到大地中其它導(dǎo)電通路流動(dòng)的檢測(cè)電流產(chǎn)生電磁場(chǎng)的影響，也包括漏點(diǎn)周圍防腐層變化的影響。

圖中給出的B曲線是考慮了大地中漏點(diǎn)電流影響的理論曲線。注意，在漏點(diǎn)處，兩個(gè)方向的電流通過(guò)防腐層的漏點(diǎn)流入管道，使得漏點(diǎn)處的電磁場(chǎng)受到不同的干擾。在發(fā)射機(jī)方向，漏點(diǎn)處的電流對(duì)管中電流起到抵消作用；而在反方向，漏點(diǎn)處的電流對(duì)管道內(nèi)的電流會(huì)產(chǎn)生疊加作用。在距離漏點(diǎn)的一定距離內(nèi)，大地的漏點(diǎn)電流保持了基本的穩(wěn)定強(qiáng)度。

圖中C曲線給出的曲線為PCM檢測(cè)一個(gè)實(shí)際管道漏點(diǎn)的真實(shí)情況。

根據(jù)漏點(diǎn)的情況，泄漏電流對(duì)管道上檢測(cè)電流的影響會(huì)體現(xiàn)在漏點(diǎn)兩側(cè)的2-10m范圍內(nèi)。具體情況完全取決于漏點(diǎn)的形態(tài)和嚴(yán)重程度。

如果管道防腐層的破損是由于管道與其它金屬結(jié)構(gòu)的搭接所引起的，如與其它管道或電纜有連接現(xiàn)象，這樣的漏點(diǎn)電流只會(huì)在漏點(diǎn)處對(duì)管道電流產(chǎn)生影響，而不會(huì)像單純的破損點(diǎn)那樣對(duì)較長(zhǎng)的距離產(chǎn)生影響。

在目標(biāo)管道的漏點(diǎn)兩側(cè)進(jìn)行短距離的詳細(xì)檢測(cè)時(shí)，這個(gè)現(xiàn)象則會(huì)表現(xiàn)的更為明顯。

七、結(jié)束語(yǔ)

埋地管道音頻檢測(cè)可以對(duì)管道的腐蝕環(huán)境、防腐層狀況、管體腐蝕狀況、陰極保護(hù)運(yùn)行狀況、管線的埋深等進(jìn)行檢測(cè)，不僅為新鋪設(shè)管道防腐層施工質(zhì)量驗(yàn)收提供真實(shí)有效的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)分析，確保了管道的施工質(zhì)量，也為在役管道防腐層的運(yùn)行狀況提供了分析依據(jù)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。