幾種埋地管道防腐層破損檢測(cè)技術(shù)的工作原理與應(yīng)用

張思杰

摘要：本文主要介紹了三種埋地管道防腐層破損檢測(cè)技術(shù)的原理和檢測(cè)儀器，以及在實(shí)際工作中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：埋地管道；破損檢測(cè)技術(shù)

1.埋地管道防腐層破損檢測(cè)的重要性

1865年美國(guó)建成第一條輸油管道至今，管道運(yùn)輸業(yè)已有近150年的歷史了，世界上100%的天然氣和85%以上的原油都通過(guò)管道進(jìn)行運(yùn)輸。管道運(yùn)輸業(yè)與鐵路、公路、水運(yùn)、航空一起并列為世界五大運(yùn)輸業(yè)，它是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)與國(guó)防工業(yè)中發(fā)揮著重要作用。與先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)的管道運(yùn)輸業(yè)起步雖晚，但發(fā)展速度卻是很快。僅以天然氣管道為例，根據(jù)《天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中所指出的，“十二五”期間我國(guó)將新建天然氣管道超過(guò)4.4萬(wàn)公里，屆時(shí)天然氣管網(wǎng)規(guī)模相比目前存量管網(wǎng)規(guī)模接近翻倍，年均新建管道長(zhǎng)度接近9000萬(wàn)公里。

但是，與鍋爐、壓力容器相比，我國(guó)壓力管道的安全管理工作明顯滯后，由于歷史、技術(shù)及管理等方面等諸多因素，我國(guó)壓力管道的安全管理水平是很低的。管道運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，隨之而來(lái)的是管道管齡老化、人為破壞、施工缺陷、腐蝕等各種問(wèn)題的發(fā)生。這些問(wèn)題所導(dǎo)致的事故會(huì)嚴(yán)重污染了人類的生存環(huán)境，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的威脅。所以，埋地管道的維護(hù)管理、規(guī)范施工、防腐蝕等都已經(jīng)成為了當(dāng)前發(fā)展形勢(shì)下極為重要的課題。

腐蝕是影響埋地管道使用壽命和可靠性的重要因素。外部土壤的腐蝕環(huán)境，外防腐層的破損，陰極保護(hù)的失效以及管道內(nèi)介質(zhì)對(duì)管道的腐蝕都是造成埋地管道腐蝕的成因。而其中外防腐層以及陰極保護(hù)（統(tǒng)稱外檢測(cè)技術(shù)）是可以得到有效控制的。能夠及時(shí)掌握埋地管道防腐層破損情況并且加以監(jiān)控和及時(shí)開(kāi)挖修復(fù)，對(duì)于保障埋地管道的安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的意義。

2.幾種常用的埋地管道防腐層破損檢測(cè)技術(shù)的原理

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外埋地管道外檢測(cè)技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，下面介紹三種國(guó)內(nèi)常用的埋地管道防腐層破損檢測(cè)技術(shù)。

2.1.Pearson法（又稱地電位梯度法、人體電容法）

該方法由美國(guó)人Pearson提出而得名，工作原理為管道和土地之間加載一個(gè)1KHz的交流信號(hào)，此信號(hào)會(huì)在管道防腐層破損點(diǎn)處流失到土地之中，因而在破損點(diǎn)的正上方地表形成一個(gè)交流電壓梯度。實(shí)際操作時(shí)需有兩個(gè)操作人員的人體代替兩個(gè)電極，用人體對(duì)土地的耦合電容來(lái)檢測(cè)電壓梯度信號(hào)并由接受裝置接受，經(jīng)濾波放大由指示器指示檢測(cè)結(jié)果。

此方法在我國(guó)運(yùn)用廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富，配合管線儀一同使用工作效率較高，對(duì)于地表要求不大，在城市的柏油水泥路上也能進(jìn)行。缺點(diǎn)是受外界電流干擾及其他因素影響大，并且極度依賴操作者的熟練度，會(huì)給出的不準(zhǔn)確信息較多，故此方法在國(guó)外已基本淘汰。

2.2.電流衰減法

電流衰減法利用的是交變電流梯度法，通過(guò)在管道和土地間施加任一頻率的正弦電壓，給埋地管道發(fā)射檢測(cè)信號(hào)，在地面上由管道自身電流產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)的強(qiáng)度及變化規(guī)律。通過(guò)管道上方地面的磁場(chǎng)強(qiáng)度換算出管中電流的變化，據(jù)此判斷管道的支線位置或破損缺陷等。管道的防腐層和大地之間存在著分布電容耦合效應(yīng)，信號(hào)電流在管道外防腐層完好時(shí)的傳播過(guò)程中呈指數(shù)衰減規(guī)律，當(dāng)管道防腐層破損后，管中電流便由破損點(diǎn)流入大地，管中電流會(huì)明顯衰減，引發(fā)地面磁場(chǎng)強(qiáng)度的急劇減小，由此對(duì)防腐層的破損進(jìn)行定位。在得到檢測(cè)電流的變化情況后，根據(jù)評(píng)價(jià)模型可推算出防腐層的性能參數(shù)值Rg。推算出防腐層的性能參數(shù)值Rg，而且可對(duì)管道路由精確定位描述，測(cè)量深度。配合A字架（ACVG）與GPS定位，可以精準(zhǔn)定位埋地管道防腐層破損點(diǎn)。下圖1為整套電流衰減法檢測(cè)設(shè)備。

此方法的特點(diǎn)是實(shí)用性強(qiáng)，定位準(zhǔn)確，在國(guó)外已經(jīng)得到較多的應(yīng)用，缺點(diǎn)是該方法對(duì)地表有所要求，尤其是在配合A字架一同使用時(shí)；并且受管道自身?xiàng)l件約束，對(duì)于設(shè)有絕緣法蘭的管道，有支線的管道，此方法運(yùn)用比較繁瑣。

2.3.CIPS和DCVG綜合檢測(cè)技術(shù)

CIPS（密間隔電位測(cè)試），此方法在檢測(cè)前，需在陰極保護(hù)電源上加載電流中斷器，測(cè)試時(shí)按規(guī)定的周期循環(huán)斷開(kāi)整流器。讀取通電電位和斷電電位。DCVG（直流電壓梯度技術(shù)）也是在陰極保護(hù)電源上加載一個(gè)中斷器，利用陰極保護(hù)電源周期的中斷而產(chǎn)生一個(gè)疊加周期直流脈沖信號(hào)，通過(guò)兩根相距1～2米的探棒在地面上進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)毫伏表的擺動(dòng)情況確定缺陷的位置，估算缺陷的尺寸。而所謂CIPS和DCVG綜合檢測(cè)技術(shù)是指先采用DCVG方法進(jìn)行防腐層檢測(cè)，再采用CIPS技術(shù)在缺陷位置測(cè)量開(kāi)閉瞬時(shí)電位，確定出缺陷的大小、被腐蝕程度的大小及等級(jí)，減少了開(kāi)挖量。

該方法優(yōu)點(diǎn)是充分利用了二者的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，能夠評(píng)價(jià)管道的陰極保護(hù)效果，還能夠進(jìn)行缺陷定位和計(jì)算缺陷大小，測(cè)量的準(zhǔn)確率較高。該方法的缺點(diǎn)是對(duì)地表要求很高，測(cè)量程序較為復(fù)雜，操作人員需進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)。故此方法在國(guó)外已有廣泛應(yīng)用，而在我國(guó)還處于應(yīng)用起步階段。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上面三種埋地管道防腐層破損檢測(cè)技術(shù)的比較，不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的各種埋地管道防腐層缺陷檢測(cè)技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，沒(méi)有一種技術(shù)是能夠提供地下管道防腐狀況的全面信息的。所以研究現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外各種檢測(cè)技術(shù)，對(duì)引進(jìn)和開(kāi)發(fā)新的檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)方法具有十分重要的意義。而我們?cè)趯?shí)際工作中，會(huì)采用兩種檢測(cè)方法分別對(duì)埋地管道的防腐層破損情況進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)兩種不同方法的檢測(cè)結(jié)果，相互驗(yàn)證，從而可以適當(dāng)避免檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的不準(zhǔn)確信息，減少不必要的開(kāi)挖工作。確保城市燃?xì)夤艿赖陌踩\(yùn)行。