基于PCM+的埋地鋼管防腐層破損檢測(cè)機(jī)理與應(yīng)用

張勇芳 曾凡小 羅更生

摘要：本文首先對(duì)PCM+用于防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)的機(jī)理進(jìn)行了介紹，然后用具體的檢驗(yàn)案例來(lái)說(shuō)明檢驗(yàn)缺陷的判斷步驟，列出了原始檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出了開(kāi)挖驗(yàn)證的結(jié)果。案例證明，PCM+系統(tǒng)用于防腐層完好性檢測(cè)具有較高的檢測(cè)靈敏度，檢測(cè)結(jié)果可靠，不失為埋地鋼管防腐層破損檢測(cè)的有效手段。

關(guān)鍵詞：PCM+;埋地鋼管;防腐層;破損點(diǎn)檢測(cè)

英國(guó)雷迪公司生產(chǎn)的管道電流測(cè)繪系統(tǒng)（PCM+）為故障定位和防腐層破損檢測(cè)提供了一種新的方法，檢測(cè)系統(tǒng)由大功率發(fā)射機(jī)、信號(hào)接收機(jī)和定位用A字架組成，能在地下管線復(fù)雜的情況下準(zhǔn)確的定位管線并繪制管線圖，配合使用A字架，能精確的找出鋼質(zhì)管道防腐層的破損點(diǎn)，從而評(píng)估管道的防腐狀況。

1.防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)與定位的工作機(jī)理

電流流過(guò)直埋導(dǎo)電物體時(shí)，能產(chǎn)生與所施加電流強(qiáng)度成正比的磁場(chǎng)，通過(guò)在地面上分析磁場(chǎng)的分量即可測(cè)定原始電流。PCM+系統(tǒng)的核心是發(fā)射機(jī)給管道施加接近直流的測(cè)繪信號(hào)電流，在非常低的頻率上（4赫茲）管線電流衰減和分布的電氣特性與整流器發(fā)出的CP電流的電氣特性實(shí)際上是相同的。PCM+接收機(jī)有一個(gè)被稱作磁力儀的精密、高性能探頭，它能遠(yuǎn)距離探查和測(cè)量甚低頻磁場(chǎng)，采用相應(yīng)的信息處理技術(shù)，就能測(cè)到近乎直流的信號(hào)電流和方向。

PCM+發(fā)射機(jī)向管道施加電流，其電流強(qiáng)度從發(fā)射機(jī)開(kāi)始隨距離的增大而減小，衰減率與管線保護(hù)層狀況、地面電阻率，和管道電阻狀況有關(guān)。PCM+接收機(jī)能補(bǔ)償深度變化，即使管道深度改變時(shí)，電流讀數(shù)仍保持不變，當(dāng)遇到管道故障時(shí)，接收到的信號(hào)電流迅速下降，故障是由防腐層損壞以及與其它金屬設(shè)施觸碰等而引起的，由此來(lái)判斷管道防腐層的破損情況與破損的位置。

為了更準(zhǔn)確的定位缺陷位置，PCM+系統(tǒng)設(shè)計(jì)了A字架來(lái)精確查找防腐層破損點(diǎn)。由于防腐層破損點(diǎn)存在的電流泄漏，電流方向在故障點(diǎn)的兩側(cè)會(huì)發(fā)生變化，A字架連接到接收機(jī)后，反復(fù)前后移動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，找到箭頭剛發(fā)生變化的位置，此時(shí)微伏dB讀數(shù)最低，這樣就能判定故障點(diǎn)就在A字架中央正下方。

2.PCM+系統(tǒng)防腐層破損檢測(cè)的實(shí)踐

2.1現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

2013年湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院負(fù)責(zé)省內(nèi)醴陵市境內(nèi)某長(zhǎng)輸管道檢驗(yàn)時(shí)采用PCM+系統(tǒng)成功檢出防腐層破損點(diǎn)多處，現(xiàn)以其中最有代表性的一處為例來(lái)說(shuō)明檢驗(yàn)過(guò)程。該管線管體材料為L(zhǎng)245，3PE防腐鋼管，管道規(guī)格為：Φ273×5mm，檢驗(yàn)該管段時(shí)信號(hào)電流輸入點(diǎn)為附近一分輸閥室（定為距離0點(diǎn)、GPS?0點(diǎn)），輸出電流為600mA，管道為東西走向，向東側(cè)檢驗(yàn)時(shí)某管段的檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示：

表1?檢測(cè)數(shù)據(jù)

序號(hào)

埋深（m）

檢測(cè)電流（mA）

GPS點(diǎn)

距起點(diǎn)距離（m）

數(shù)據(jù)1

數(shù)據(jù)2

1

1.2

258

257

8

402

2

0.72

256

257

9

451

3

1.57

255

256

10

509

4

1.26

253

254

11

556

5

1.0

211

213

12

608

6

0.66

212

212

13

642

7

0.6

210

209

14

698

8

0.56

208

211

15

743

從上表中可以看出，檢測(cè)電流在GPS?11點(diǎn)和12點(diǎn)之間發(fā)生了突變，在52m的距離內(nèi)信號(hào)電流衰減了42dB，即損失了16.7%，IdB-X分段示意圖如圖1所示：

圖1?IdB-X分段示意圖

依據(jù)SY/T5918-2011標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)處理得到該段管線防腐層狀況等級(jí)如表2所示：

表2?檢測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果

距離X1（m）

距離X2（m）

管段長(zhǎng)（m）

Y（mB/M）

平均電阻

Rg（KΩ*㎡）

防腐層等級(jí)

402

451

49

0.69

≥10.0

優(yōu)

451

509

58

0.585

≥10.0

優(yōu)

509

556

47

1.452

≥10.0

優(yōu)

556

608

52

29.076

≤0.1

劣

608

642

34

1.202

≥10.0

優(yōu)

642

698

56

1.84

≥10.0

優(yōu)

698

743

45

0.461

≥10.0

優(yōu)

數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示在距離556m～608m之間管道防腐層等級(jí)為“劣”，且該管段內(nèi)無(wú)分支，初步判斷該管段存在防腐層破損點(diǎn)。

2.2缺陷定位過(guò)程

將A字架與接收機(jī)連接好，調(diào)整接收機(jī)至缺陷查找模式，A字架沿管道走向放在管道上方，帶綠色標(biāo)記的腳釘在發(fā)射機(jī)的反方向，帶紅色標(biāo)記腳釘面向發(fā)射機(jī)。將A字架腳釘插入地面后，接收機(jī)上箭頭指向?yàn)槁竦毓艿郎想娏鞯姆较?，并指向故障方向，如果沒(méi)有箭頭顯示，就證明附近沒(méi)有故障，或者因?yàn)殡娏魈?，無(wú)法激發(fā)故障方向箭頭，也有可能A字架恰巧在故障點(diǎn)正上方。如果在第一個(gè)位置電流指向前，而第二個(gè)位置電流指向后，就證明這兩點(diǎn)間存在破損點(diǎn)，數(shù)字微伏dB讀數(shù)增大、減小，又增大，然后逐漸減小，電流方向在故障點(diǎn)的兩側(cè)也發(fā)生變化。旋轉(zhuǎn)A字架90度，使它橫跨管道，分別在兩側(cè)移動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，找到箭頭剛發(fā)生變化的位置，其特征將與平行管線測(cè)量時(shí)吻合，當(dāng)出現(xiàn)上述特征時(shí)即可判定缺陷點(diǎn)就在A字架正下方。在該管段探查缺陷時(shí)，在GPS?11點(diǎn)和12點(diǎn)之間距離信號(hào)電流輸入點(diǎn)578.2m處發(fā)現(xiàn)了電流方向變化點(diǎn)，接收機(jī)微伏dB讀數(shù)為57.2，確定此處為防腐層破損點(diǎn)，要求使用單位進(jìn)行開(kāi)挖檢測(cè)。

2.3開(kāi)挖檢測(cè)結(jié)果

按照長(zhǎng)1.5m、寬1m的尺寸開(kāi)挖至管道深度并懸空管道20cm，用水沖洗干凈后，肉眼即可發(fā)現(xiàn)明顯的6處防腐層破損點(diǎn)，如圖2所示：

圖2?防腐層破損點(diǎn)照片????????????????圖3陰保樁接線處補(bǔ)傷結(jié)構(gòu)

通過(guò)開(kāi)挖發(fā)現(xiàn)防腐層破損區(qū)域?yàn)殛帢O保護(hù)測(cè)試樁與管道的連接處，圖中3號(hào)裸露點(diǎn)即為陰極保護(hù)樁接線點(diǎn)，通過(guò)使用單位了解到，陰極保護(hù)測(cè)試樁施工時(shí)先在管道上去除防腐層，接好電纜線后再局部補(bǔ)傷，結(jié)構(gòu)形式如圖3所示，局部施加的防腐層與管道上原有的防腐層粘結(jié)不牢固，造成局部管體裸露。經(jīng)測(cè)量，各破損點(diǎn)的面積如表3所示：

表3?各破損點(diǎn)的面積

破損點(diǎn)

1

2

3

4

5

6

面積（cm2）

5.4

1.5

0.75

3.1

1.0

0.8

3.PCM+系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)的注意事項(xiàng)

用PCM+系統(tǒng)檢測(cè)防腐層完好性時(shí)須注意如下方面：

（1）信號(hào)輸入點(diǎn)的選取。信號(hào)輸入點(diǎn)一般選取在門站、分輸閥室或閥門井處，但應(yīng)盡量避開(kāi)管道分支處，因?yàn)樾盘?hào)輸入點(diǎn)附近管道如有分支，信號(hào)電流將部分流入分支管道，造成主管道信號(hào)電流降低，影響主管道每次輸入信號(hào)電流的檢驗(yàn)長(zhǎng)度，若分支管道有絕緣法蘭等絕緣設(shè)施時(shí)可不作此考慮。

（2）發(fā)射機(jī)接地端的連接。在長(zhǎng)輸管道檢驗(yàn)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)發(fā)射機(jī)接地阻抗不夠低的情況，發(fā)射機(jī)輸出電流小、輸出電壓高，影響檢驗(yàn)距離。為避免此種情況，一是接地棒至少離開(kāi)被檢管道50m，接地線垂直被檢管道，接地棒打在潮濕或者有水的區(qū)域，如一根接地線不能滿足要求時(shí)，可采用多根接地線或者直徑比較粗的接地線連接，接地線與接地棒、發(fā)射機(jī)與被檢管道的連接處均須打磨露出金屬光澤、連接可靠。

（3）檢驗(yàn)過(guò)程中遇到信號(hào)電流突變時(shí)須避免誤判，在管道分支處、地形突變、管道埋深突變或者管道轉(zhuǎn)角處測(cè)得的信號(hào)電流一般會(huì)有比較大的波動(dòng)，此時(shí)不應(yīng)判為防腐層破損點(diǎn)而進(jìn)行精確查找，應(yīng)進(jìn)一步探查管道走向、埋深，了解附近分支情況等，在信號(hào)電流突變處繼續(xù)向前探測(cè)，若離開(kāi)電流突變處一定距離后電流又恢復(fù)至正常值，則可確定之前的電流突變?yōu)槠渌蛩拢粚儆谄茡p點(diǎn)。若信號(hào)電流突降后不能恢復(fù)至正常值，則須詳細(xì)探查電流突降的原因。

4.結(jié)論

（1）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)證實(shí)，PCM+發(fā)射機(jī)通過(guò)連接多根接地線或者接地棒置于潮濕有水的環(huán)境中，在有效降低接地阻抗的情況下，實(shí)際檢測(cè)距離可達(dá)20km，整個(gè)管線檢測(cè)時(shí)信號(hào)輸入點(diǎn)較少，能有效節(jié)省檢測(cè)時(shí)間。

（2）PCM+系統(tǒng)在接收機(jī)距離管道較近時(shí)，能準(zhǔn)確的確定管道的位置和埋深，在接收機(jī)距離管道較遠(yuǎn)的情況下不能很好的找出管道位置，故在檢驗(yàn)過(guò)程中有熟悉管道走向的人員陪同能極大的提高檢測(cè)速度。

（3）PCM+系統(tǒng)用于防腐層完好性檢測(cè)具有較高的檢測(cè)靈敏度，通過(guò)非缺陷信號(hào)的判別，可以減少不必要的開(kāi)挖，配合使用A字架，能精確定位防腐層破損點(diǎn)，通過(guò)多次開(kāi)挖驗(yàn)證，缺陷判定具有很高的可靠性，防腐層破損面積與信號(hào)電流突降百分比近似成正比例關(guān)系，當(dāng)然破損點(diǎn)處的土壤環(huán)境也對(duì)信號(hào)電流損失有一定的影響。

參考文獻(xiàn)：

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