淺析PCM在城鎮(zhèn)燃?xì)怃撡|(zhì)管道檢測中的應(yīng)用

上海液化石油氣經(jīng)營有限公司　沈　琳

淺析PCM在城鎮(zhèn)燃?xì)怃撡|(zhì)管道檢測中的應(yīng)用

上海液化石油氣經(jīng)營有限公司沈琳

介紹了PCM的工作原理，然后針對城鎮(zhèn)燃?xì)怃撡|(zhì)管道檢測(ECDA)準(zhǔn)備工作、檢測過程中應(yīng)該注意的問題、后期數(shù)據(jù)處理及等級劃分，結(jié)合上海金山天燃?xì)庥邢薰镜默F(xiàn)場應(yīng)用，提出一些要求，便于提高PCM測繪系統(tǒng)的檢測效率和檢測精度，從而實(shí)現(xiàn)管道防腐層檢測的完整性。

城鎮(zhèn)燃?xì)釶CM測繪系統(tǒng)埋地管道外防腐層破損點(diǎn)

城鎮(zhèn)燃?xì)庵懈邏汗艿酪话銥榉栏撡|(zhì)管道埋地敷設(shè)，地理環(huán)境復(fù)雜多變，一旦發(fā)生事故，會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。在眾多事故因素中，除去第三方施工破壞，管體腐蝕是導(dǎo)致管道事故的主要原因，而外防腐層和陰極保護(hù)是目前阻止管體腐蝕的最有效措施，因此防腐層和陰極保護(hù)效果是判斷管道是否安全運(yùn)行的主要途徑。

由于城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿?分支多、閥門多、管徑大小不一致等)不同于長輸油氣管道，無法向長輸管道那樣實(shí)施內(nèi)檢測，只能選用“外腐蝕直接評價(jià)方法ECDA”，實(shí)施過程包括：預(yù)先評價(jià)(Pre-Assessment)、間接檢測(Indirect Inspections)、直接檢查(Direct Examination)、后期評價(jià)(Post-Assessment)四個(gè)方面來對在役管道進(jìn)行安全評估的。如何找到管道的薄弱點(diǎn)(潛在危險(xiǎn)點(diǎn)），選擇哪種間接檢測工具在地面檢測獲取管道外防腐層相關(guān)數(shù)據(jù)，就顯得十分重要。間接檢測有四種方法，分別是“交流衰減法”、“ACVG法”、“DCVG法”和“Pearson法”。由于現(xiàn)場條件的制約，后兩種方法在城鎮(zhèn)管網(wǎng)的使用不盡人意(抗干擾差，準(zhǔn)確率不高)，所以一般情況基本選用前兩種方法。管中電流衰減法PCM(Pipeline Current Mapper)及交流電壓梯度ACVG(Alternating Current Voltage Gradient)可評價(jià)防腐層管段的整體質(zhì)量和確定防腐。

本文就PCM如何高效率的應(yīng)用于城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿劳夥栏瘜臃情_挖檢測評價(jià)，提出一些看法和建議，有利于在檢測現(xiàn)場更好的應(yīng)用，提高檢測效率和檢測精度。

1　多頻管中電流法PCM檢測原理

多頻管中電流法PCM檢測原理見圖1。

圖1　PCM工作原理

如圖1所示，發(fā)射機(jī)從管道檢測起點(diǎn)(閥門或陰極保護(hù)測試井)向管道施加一特定頻率或多個(gè)頻率的激勵信號，激勵信號自發(fā)射點(diǎn)開始沿著管道兩側(cè)傳輸，管中電流信號強(qiáng)度將隨著管道距離的增加而衰減，管道電流流經(jīng)管道時(shí)，在管道周圍產(chǎn)生一個(gè)磁場，利用接收機(jī)在管道上方按一定間隔檢測管中激勵信號的強(qiáng)度。當(dāng)管道防腐層性能均勻時(shí)，管道中的電流衰減率與距離成線性關(guān)系，管道防腐層絕緣性越好，涂層的絕緣電阻值越高，電流衰減越小。若存在電流的異常衰減段，證明存在電流的泄漏點(diǎn)或管道分支點(diǎn)，通過分析可判斷出防腐層的絕緣性能下降以及破損的部位。再使用“A字架”精確定位防腐層破損點(diǎn)。此外，根據(jù)各個(gè)檢測點(diǎn)的間距X和電流強(qiáng)度I紀(jì)錄，通過計(jì)算機(jī)程序處理分析后，即可計(jì)算出各管段防腐層面電阻Rg值，然后根據(jù)Rg值的大小給出管道防腐層的質(zhì)量評級。該方法操作簡單，目前在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

2　檢測準(zhǔn)備工作中的注意事項(xiàng)

2.1查看被檢管道原始資料(預(yù)評價(jià))

在開始檢驗(yàn)工作之前應(yīng)盡可能多地了解管道的相關(guān)信息，熟悉管道的分布、管道運(yùn)行狀況、穿跨越地段、被檢管道區(qū)域內(nèi)的其他管線分布、閥門、鋼塑轉(zhuǎn)換特別是絕緣接頭位置以及管線陰極保護(hù)測試樁及其他一些相關(guān)信息；同時(shí)應(yīng)該參考日常的記錄，如陰極保護(hù)電位的測量結(jié)果、曾被開挖和修復(fù)過的防腐層地點(diǎn)和時(shí)間，以及開挖過程中發(fā)現(xiàn)破損的嚴(yán)重程度、誘因、修復(fù)結(jié)果等相關(guān)報(bào)告。

2.2發(fā)射機(jī)接地極的選擇

(1)接地極一般打在垂直管道方向20~50 m以外的地方，適于放在水溝或池塘當(dāng)中。應(yīng)該注意的是，在寒冷的季節(jié)，由于河流結(jié)冰，接地電阻會很大，則檢測電流也很難滿足要求。

(2)接好地極之后，應(yīng)檢查接地回路電阻，回路電阻應(yīng)在數(shù)十歐姆至數(shù)百歐姆之間。如果地極接地不好，可澆鹽水或增加多根鋼釬或加大鋼釬的長度以降低接地電阻。

(3)地極盡量不要連接在相鄰管道或其它金屬構(gòu)件上，以免信號傳入測量區(qū)產(chǎn)生干擾。

(4)如果施加信號點(diǎn)有犧牲陽極，可直接將陽極包作為接地體，檢測完以后再將其與管道連接上。2.3接入點(diǎn)的選擇原則

發(fā)射機(jī)為管道提供信號的原則是盡量使管道上有較強(qiáng)的信號電流，使相鄰伴行管線上盡量沒有信號，或使其它管線上的信號最小，為此應(yīng)該注意：

(1)信號注入點(diǎn)一般選著在測試樁或閥門井或者調(diào)壓箱等管體裸露的地方。當(dāng)被檢管道有多個(gè)供入點(diǎn)可供選擇時(shí)，要盡量選擇管道分布最稀疏、防腐層狀況較好的位置作為供入點(diǎn)。

(2)盡量將注入點(diǎn)選擇在單根管道的末端，這樣便于信號電流流入到多支路點(diǎn)(三通位置)，否則單根管線的末端由于絕緣或高阻會出現(xiàn)20~50 m不等的無電流區(qū)域。

(3)靠近信號輸入點(diǎn)的位置附近時(shí)不能進(jìn)行檢測時(shí)，將接地線遠(yuǎn)離測量點(diǎn)，縮小接地干擾范圍。

3　檢測過程中應(yīng)該注意的問題

3.1管線的跟蹤識別

(1)管線檢測按《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》(GB/T 19285—2014)要求首先選用128 Hz，否則應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要，選定工作頻率，檢查該頻率是否存在干擾，若干擾太強(qiáng)應(yīng)該選用其它頻率。

(2)檢測過程中信號指數(shù)一般保持在75左右，過大或過小，都會影響檢測的精度。具體在使用過程中觸發(fā)撥盤來完成自動增益控制。

(3)用峰值探測管線的位置和方向，用零值進(jìn)一步驗(yàn)證管線位置，當(dāng)峰/零值定位基本重合時(shí)，說明管線附近沒有其他管線的干擾或者干擾很小。當(dāng)峰零位置不一致時(shí)(峰零值所定的管線位置間隔大于20 cm時(shí))，表示被檢管線存在干擾。此時(shí)的峰/零值點(diǎn)均不能準(zhǔn)確指示管線的位置。實(shí)際的管線在靠近峰值的一側(cè)，且是在峰零值間距一半(靠近峰值一側(cè))的位置上。

(4)在管線的拐點(diǎn)、支管(三通)接頭等地段，信號磁場會出現(xiàn)一些畸變。對于有三通的管線，首先確定主管線的路徑并做標(biāo)記，再以一定間距讀取信號電流值，在出現(xiàn)電流衰減的管段和探測支管出現(xiàn)的位置，具體做法為：旋轉(zhuǎn)接收機(jī)90°，距離管線3 m以外進(jìn)行搜索，即可發(fā)現(xiàn)支管上的信號，從而確定支管出現(xiàn)的位置。而對三通進(jìn)行檢測時(shí)，最可靠的方法是將發(fā)射機(jī)信號加在支管上，信號電流由支管流到主管線上，然后由三通點(diǎn)向主管線的兩個(gè)方向傳導(dǎo)。令接收機(jī)的寬面與主管線成直角，搜索該信號，主管線上的三通分支點(diǎn)處將顯現(xiàn)零值。

(5)管道拐彎的檢測方法：首先沿管線的路由向前追蹤管線，當(dāng)檢測到管線拐點(diǎn)處，則繼續(xù)沿剛剛追蹤管線的路由向前就檢測不到管線，在管道信號消失處，做半徑為5 m的圓形搜索，可確定管線拐向。對管線深度及電流的測量，應(yīng)在離拐點(diǎn)5 m之外才可得到精度高的數(shù)值。

3.2缺陷點(diǎn)的定位

當(dāng)用“A字架”對可疑管段進(jìn)行復(fù)測時(shí)，在破損點(diǎn)附近時(shí)，接收機(jī)面板讀數(shù)一般在40~60 dB，漏點(diǎn)很大時(shí)可能大于70 dB。以1 m的間隔沿管線的走向進(jìn)行檢測，則dB值讀數(shù)上升后，短暫下降，又上升，之后數(shù)值會逐漸下降；當(dāng)箭頭改變方向的位置，說明破損點(diǎn)就在箭頭方向改變附近位置，然后重新以更小的間隔進(jìn)行前后檢測，直到找到電流方向的變化點(diǎn)、毫伏分貝(dB)讀數(shù)最低的位置，此時(shí)可以肯定破損點(diǎn)就在“A字架”的中點(diǎn)位置。將“A字架”轉(zhuǎn)90度，采用“十字交叉法”檢測出的破損點(diǎn)就在“A字架”的中央。值得一提的是，當(dāng)管線處在市區(qū)或水泥/瀝青路面下時(shí)，將“A字架”的探針插入大地會遇到困難，方法一是在偏離管線上方有土壤的位置進(jìn)行檢測，二是在路面上澆點(diǎn)水，使探針能夠采集到地面的電壓信號。

3.3管中電流測量

發(fā)射機(jī)的信號強(qiáng)度以夠用為原則，并非越大越好。因?yàn)檩^大的信號強(qiáng)度會縮短供電電源的工作時(shí)間，但是管道中的傳輸電流隨著距離的增大而逐漸減小，在檢測過程中最小不應(yīng)小于100 mA，否則防腐層等級劃分結(jié)果便會失真，最小測量電流不應(yīng)小于5 mA.否則需要重先選擇信號點(diǎn)注入電流，依次向前檢測。在城市管網(wǎng)上由于管道中間有絕緣接頭存在，所以在有些管段的電流測量并非是順行的，有的會出現(xiàn)逆行。檢測時(shí)做好相應(yīng)記錄，然后分段評估是有必要的。

3.4破損點(diǎn)的可能位置

防腐層破損點(diǎn)一般分布在河流或小溪，而且?guī)r石中的管道要比松軟泥土中的管道防腐層先破損；管線在公路下面的穿越，當(dāng)管道敷設(shè)竣工后，在其鄰近位置又進(jìn)行了開挖(如土木工程或其它管道的施工)的地方；管道的連接位置，主要是指有不同的單位在不同的時(shí)間施工的管件連接部位；被后期施工占壓的管道；管線位于大片樹林中(樹根的生長有可能會破壞防腐層)，管線的小半徑彎頭等部位，因此建議在這些地區(qū)，檢測間距應(yīng)該相應(yīng)的小一些，一般情況測量間距≤3 m。

3.5防腐層缺陷的判定和定位

防腐層質(zhì)量分為防腐層局部缺陷和整體老化。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，可以按照下表盤定其防腐層缺陷類型。同樣的dB值并不一定能說明二者破損程度相同，因?yàn)槁裆畈煌?、土壤含水量不同、周圍環(huán)境都會對其產(chǎn)生影響，因此dB值只是從量的角度說明破損的程度，不能一概而論。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，dB值的大小與防腐層局部缺陷的關(guān)系如表1所述。

表1　dB值遞減與防腐層局部缺陷之間的對應(yīng)關(guān)系

3.6干擾判斷與識別

后期管線分段劃分是否合理是防腐層質(zhì)量等級劃分的首要條件。在進(jìn)行管線分段時(shí)，應(yīng)排除異常干擾信號。一般無干擾時(shí)電流曲線總的變化趨勢為呈弧狀衰減，當(dāng)存在異常干擾時(shí)則呈鋸齒狀，因此在進(jìn)行Rg值計(jì)算，若電流曲線出現(xiàn)鋸齒狀時(shí)，應(yīng)結(jié)合檢測現(xiàn)場環(huán)境，排除干擾，得到真實(shí)的防腐層等級劃分。

4　現(xiàn)場應(yīng)用

上海金山天燃?xì)庥邢薰镜男l(wèi)八路段天然氣管道從華創(chuàng)路開始至金甌路結(jié)束，全線長962 m，管道材質(zhì)為SS400高頻直縫焊鋼管，管道規(guī)格為D325×8，防腐系統(tǒng)為3PE與犧牲陽極陰極保護(hù)，防腐層厚度為2.3 mm。

該條管線途經(jīng)公路邊綠化草坪、樹林，穿越河流、公路。此條管線從投產(chǎn)運(yùn)行以來從未進(jìn)行過檢驗(yàn)，為了更好地對管道進(jìn)行管理，及時(shí)掌握管道的防腐效果，保障管道的安全運(yùn)行，對此管道進(jìn)行了外防腐層非開挖檢驗(yàn)。

4.1接地極的選擇

由于此條管道的陰極保護(hù)測試井被埋且管道沿線與之并行的其它管線較多，考慮到檢測信號可能受周圍管線的干擾因素，為了滿足檢測要求，將發(fā)射機(jī)接在末端閥井的跨接線上。一開始將地極插入附近的綠化中，結(jié)果輸出電流100 mA目標(biāo)管線檢測信號較弱與周圍干擾管線無法有效區(qū)分，后來則延長地線，放在距離接入點(diǎn)20 m外的河邊，電流達(dá)到600 mA，此時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)管線檢測信號較強(qiáng)能有效與周圍干擾管線區(qū)分，被檢測管道的另一端電流為106 mA滿足檢測要求。

4.2破損點(diǎn)的判斷

本文中以上海金山天燃?xì)庥邢薰镜男l(wèi)八路段天然氣管道約962 m檢測曲線為例，判斷破損點(diǎn)，如圖2所示。

圖2　衛(wèi)八路段(華創(chuàng)路~金甌路)管道單頻分段

1號點(diǎn)處的分貝值達(dá)到80 dB，電流衰減較大但是由于此處對照圖紙應(yīng)為犧牲陽極埋設(shè)點(diǎn)，使用“A字架”進(jìn)行確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)此處防腐層破損點(diǎn)偏離管道1 m外。2號、3號、4號點(diǎn)處分貝值分別達(dá)到43 dB、 55 dB、40 dB電流衰減較小但使用“A字架”進(jìn)行確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)此處防腐層存在破損。

由此判斷破損點(diǎn)位于163 m、526 m、667m和900 m處。

4.3防腐層等級劃分

由檢測數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的單頻分段圖，當(dāng)Rg值越大，則說明電流衰減系數(shù)就小，即漏電小，防腐效果好，反之亦然，目前PCM使用的分析軟件，則是根據(jù)GB/T 19285—2014來對防腐層進(jìn)行等級劃分。圖2中得出的結(jié)論如表2所示。

表2　防腐層質(zhì)量等級劃分

5　破損點(diǎn)開挖驗(yàn)證

對檢測衛(wèi)八路段(華創(chuàng)路~金甌路)之間的管道發(fā)現(xiàn)破損點(diǎn)進(jìn)行了開挖驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)檢測精度可以達(dá)到99%，見圖3。

圖3　破損點(diǎn)進(jìn)行開挖驗(yàn)證情況

6　檢測結(jié)論及維護(hù)建議

(1)PCM電流測繪系統(tǒng)能夠精確定位防腐層破損點(diǎn)，及時(shí)地了解管道防腐層的完整性狀況，有助于管道使用單位進(jìn)行科學(xué)的管理，減小運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，降低運(yùn)營成本。

(2)通過檢測可以發(fā)現(xiàn)，防腐層缺陷絕大部分都是由于管道敷設(shè)時(shí)產(chǎn)生的，因此及時(shí)地對新建管道進(jìn)行非開挖檢測，避免管道存在安全隱患運(yùn)行，把早期施工所引發(fā)的危害降至最低點(diǎn)，從而進(jìn)一步延長管道的使用壽命。

(3)對被埋的測試井應(yīng)及時(shí)修復(fù)并定期進(jìn)行測量陰極保護(hù)電位，以便了解管道的陰極。

Analysis of PCM Application in Steel Pipelines of Gas Distribution System

Shanghai LPG Management Co., Ltd.Shen Lin

This paper introduces working principle of PCM. It then goes on explaining preparation of the inspection of the steel pipeline , problems that need to be paid attention to during the inspection process as well as the data processing and ranking during the last stages, combined with the field application of Shanghai Jinshan Gas Co.， Ltd. As a result， it's feasible to complete the integrity of anticorrosive coating inspection.

urban gas, PCM surveying and mapping system, underground pipes, surface anticorrosive, damaged point