鋼質(zhì)燃氣管道防腐層檢測技術(shù)對比分析

謝麗婉

(福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院，福建 福州 350008)

鋼質(zhì)燃氣管道防腐層檢測技術(shù)對比分析

謝麗婉

(福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院，福建 福州 350008)

隨著管道完整性管理的發(fā)展，埋地燃氣管道的運營安全問題越來越受到有關(guān)部門的重視。為有效避免鋼質(zhì)燃氣管道腐蝕及各類事故的發(fā)生，選擇正確的鋼質(zhì)燃氣管道防腐層檢測技術(shù)對提高管道檢測準確性十分必要。文中對Pearson、ACVG和DCVG三種檢測技術(shù)的基本原理、優(yōu)缺點和適用條件進行了對比，并通過現(xiàn)場檢測開挖驗證了三種方法的準確度和精確度，指出了選擇防腐層檢測方法的前提條件，為開展鋼質(zhì)燃氣管道防腐層檢測提供參考。

鋼質(zhì)燃氣管道；防腐層；檢測；破損點

1 引言

西氣東輸工程的開展以及沿海LNG站項目的不斷興起，我國埋地燃氣管道進入一個高速發(fā)展期。燃氣管道所處環(huán)境特殊，承受的工作載荷、環(huán)境載荷和意外風險載荷復(fù)雜，隨著管道使用年限的增長，防腐層破損、龜裂、老化和剝離導(dǎo)致管體腐蝕、燃氣泄漏等事故屢見不鮮[1-2]。鋼質(zhì)燃氣管道管體腐蝕往往是由于防腐層失效引起的，防腐層質(zhì)量的好壞很大程度上影響了管道的使用壽命和使用安全，因此開展防腐層檢測具有重要的意義[3-4]。

目前，國內(nèi)外防腐層檢測方法和儀器各式各樣，其檢測原理各有不同，在實際現(xiàn)場應(yīng)用中也表現(xiàn)出不同的優(yōu)缺點。檢測方法主要包括交變電流梯度法（PCM）、皮爾遜法（Pearson）、交流電位梯度法（ACVG）、直流電位梯度法（DCVG）和C-掃描法（C-Scan）等。文中主要對常用的Pearson、ACVG和DCVG三種技術(shù)在鋼質(zhì)燃氣管道防腐層檢測上的應(yīng)用進行對比分析，具體描述三種技術(shù)的基本原理和缺陷判定范圍，列舉其優(yōu)缺點和適用條件，并通過現(xiàn)場檢測示例進行驗證三種技術(shù)的準確度和精確度，為開展鋼質(zhì)燃氣管道防腐層檢測提供參考。

2 防腐層檢測技術(shù)原理

2.1 皮爾遜檢測（Pearson）

皮爾遜檢測方法又稱為人體電容法，一般使用國內(nèi)江蘇海安晨利檢測公司生產(chǎn)的SL-2818設(shè)備進行檢測。該儀器檢測的基本原理是通過發(fā)射機在待檢管道上施加交流信號，若管道防腐層有發(fā)生破損，交流電便會從破損點處泄漏到土壤中，從而在破損點和土壤之間形成交流電壓梯度，并且在破損點處交流電壓梯度最大，即在破損點處形成一個以破損點為中心的交變電場，并形成指數(shù)衰減[5-6]。Pearson檢測電極是由兩個相距約6～8米的檢測員代替，當手持探測儀和檢漏儀的兩個檢測人員一前一后站在交變電場內(nèi)時，由于人體的電容作用，每個檢測人員都具有一定的交變電位，檢漏儀檢測出兩個人體之間的電位差。在進行防腐層破損點檢測時，兩名檢測人員保持6～8米的距離前進，調(diào)節(jié)靈敏度和增益幅值，保持檢漏儀靜態(tài)信號范圍在0～50mV波動。倘若檢測信號和聲響變化都很小，則表示該管段防腐層狀態(tài)良好。當檢測信號和聲響明顯增大，且檢測信號大于設(shè)定信號時，說明該管段防腐層可能存在破損，信號值具體判定方法見表1。當檢測人員接近破損點時，檢漏儀開始有強烈反應(yīng)。若一個檢測人員站在破損點正上方時，另一個檢測員站在無破損點的管道上方或管道側(cè)面時，此時檢漏儀所接收的信號最強，示值最大。固定一個檢測員位置不動，通過前后左右調(diào)整另一個檢測員位置尋找信號值最大點，進而準確確定破損點的具體位置。

表1 管道防腐層缺陷點判定（Pearson）

2.2 交流電位梯度（ACVG）

交流電位梯度法（Alternating Current Voltage Gradient）一般是使用英國雷迪公司DM接收機配合A字架進行管道防腐層破損點檢測。該檢測方法的基本原理是通過DM超大功能發(fā)射機給管線施加一個多頻交流的檢測信號(直流的4Hz電流和128Hz的定位電流)，當信號沿管道進行傳播時，在管道周圍將形成電磁場，DM接收機運用電磁感應(yīng)原理將磁場信號自動轉(zhuǎn)化為電流信號進行采集，將采集到的電流信號輸入到計算機進行處理，便能得到各段管道的絕緣電阻，對照防腐層質(zhì)量分級表得到管道的防腐層質(zhì)量等級[7]。利用DM接收機和A字架，在管道正上方行走檢測時，若接收機上的信號箭頭往前或來回變動，則表示管道防腐層狀況良好；如信號箭頭穩(wěn)定指向前則表示管道前方可能有破損，繼續(xù)向前檢測，若發(fā)現(xiàn)信號箭頭改變方向向后并穩(wěn)定指向后，那么破損點就可能在箭頭往前和往后之間位置，此時利用DM接收機從90°方向垂直于管道的3～5米處開始朝著管道方向檢測，信號箭頭若都往管道方向指示，則說明指示點為防腐層破損點；若發(fā)現(xiàn)管道左右端90°方向往管道方向檢測，其中有一個方向不指向管道，則表示破損點不在管道上，該信號可能為干擾源。管道破損點的嚴重程度可以根據(jù)接收機接收到的管道破損點處發(fā)射出來的信號轉(zhuǎn)化的dB值大小進行確定，dB值具體判定方法見表2。

表2 管道防腐層缺陷點判定（ACVG）

2.3 直流電位梯度檢測（DCVG）

直流電位梯度法DCVG（Direct Current Voltage Gradient）一般是使用英國DCVG公司生產(chǎn)的DCVG檢測儀進行管道防腐層破損點檢測，該方法的基本原理是在施加了陰極保護的鋼質(zhì)管道上，保護電流經(jīng)過土壤流入防腐層破損而裸露的鋼管處，在破損點處周邊的土壤形成了電位梯度場。越接近破損點的部位，電位梯度就越大，管道上方的電流密度就越大。通常來說，鋼管裸露面積越大，其附近的電流密度越大，地面的電位梯度也就越大[7-8]。

DCVG檢測儀是一個靈敏的毫伏表，其檢測是在陰極保護系統(tǒng)上串聯(lián)一個斷流器，使陰保電流按一定的時間周期（如以0.45秒通、0.8秒斷的周期循環(huán)）通斷，其通/斷時間通過GPS衛(wèi)星同步信號進行校正，確保與檢測儀上的GPS同步。檢測人員左右手持兩個裝有硫酸銅的探杖，測量時一個探杖接觸管道的正上方，另一個探杖接觸管道的一側(cè)，兩探杖相隔0.9～1.8米左右，沿管線的走向每間隔1.8米測量一組數(shù)據(jù)。接近缺陷時檢測人員將發(fā)現(xiàn)毫伏表開始有反應(yīng)，指針向缺陷方向偏轉(zhuǎn)；走過缺陷時指針反向偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)強度隨著遠離破損點而逐漸變小，如圖1所示。往回復(fù)測，仔細追蹤缺陷點，可以找到毫伏表指針偏轉(zhuǎn)為零的位置，則此時兩電極的中間位置為防腐層破損位置，這時破損點就在兩個電極的中間點。垂直于管道走向方向探杖重復(fù)測量，兩個零點的交叉位置是防腐層破損點的位置。

圖1 DCVG檢測防腐層破損點示意圖

防腐層破損點定位后，檢測人員收集相關(guān)參數(shù)計算防腐層破損點的嚴重程度IR值，防腐層破損點判斷見表3。IR值越大，說明防腐層破損越嚴重，其計算公式如下：

式中，OL/RE為破損點上方垂直于管道方向的遠地電位，其值是探杖從防腐層破損點位置開始往垂直于管道的方向一步一步測量，記下毫伏表數(shù)值，測量直至DCVG毫伏表指針指示在零位上，將這期間的毫伏表顯示值相加之和；S1為上游測試樁的DCVG信號值；dx是破損點至上游測試樁的距離；S2為下游測試樁的DCVG信號值；（d2—d1）為上游測試樁與下游測試樁的距離。

表3 管道防腐層缺陷點判定（DCVG）

防腐層破損點定位后，檢測人員還可以通過測量管道保護電流在不同狀態(tài)下的流入流出方式(破損點的陰極/陽極傾向)來檢測管體的金屬腐蝕活性，以判斷管體的金屬在當前的保護電流下是否正在發(fā)生腐蝕，進而決定防腐層破損點是否立即維修。將一個探杖放在破損點上，另一個探杖遠離之，觀察DCVG毫伏表指針的擺動情況，一般指針會出現(xiàn)兩個位置上，具體判斷破損點處管道腐蝕的方法如圖2所示（圖中實線是指針的初始位置，虛線是指針的擺動位置）。固定破損點位置上的探杖不動，從管道前后左右四個方向測量管道的腐蝕狀態(tài)活性，只要有一個方向處于C/A或A/A，則判定該破損點有腐蝕傾向，應(yīng)優(yōu)先開挖修復(fù)。

圖2 破損點處管道腐蝕活性判斷

（1）C/C 陰極/陰極：無論陰保系統(tǒng)“通”與“斷”，管道均受到保護，破損點未發(fā)生腐蝕。

（2）C/N 陰極/中性：陰保系統(tǒng)“通”時管道受到保護，陰保系統(tǒng)“斷”時管道處于自然狀態(tài)。若陰保系統(tǒng)長期處于“斷”的狀態(tài)，破損點可能發(fā)生腐蝕。

（3）C/A 陰極/陽極：陰保系統(tǒng)“通”時管道受到保護，陰保系統(tǒng)“斷”時管道呈現(xiàn)陽極狀態(tài)，該破損點管道在陰保正常運行時也可能發(fā)生腐蝕。

（4）A/A 陽極/陽極：無論陰保系統(tǒng)“通”與“斷”，管道均未受到保護，破損點可能正在腐蝕。

3 三種防腐層檢測技術(shù)的優(yōu)缺點

皮爾遜檢測（Pearson）、交流電位梯度檢測（ACVG）和直流電位梯度檢測（DCVG）三種防腐層檢測技術(shù)各有不同，其主要區(qū)別見表4。

表4 防腐層檢測技術(shù)比較

4 三種防腐層檢測技術(shù)對比應(yīng)用

利用皮爾遜檢測(Pearson)、交流電位梯度檢測（ACVG）和直流電位梯度檢測（DCVG）對某燃氣公司一條管徑規(guī)格φ508*9.5mm，防腐層厚度2.9mm，防腐層類別3PE，長度為425米次高壓鋼質(zhì)燃氣管道進行檢測，檢測結(jié)果如表5所示。

表5 防腐層檢測結(jié)果

由表5可見，ACVG和DCVG檢測結(jié)果相差不大，測出9個破損點，Pearson只測出7個破損點，P3和P6破損點未測出，且P4破損點測出的破損點信號值偏小。

利用防腐層等級評價軟件對該段管道防腐層進行評價得到該管道防腐層平均電阻Rg為142.5KΩ*㎡，防腐層綜合等級為優(yōu)，如表6和圖3所示。

表6 防腐層等級評價

圖3 管道防腐層絕緣電阻率分段圖

通過現(xiàn)場開挖驗證發(fā)現(xiàn)，P2和P3破損點防腐層是一條小小的劃痕，P1、P4和P8破損點由一些小破損點組成，視為一個大破損點，P5、P7、P9分別是一個大破損點，P6是一個大劃痕，如圖4所示。由此可見，DCVG和ACVG兩種檢測方法在該段管道上的檢測結(jié)果準確率為100%，但是管道上相距較近的破損點無法區(qū)分，間距小的破損點被視為大破損點，這主要是因為大的破損點所泄漏的信號常常會掩蓋小破損點所發(fā)出的信號。Pearson檢測準確率只有77.7%，小破損點其檢測識別率低，但其接線比DCVG、ACVG容易，檢測效率更高。

圖4 破損點位置分布

5 結(jié)論

（1）采用Pearson、ACVG和DCVG技術(shù)開展防腐層檢測都能有效地定位鋼質(zhì)燃氣管道的具體走向和破損點的位置，ACVG和DCVG對破損點定位的精確度和準確率較Pearson高。但DCVG不適用于無陰極保護系統(tǒng)的鋼質(zhì)燃氣管道的檢測，且檢測效率低下，常常需要其它儀器配合使用。

（2）采用Pearson技術(shù)開展防腐層檢測，管道接線比ACVG和DCVG容易，檢測效率最高。故在對檢測時間有要求的情況下，可優(yōu)先選用Pearson檢測，但要求操作者的經(jīng)驗和技能豐富，有效防止檢測出現(xiàn)不存在的缺陷信息。

（3）由于大防腐層破損點在地面上產(chǎn)生的電位梯度較明顯，常常會掩蓋小破損點產(chǎn)生的電位梯度，故在現(xiàn)場檢測過程中，檢測人員在保證檢測效率不太低的前提下，應(yīng)盡量縮小檢測間距來提高單個防腐層破損點的檢出率。

（4）在鋼質(zhì)燃氣管道進行防腐層檢測中，應(yīng)盡可能根據(jù)管道自身特性及周圍環(huán)境選擇檢測方法，可優(yōu)先選用ACVG檢測，主要因為ACVG不僅能夠精確定位防腐層破損點（可用經(jīng)緯度具體定位）和對防腐層老化程度進行判斷，而且檢測效率也較高。倘若需要對防腐層破損點的嚴重程度和管體的腐蝕活性進行判斷，則可考慮用DCVG檢測。

[1]謝麗婉.基于模糊綜合評價的聚乙烯(PE)管道安全預(yù)警程序[J].壓力容器,2012,29(2):67-71.

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[4]David Jones,Jane Dawson. Risk Assessment Approach to Pipeline Life Management[J].Pipes and pipelines international,1998,43(1): 5-18.

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[6]中華人民共和國行業(yè)標準CJJ33-2005,城鎮(zhèn)燃氣輸配工程施工及驗收規(guī)范[S].

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Comparative Analysis of Anticorrosive Coating Inspection Technology for Steel Gas Pipeline

XIE Li-Wan
(Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection Institute,350008, Fuzhou, Fujian, China)

With the development of pipeline integrity management, the operation safety of buried gas pipeline has been paid more and more attention by relevant departments. In order to avoid the corrosion of steel gas pipeline and the occurrence of various accidents effectively, it is necessary to select the correct anticorrosive coating inspection technology of steel gas pipeline to improve the accuracy of pipeline inspection.The basic principle, advantages, disadvantages and applicable condition of three kinds of inspection technology with Pearson, ACVG and DCVG were compared. The accuracy and precision of three methods were veri fi ed by through fi eld detection of excavation. The precondition for the selection of anticorrosive coating inspection methods were pointed out, which could be the reference for anticorrosive coating inspection of steel gas pipeline.

Steel gas pipeline; Anticorrosive coating; Inspection; Damage point

2017-08-11

福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院科技項目《埋地鋼質(zhì)管道合于使用評價軟件的研發(fā)與應(yīng)用》（FJTJ2016006）

謝麗婉, 女, 福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院,工程師, 碩士