(廣東省特種設(shè)備檢測研究院，廣東 佛山 528251)

對于埋地敷設(shè)的輸油或輸氣管道，合理地涂覆外防腐層是防止管道本體出現(xiàn)金屬損傷的重要措施。眾所周知，外防腐層應(yīng)具有足夠的完整性；然而，在實(shí)際的管道敷設(shè)過程中，管道外壁涂覆的防腐層容易損壞。分析其原因，一是會因碰撞摩擦等原因造成缺損；二是隨著管道在土壤中長周期運(yùn)行，受濕度、酸堿度及雜散電流等因素的影響也有可能造成外防腐層出現(xiàn)破損、剝離和穿孔等現(xiàn)象。管道外防腐層的完整性直接影響埋地長輸管道的本質(zhì)安全[1]。

當(dāng)前，針對埋地長輸管道外防腐層完整性檢測的主要技術(shù)手段有：皮爾遜檢測法、直流電位梯度法(DCVG)及多頻管中電流檢測法(PCM)等[2]。PCM檢測方法操作比較簡單，初學(xué)者較易上手[3]。PCM檢測法具有很強(qiáng)的管道定位功能，而且不會受到地形因素和防腐涂層材料等外界因素影響。由于該方法適用于地表環(huán)境復(fù)雜多變的埋地管道外防腐層檢測[4]，因此，被廣泛應(yīng)用于埋地管道外防腐層完整性檢測。

1 PCM技術(shù)完整性評價(jià)原理

1.1 PCM檢測系統(tǒng)

整個(gè)檢測系統(tǒng)主要由：信號激勵(lì)裝置、接收機(jī)和A字架構(gòu)成[5]。PCM檢測系統(tǒng)見圖1。利用PCM檢測系統(tǒng)可對管道進(jìn)行定位及埋深勘測，同時(shí)，通過檢測管道經(jīng)過的電流可對外防腐層整體完整性做出判斷[6]。從理論上說，采用PCM技術(shù)對埋地管道外防腐層完整性的檢測不受管道敷設(shè)長度的影響，檢測系統(tǒng)可對30 km長的埋地管道實(shí)現(xiàn)一次性作業(yè)[7]。檢測過程中，根據(jù)觀察接收機(jī)記錄的電流幅值信號，一旦出現(xiàn)異常信號時(shí)，配合專用A字架，即可對異常信號位置進(jìn)行厘米(cm)級誤差范圍內(nèi)的精確定位。然而實(shí)際的工程實(shí)踐表明：由于受到地理環(huán)境因素、防腐層破損面積、管道彎頭、三通和直管等影響，檢測電流往往在埋地管線本體中傳播數(shù)公里后發(fā)生迅速衰減，從而致使檢測靈敏度大大降低。因此，采用PCM技術(shù)進(jìn)行埋地管道外防腐層完整性檢測通常施行分段方式進(jìn)行。

圖1 PCM檢測系統(tǒng)示意

1.2 PCM技術(shù)基本原理

PCM檢測技術(shù)的基本工作原理是通過信號激勵(lì)裝置向被檢管道傳輸多種頻率的電流信號，電流隨著管道軸向逐漸傳播，并隨距離的增加不斷衰減。電流幅值衰減的速率取決于埋地管道外防腐層電阻率，若防腐層平均電阻率高則衰減速率慢，反之則快[8]。被檢管道中電流衰減規(guī)律如式(1)所示。

I=I0e-ax

(1)

式中：I為被檢管道中任意一處檢測電流;I0為激勵(lì)單元供給被檢管道的電流信號;x為激勵(lì)單元至被檢管道點(diǎn)的距離;a為電流幅值衰減系數(shù)。

管道外防腐層在相同材質(zhì)并且各管段外防腐層平均電阻率幾乎無區(qū)別條件下時(shí)，被檢管道中的電流強(qiáng)度的自然對數(shù)與激勵(lì)信號點(diǎn)位置的距離幾乎成線性關(guān)系，其斜率實(shí)質(zhì)為電流衰減率。當(dāng)管道外防腐層完整性出現(xiàn)異常時(shí)，電流通過異常位置會發(fā)生衰減，此處的值將發(fā)生突變增大；電流衰減率與距離之間的關(guān)系曲線示意圖將會出現(xiàn)一個(gè)明顯脈沖方波異常，以此表示該檢測點(diǎn)防腐層可能存在破損點(diǎn)。

2 管道外防腐層完整性檢測案例

2.1 檢測數(shù)據(jù)收集

采用PCM技術(shù)手段，對某煉化廠區(qū)內(nèi)的某段埋地原油管道進(jìn)行外防腐層完整性檢測。被檢管道及其外防腐層材質(zhì)等相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 被檢管道基本信息

為確保埋地管道的安全運(yùn)行，不受外力破壞影響，依據(jù)輸油管道工程設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，管線的敷設(shè)深度必須滿足下列要求：根據(jù)管道經(jīng)過的地區(qū)等級、農(nóng)田耕作深度、凍土深度、地下水深度等因素，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，一般情況下管頂?shù)母餐翆雍穸葢?yīng)不低于0.8 m。對現(xiàn)場待檢埋地管道進(jìn)行隨機(jī)深度測試，采集32處檢測點(diǎn)，結(jié)果如圖2所示。管道深度范圍為1.55～5.88 m，符合一般施工要求。

在待檢原油管道周邊沿線的陰極保護(hù)測試樁引入發(fā)射源，信號激勵(lì)裝置一端接入待檢管道閥門，另一端接入大地，同時(shí)設(shè)定檢測頻率。專用A字架與信號接收機(jī)相連，根據(jù)已被確定好的管道走向，攜帶A字架沿管線進(jìn)行檢測，并根據(jù)讀取A字架底端兩個(gè)探針之間獲取的dB值對管道防腐層完整性做出評估。結(jié)合以往檢測經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)技術(shù)規(guī)范，對于該條埋地原油管道外防腐層破損點(diǎn)評價(jià)的依據(jù)見表2。

圖2 管道埋深數(shù)據(jù)

表2 被檢管道外防腐層質(zhì)量評估

該次檢測的原油管道長度為986 m，發(fā)現(xiàn)3PE外防腐層破損點(diǎn)27處，見表3。

表3 管道外防腐層破損點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)

2.2 數(shù)據(jù)開挖驗(yàn)證

經(jīng)PCM檢測發(fā)現(xiàn)存在27處疑似破損點(diǎn)，考慮實(shí)際的破損點(diǎn)數(shù)量較多，因此采用隨機(jī)開挖抽查方式進(jìn)行完整性檢測數(shù)據(jù)的有效性驗(yàn)證。對6號及9號疑似破損點(diǎn)位置進(jìn)行開挖驗(yàn)證，經(jīng)開挖發(fā)現(xiàn)，6號檢測點(diǎn)處原油管段外防腐層已出現(xiàn)局部脫落，9號檢測點(diǎn)位置防腐層出現(xiàn)破損，兩處的管體均未發(fā)生金屬壁厚缺損(見圖3)。由圖3可以看出，采用PCM技術(shù)手段可對埋地金屬管道外防腐層完整性進(jìn)行有效檢測。

圖3 6號和9號外防腐層破損點(diǎn)實(shí)物

3 結(jié) 語

應(yīng)用PCM技術(shù)可對埋地金屬輸油管道外防腐層完整性進(jìn)行有效評價(jià)。采用PCM技術(shù)既可對外防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的定位，也可實(shí)現(xiàn)不停車在役檢測,從而有效地降低了企業(yè)實(shí)施開挖作業(yè)的成本。在埋地金屬管道實(shí)施PCM檢測前，作業(yè)人員需提前熟悉管道走向、測試管道深度及觀察管道周邊可能存在的干擾因素，從而確保PCM檢測數(shù)值的真實(shí)性和有效性。