輸油管道外防腐層破損缺陷識(shí)別及開挖驗(yàn)證*

(南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210019)

國(guó)家石油和天然氣發(fā)展“十三五”規(guī)劃統(tǒng)計(jì)表明，“十三五”期間，國(guó)內(nèi)將新建原油管道約 5 000 km，新增一次輸油能力1.2×108t/a；新建成品油管道1.2×104km，新增一次輸油能力0.9×108t/a；新建天然氣主干及配套管道4.0×104km[1]。到2020年，累計(jì)建成原油管道3.2×104km，成品油管道3.3×104km，天然氣管道10.4×104km。

油氣管道的安全運(yùn)行對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展至關(guān)重要。油氣輸送管道在建設(shè)、安裝和運(yùn)行過程中，受施工和地下環(huán)境等各種因素的影響，容易發(fā)生腐蝕失效、第三方破壞等事故，需要進(jìn)一步加強(qiáng)腐蝕檢查，嚴(yán)格控制防腐層質(zhì)量。

1 外防腐層檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法

1.1 管道探測(cè)定位

管道的埋深和走向是管道后續(xù)檢驗(yàn)的基礎(chǔ)，只有確定管道的位置才能保障后續(xù)檢驗(yàn)工作的順利進(jìn)行。管道走向和埋深采用管線定位儀(PCM X)進(jìn)行探測(cè)，其設(shè)備包含發(fā)射機(jī)和接受機(jī)兩大單元，發(fā)射機(jī)在管道和大地之間施加某一頻率的正弦電壓，向待檢測(cè)的管道發(fā)射檢測(cè)信號(hào)電流，管道中電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，在地面上檢測(cè)交變磁場(chǎng)的強(qiáng)度，即可確定管道的走向和埋深。

1.2 外防腐層檢測(cè)數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)

1.2.1 破損點(diǎn)查找

按文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]中的要求，采用電位梯度法對(duì)埋地管道外防腐層進(jìn)行檢測(cè)。該方法根據(jù)信號(hào)電流的不同分為直流電位梯度(DCVG)法和交流電位梯度(ACVG)法。電位梯度法的基本原理：當(dāng)向管道施加特定頻率信號(hào)電流時(shí)，如果防腐層出現(xiàn)破損，信號(hào)電流就會(huì)從破損點(diǎn)處流出，并以破損處為中心形成一個(gè)球形電位場(chǎng)(如圖1所示)，在地面上通過對(duì)這個(gè)電位場(chǎng)地面投影的電位梯度進(jìn)行檢測(cè)，確定出電位場(chǎng)的中心，即可檢測(cè)出破損點(diǎn)的位置。

圖1 防腐層破損點(diǎn)周圍形成的電位場(chǎng)

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

該次檢測(cè)使用PCM X設(shè)備，采用ACVG方法進(jìn)行，隨著距離的加大，得出接收電流的變化規(guī)律，再采用埋地管線外防腐層狀況綜合檢測(cè)評(píng)估ESTEC分析軟件，輸入管道外徑φ，管壁厚度P，測(cè)量頻率f，每米管道防腐層電容C，每米管道防腐層電感L共 5 個(gè)參數(shù)，其中φ(管徑)、P(壁厚)為管道參數(shù)，檢測(cè)頻率是在現(xiàn)場(chǎng)取數(shù)據(jù)時(shí)確定，C(電容)、L(電感)由軟件推薦。對(duì)采集的距離、電流等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，計(jì)算出管道防腐層絕緣電阻率Rg。

1.2.3 防腐層質(zhì)量評(píng)價(jià)

根據(jù) GB/T 19285—2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》附錄K，以外防腐層絕緣電阻率Rg為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)防腐層進(jìn)行分級(jí)和評(píng)價(jià)，見表1。

表1 外防腐層分級(jí)和評(píng)價(jià) kΩ·m2

2 輸油管道外檢測(cè)工程應(yīng)用

2.1 管道參數(shù)

對(duì)某公司φ323.9 mm的原油輸送管道進(jìn)行外檢測(cè)應(yīng)用，管道參數(shù)見表2。

表2 輸油管道參數(shù)

2.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

利用PCM X設(shè)備配合A字架對(duì)該管道進(jìn)行檢測(cè)，信號(hào)輸入點(diǎn)位于第092號(hào)測(cè)試樁，測(cè)量頻率128 Hz，加載電流1 A，選取其中360 m的數(shù)據(jù)，利用分析軟件進(jìn)行防腐層質(zhì)量狀況評(píng)估，距離起始點(diǎn)285 m處，ACVG出現(xiàn)異常信號(hào)，為1處防腐層破損點(diǎn)，分析見圖2。

選取防腐層分布電容C：0.003 μF/m,分布電感L：0.036 mH/m，利用軟件計(jì)算整段平均絕緣電阻值為7.5 kΩ·m2，防腐層總體評(píng)價(jià)等級(jí)為2級(jí)，見表3。其中1級(jí)的長(zhǎng)度270 m，4級(jí)的長(zhǎng)度90 m。

圖2 防腐層質(zhì)量評(píng)估

表3 防腐層級(jí)別計(jì)算

3 開挖驗(yàn)證直接檢測(cè)

3.1 防腐層外觀檢查

開挖后，對(duì)防腐層進(jìn)行檢查，觀察防腐層表面比較平整、搭接均勻，表面無氣泡，但存在明顯的破損和劃痕，如圖3所示。測(cè)量防腐層缺陷面積為100 mm×45 mm。

圖3 開挖驗(yàn)證防腐層破損

3.2 防腐層厚度檢測(cè)

按照SY/T 0066—1999《鋼管防腐層厚度的無損測(cè)量方法(磁性法)》，采用涂層測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)量。測(cè)3個(gè)部位，沿圓周方向均勻分布上、下、左、右4個(gè)點(diǎn)，依次測(cè)量各部位防腐層厚度，數(shù)據(jù)見表4。由表4可知，防腐層厚度滿足最薄點(diǎn)0.72 mm。

表4 防腐層厚度測(cè)量 mm

3.3 電火花檢漏檢測(cè)

按SY/T 0063—1999《管道防腐層檢漏試驗(yàn)方法的要求》，根據(jù)防腐層的類型和厚度計(jì)算電壓，采用電火花檢漏儀對(duì)除破損點(diǎn)外的管段進(jìn)行檢測(cè)，采用型號(hào)為DC30的電火花檢測(cè)儀，檢測(cè)電壓為 5 kV。檢查時(shí)，探頭接觸防腐層表面，探頭移動(dòng)速度不超過0.3 m/s。檢測(cè)結(jié)果顯示無漏點(diǎn)、無異常。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)外防腐層按照GB/T 21447—2018《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》進(jìn)行選擇，充分考慮管道所處的土壤環(huán)境、地形地貌狀況、施工及運(yùn)行條件，選取合適的防腐層材質(zhì)和結(jié)構(gòu)。

(2)防腐層的質(zhì)量評(píng)價(jià)內(nèi)容主要有防腐層破損點(diǎn)，防腐層整體狀況評(píng)估、壁厚測(cè)定和電火花檢測(cè)等。

(3)開挖驗(yàn)證檢查發(fā)現(xiàn)，異常信號(hào)處存在防腐層破損，與信號(hào)分析結(jié)果一致，驗(yàn)證了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。