埋地金屬管道地面電磁檢測(cè)技術(shù)分析

唐偉 劉禾 舒向水

摘 要：在埋地金屬管道運(yùn)行中，為保障管道正常運(yùn)行，需采取一系列措施，如優(yōu)化管道設(shè)計(jì)與安裝，設(shè)置陰極保護(hù)，做好檢驗(yàn)工作等。文章將埋地金屬管道地面電磁檢測(cè)技術(shù)為研究對(duì)象，分析外檢測(cè)中常用的檢測(cè)技術(shù)，重點(diǎn)探究交變電流梯度法的檢測(cè)原理、要點(diǎn)與應(yīng)用效果，為檢測(cè)人員開展工作提供理論與實(shí)踐幫助。

關(guān)鍵詞：埋地金屬管道;交變電流梯度法;回路

埋地金屬管道是專門運(yùn)輸流體的特種設(shè)備，如原油、天然氣等。在實(shí)際運(yùn)行中，管道需在一定壓力條件下完成運(yùn)輸，運(yùn)行環(huán)境相對(duì)惡劣，易受第三方破壞，影響管道正常運(yùn)行，引發(fā)安全事故。為保障埋地金屬管道的安全應(yīng)用，需采用有效檢測(cè)技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道異常，將問題制止在萌芽階段。

1 埋地金屬管道地面電磁檢測(cè)技術(shù)

在埋地金屬管道檢測(cè)中，內(nèi)檢測(cè)技術(shù)對(duì)檢測(cè)條件的要求較高，并不適用大部分金屬管道運(yùn)行環(huán)境，影響檢測(cè)的效率與質(zhì)量。外檢測(cè)技術(shù)較為多元，在埋地金屬管道檢測(cè)中更為靈活，實(shí)用性更強(qiáng)。

1.1 常見埋地金屬管道檢測(cè)技術(shù)

1.1.1 磁記憶檢測(cè)技術(shù)

在檢測(cè)過程中，金屬的磁記憶激勵(lì)源為天然弱磁場(chǎng)，使管道出現(xiàn)自發(fā)磁化，在管道表面形成磁場(chǎng)，如果檢測(cè)到的磁場(chǎng)均勻分布，則說明管道正常運(yùn)行，如檢測(cè)到的磁場(chǎng)屬于漏磁場(chǎng)，則說明管道存在缺陷，以此實(shí)現(xiàn)埋地金屬管道的故障檢測(cè)。在故障定位方面，可根據(jù)地面獲取的磁場(chǎng)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。目前常用的磁記憶檢測(cè)設(shè)備為TSC-4M-16檢測(cè)儀，雖然其檢測(cè)效率較高、檢測(cè)成本偏低，但易受應(yīng)力集中區(qū)的干擾，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差。

1.1.2 直流電位梯度法（DCVG）

由接地樁向土壤發(fā)送電流信號(hào)，在防腐層破損區(qū)域，會(huì)產(chǎn)生電壓梯度，越靠近破損區(qū)域，電流密度越大，對(duì)應(yīng)的電位越高，使金屬管道電位表現(xiàn)出向外遞進(jìn)的趨勢(shì)。埋地金屬管道的破壞面積越大，遞進(jìn)的電位梯度越多，可根據(jù)電位差實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)。該方法具有檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，但對(duì)埋地金屬管道所在區(qū)域的土壤電阻率有一定要求，且僅適用于具備陰極保護(hù)系統(tǒng)的埋地金屬管道，檢測(cè)效率偏低。

1.1.3 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)

由探頭發(fā)射脈沖信號(hào)，在管壁四周沿著管體發(fā)散，發(fā)散至管道的缺陷部位時(shí)，部分脈沖信號(hào)會(huì)反射，接收裝置在接收到反射的脈沖信號(hào)時(shí)，會(huì)根據(jù)信號(hào)參數(shù)判斷缺陷的位置和嚴(yán)重程度。該檢測(cè)方法適用于長(zhǎng)距離管道，對(duì)于存在彎頭過多的管道，易出現(xiàn)檢測(cè)偏差。

1.1.4 交變電流梯度法

在管道和土壤間施加正弦電壓，并向管道發(fā)送電流信號(hào)，會(huì)在管道和土壤區(qū)域形成交變電磁場(chǎng)，應(yīng)用PCM和A字架，獲取電磁場(chǎng)的各項(xiàng)參數(shù)，并根據(jù)電磁場(chǎng)的強(qiáng)度、參數(shù)變化，判斷故障位置。檢測(cè)設(shè)備中顯示的數(shù)值越高，就表明埋地金屬管道的破壞現(xiàn)象越嚴(yán)重。

1.2 交變電流梯度法分析

1.2.1 檢測(cè)系統(tǒng)

在埋地金屬管道地面電磁檢測(cè)中，需將交變電流梯度法為核心，建設(shè)檢測(cè)系統(tǒng)，配置發(fā)射機(jī)與接收機(jī)等硬件設(shè)備，由超大功率發(fā)射機(jī)向管道發(fā)送電流信號(hào);接收機(jī)在地面沿著管道敷設(shè)方向，檢測(cè)電流強(qiáng)度、管道深度、地表磁場(chǎng)分量等參數(shù)，結(jié)合交變電流梯度法，分析電流變化規(guī)律，明確故障位置，分析防腐層性能。

1.2.2 構(gòu)建電路模型

在應(yīng)用檢測(cè)系統(tǒng)開展電磁檢測(cè)時(shí)，因交變電流梯度法受管道參數(shù)、防腐結(jié)構(gòu)與土壤條件等因素影響，需利用均勻傳輸線理論，構(gòu)建管--地回路的等效電路模型，實(shí)現(xiàn)管道的定量分析。在模型構(gòu)建中，縱向分量阻抗及橫向分量導(dǎo)納，是電路核心參數(shù)。在電磁檢測(cè)過程中，可將等效電路模型轉(zhuǎn)變?yōu)橛凶杩箓鬏斁€，該線呈現(xiàn)匹配狀態(tài)，所有入射波均被吸收，不會(huì)產(chǎn)生反射波?；谠撛?，可準(zhǔn)確計(jì)算回路的絕緣電阻，明確管道的防腐層狀況;將電流轉(zhuǎn)變?yōu)榉重愲娏?，其與測(cè)點(diǎn)距離曲線為直線，直線斜率可體現(xiàn)防腐層的性能水平。在該模型中，絕緣電阻與分貝電流的計(jì)算均需應(yīng)用原參數(shù)與副參數(shù)，前者包括指回路參數(shù)等;后者指衰減常數(shù)。

1.2.3 計(jì)算回路參數(shù)

基于電路模型數(shù)據(jù)計(jì)算的需求，技術(shù)人員需進(jìn)行回路參數(shù)計(jì)算，包括回路電阻、回路電感與回路電容等。回路電阻包括金屬管道的內(nèi)電阻與土壤的內(nèi)電阻兩部分。技術(shù)人員可采用0階變形貝塞爾工程，結(jié)合磁場(chǎng)強(qiáng)度等參數(shù)，計(jì)算金屬管道的內(nèi)電阻;利用“卡松線路”模擬電力傳輸，計(jì)算土壤內(nèi)電阻。回路電感包括管道內(nèi)自感與外自感，內(nèi)自感通過金屬管道內(nèi)電感計(jì)算，外自感將管道防腐層區(qū)域土體看做導(dǎo)體，按照同軸圓柱體對(duì)應(yīng)的電感計(jì)算方法明確具體電感數(shù)據(jù);回路電容的計(jì)算與圓柱形電容器計(jì)算公式相同，根據(jù)管道內(nèi)徑、管道外徑、管道與防腐層整體結(jié)構(gòu)的外半徑等參數(shù)，明確具體電容數(shù)據(jù)。

1.2.4 計(jì)算橫向電導(dǎo)

在埋地金屬管道中，橫向電導(dǎo)包括漏電導(dǎo)和土壤電導(dǎo)兩部分，可用于判斷金屬埋地管道防腐層老化與破損狀況。

1.3 復(fù)雜管道的檢測(cè)

在埋地金屬管道地面電磁檢測(cè)中，可能遇到復(fù)雜地下管網(wǎng)，影響交變電流梯度法應(yīng)用的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員可引進(jìn)先進(jìn)輔助設(shè)備，與交變電流梯度法配合使用，提高檢測(cè)效率與質(zhì)量，發(fā)揮檢測(cè)系統(tǒng)的作用。

對(duì)于縱橫交錯(cuò)的管網(wǎng)，檢測(cè)時(shí)電流易被劃分為多個(gè)分支，不能準(zhǔn)確定位防腐層故障點(diǎn)。技術(shù)人員可引進(jìn)管道定位儀，首先應(yīng)用管道定位儀明確所測(cè)管道的具體位置，再應(yīng)用上述檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢測(cè)。對(duì)于輸送流體中存在氫氣的埋地金屬管道，技術(shù)人員需引進(jìn)管道定位儀與氫氣查漏儀，首先應(yīng)用管道定位儀明確所測(cè)管道的具體位置，再應(yīng)用氫氣查漏儀確定氫氣泄漏點(diǎn)，最后應(yīng)用檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)防腐層缺陷。對(duì)于長(zhǎng)期泄漏的采暖管道或供水管道，易在檢測(cè)中出現(xiàn)漏電想象，影響檢測(cè)結(jié)果。技術(shù)人員可引進(jìn)頻率分析型檢漏儀或地面拾音器，前者適用于不明確是否存在泄漏點(diǎn)的管道，將其設(shè)置在所測(cè)管道的電流信號(hào)衰減位置，明確具體管道泄漏點(diǎn);后者適用于已明確存在泄漏點(diǎn)的管道，從管道端頭開始，沿著管道輸送方向，每隔50cm聽測(cè)一次，逐步排查泄漏點(diǎn)。

2 埋地金屬管道地面電磁檢測(cè)案例

通過上述分析可知，交變電流梯度法的管道檢測(cè)功能較為多元，本文選擇兩個(gè)案例，分析交變電流梯度法在定位管道故障方面的作用。本文以某運(yùn)輸石油的埋地金屬管道為例，分析交變電流梯度法的應(yīng)用。該輸油管道的運(yùn)行土壤表現(xiàn)出軟塑性、大空隙等特征，屬于不良地質(zhì)，但區(qū)域地磁場(chǎng)較為穩(wěn)定，在應(yīng)用交變電流梯度法檢測(cè)時(shí)，不會(huì)受地質(zhì)因素影響。就此，技術(shù)人員在應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)開展電磁檢測(cè)時(shí)，將電流衰減顯著區(qū)域作為檢測(cè)重點(diǎn)，提高該區(qū)域的檢測(cè)密度，通過A字架，實(shí)現(xiàn)管道防腐層泄漏點(diǎn)與破損點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果，該輸油管道共存在4處泄漏點(diǎn)、40余處外腐蝕斷裂點(diǎn)、200多個(gè)防腐層故障點(diǎn)。針對(duì)4處泄漏點(diǎn)，進(jìn)行開挖驗(yàn)證，結(jié)果與檢測(cè)結(jié)果一致，說明檢測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)泄漏點(diǎn)與故障點(diǎn)時(shí)準(zhǔn)確性較高。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員通過GDFFW軟件，進(jìn)行輸油管道各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算，綜合定量評(píng)價(jià)管道防腐層，指出其不足，為輸油管道運(yùn)維提供參考。

基于上述案例可知，在埋地金屬管道地面電磁檢測(cè)中，基于交變電流梯度法的檢測(cè)系統(tǒng)，可準(zhǔn)確定位管道的泄漏點(diǎn)與破損點(diǎn)，分析管道防腐層的老化狀況或性能水平，檢測(cè)效果較為理想，為埋地金屬管道管理提供參考，有助于埋地金屬管道可持續(xù)發(fā)展。就此，基于交變電流梯度法的檢測(cè)技術(shù)，可在埋地金屬管道地面電磁檢測(cè)中推廣應(yīng)用。

綜上所述，在埋地金屬管道地面電磁檢測(cè)中，交變電流梯度法可準(zhǔn)確獲取管道防腐層的電阻參數(shù)，定位管道的破損位置、泄漏位置或搭接位置，分析管道防腐層的防腐性能或老化狀況，為埋地金屬管道運(yùn)維提供技術(shù)支持，保障埋地金屬管道安全可靠運(yùn)行，發(fā)揮其重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘晨.交流輸電線路接地故障對(duì)埋地金屬管道的強(qiáng)電沖擊防護(hù)[J].全面腐蝕控制，2020，34（03）：25-28.

作者簡(jiǎn)介：

唐偉（1984- ），男，民族：漢，籍貫：山東省海陽市，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于山東輕工業(yè)學(xué)院，現(xiàn)有職稱：中級(jí)工程師，研究方向：化工工程。