管道外防腐層檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法的研究與應(yīng)用

孫雪峰 夏延海 程 寧

（中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司，山東 東營(yíng) 257100）

0 引言

管道防腐層通過物理隔絕周圍環(huán)境達(dá)到管道防腐的目的，是防止和減緩埋地鋼制管道腐蝕的重要手段，配合管道的陰極保護(hù)使用，還能起到電化學(xué)保護(hù)效果。盡管防腐層破損，管道本體不一定發(fā)生腐蝕，但發(fā)生腐蝕處的防腐層一定失效。那么通過檢測(cè)管道外防腐層的破損點(diǎn)，進(jìn)而找出管道本體的腐蝕點(diǎn)提供了技術(shù)上的可行性。在非開挖條件下對(duì)埋地鋼制管道外防腐層的有效性進(jìn)行檢測(cè)是當(dāng)前所有腐蝕檢測(cè)項(xiàng)目中最為有效、操作最為簡(jiǎn)捷、應(yīng)用最廣泛的方法，是當(dāng)前管道工程檢測(cè)的切入點(diǎn)。

1 外防腐層檢測(cè)技術(shù)

外防腐層檢測(cè)方法和設(shè)備均有多種，原理上大體可分為電位梯度法和電流梯度法兩種。電位梯度法是當(dāng)前使用的主要方法，也是NACE0502中推薦的方法，根據(jù)電流信號(hào)的不同分為直流電位梯度（ACVG）和交流電位梯度（ACVG）。其中直流電位梯度檢測(cè)技術(shù)，使用電流斷路器控制陰保電流的通斷，更適用于有外加電流陰極保護(hù)的管道，技術(shù)含量較高。

目前，國(guó)內(nèi)防腐層檢測(cè)方法多采用交流電位梯度法-國(guó)產(chǎn)的人體電容法和PCM的A字架。國(guó)外的PCM（DM）儀器采用多頻管中電流法，可在不開挖的條件下，能夠?qū)β竦毓艿赖姆栏瘜悠茡p點(diǎn)進(jìn)行精確定位，還可通過計(jì)算防腐層的絕緣電阻值，來判定管道防腐層的老化、破損狀況。國(guó)內(nèi)的研發(fā)公司結(jié)合我國(guó)國(guó)情，通過二次開發(fā)，形成了一整套檢測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其評(píng)價(jià)軟件支持GB/T 19285-2014《埋地鋼制管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》中防腐層分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，是業(yè)內(nèi)比較認(rèn)可的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

其工作原理是：外業(yè)測(cè)量時(shí)由地下管線探測(cè)儀的發(fā)射機(jī)向管線上發(fā)射一個(gè)低頻的檢測(cè)信號(hào)電流，之后在管道上方地面上，用接收機(jī)確定管線的精確位置并測(cè)量出一組信號(hào)電流強(qiáng)度值I，逐點(diǎn)記錄檢測(cè)點(diǎn)距離Xi 及電流值Ii。計(jì)算各檢測(cè)點(diǎn)的電流衰減值 Y=△IdB/△X 后，Y-X 曲線是一條反映電流衰減率的變化曲線，正常情況下，它是一條近似水平的直線。實(shí)測(cè)的某一管段電流衰減率，反映該管段防腐層狀況的好壞，用軟件提供的電阻計(jì)算可以計(jì)算出該管段的防腐層絕緣電阻Rg（KΩ.m2），就可以判斷出該管段防腐狀況的老化程度。

當(dāng)管道防腐層出現(xiàn)有破損時(shí)，檢測(cè)信號(hào)會(huì)在破損點(diǎn)上有額外的電流損耗，在相應(yīng)位置上IdB-X曲線出現(xiàn)局部較陡的變化，同時(shí)Y-X曲線上出現(xiàn)明顯的波峰。通過加密檢測(cè)或使用A型架進(jìn)行管道上方地面的泄漏電位測(cè)量,能夠準(zhǔn)確地指出破損點(diǎn)的位置。

2 管道外防腐層檢測(cè)效率

管道運(yùn)輸作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)五大運(yùn)輸部門之一，目前，僅油氣管網(wǎng)規(guī)模已經(jīng)超過16萬公里，油氣管網(wǎng)的雛形已經(jīng)形成，新建管道正以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，檢測(cè)管道的數(shù)量也以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)；按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在役管道防腐層應(yīng)進(jìn)行定期檢測(cè)，檢測(cè)周期根據(jù)壓力、服役年限、腐蝕環(huán)境狀況等確定。當(dāng)前專業(yè)檢測(cè)公司檢測(cè)埋地管道，一般以公里數(shù)計(jì)算費(fèi)用，隨著競(jìng)爭(zhēng)加劇，檢測(cè)費(fèi)用不斷壓縮。在野外施工中，在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上，每天的檢測(cè)公里數(shù)是主要考核目標(biāo)，而生產(chǎn)中會(huì)遇到信號(hào)較弱和重復(fù)檢測(cè)路線等各類問題，因此，提高管道外防腐層檢測(cè)施工效率是當(dāng)前形勢(shì)發(fā)展的需要。

根據(jù)野外檢測(cè)作業(yè)統(tǒng)計(jì)，外防腐層檢測(cè)的最耗時(shí)關(guān)鍵點(diǎn)是管道有效信號(hào)長(zhǎng)度和檢測(cè)路線折返。從檢測(cè)基礎(chǔ)原理出發(fā)，通過技術(shù)創(chuàng)新，改進(jìn)野外實(shí)用外防腐層檢測(cè)方法。

2.1 檢測(cè)信號(hào)

施加一次信號(hào)能將管道檢測(cè)完成，是最理想的狀態(tài)，而實(shí)際施工中，管道的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于電流衰減傳輸?shù)木嚯x，因此，將信號(hào)施加在待檢管道的中間，人員在管道的兩側(cè)都可以檢測(cè)，減少施工信號(hào)次數(shù)；另外，信號(hào)施加在管道中間，檢測(cè)人員可以從一端直接檢測(cè)到另一端，中間施加信號(hào)的位置需要做好標(biāo)記，該方法省去了重新設(shè)置文件的過程，需要在評(píng)價(jià)的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)采用合適的處理，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外結(jié)合提高生產(chǎn)效率。

管道檢測(cè)距離的長(zhǎng)短與信號(hào)的強(qiáng)弱有直接的關(guān)系，信號(hào)越強(qiáng)，其在管道中傳輸?shù)脑竭h(yuǎn)。提高信號(hào)的強(qiáng)度是野外生產(chǎn)的關(guān)鍵。在干燥的地區(qū)，大地阻抗較大，信號(hào)施加非常困難，需要采用多種方法組合，提高檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度。

下面從這幾個(gè)方面進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，增大回路信號(hào)。

（1）改善大地電學(xué)性質(zhì)

接地優(yōu)先考慮就地選擇，檢測(cè)管線附近有水域、建筑物接地線、避雷針地極、電線桿拉線等易導(dǎo)電的裝置，利用它是比較方便的選擇；對(duì)于干燥土壤，比如沙地、黃土塬等，保水、吸水能力弱，接地電阻大，致使檢測(cè)通路電流小。生產(chǎn)中，最直接的方法是使用鹽水澆濕土壤，能快速減弱土壤電阻，也可在土壤中加入食鹽、煤渣、炭末、爐灰等物質(zhì)，提高土壤吸水率；

（2）雙側(cè)接地

地極材料可選用高壓電接地扁鋼，使用多根地極在管道雙側(cè)多點(diǎn)接地，根據(jù)回路電阻，設(shè)置兩側(cè)地極數(shù)量、地極與管道垂直距離、地極間距離、地極插入土壤深度等影響因素，通過單邊測(cè)量的方法，調(diào)節(jié)以上因素，使磁場(chǎng)分布對(duì)稱均勻，探測(cè)位置準(zhǔn)確。應(yīng)用該方法可使檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度平均提高2倍以上，進(jìn)而使檢測(cè)距離增加2倍以上，同時(shí)提高了檢測(cè)精度；

（3）多機(jī)組合方法

在對(duì)一根較長(zhǎng)的管道進(jìn)行多臺(tái)發(fā)射機(jī)組合同步檢測(cè)中，各種頻率信號(hào)會(huì)產(chǎn)生互相干擾，通過信號(hào)選頻組合可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)同步檢測(cè)；

首先確定一臺(tái)發(fā)射機(jī)在某一根長(zhǎng)管道上能夠檢測(cè)的單側(cè)最遠(yuǎn)距離，在管道約兩倍單側(cè)檢測(cè)距離處施加不同頻率的信號(hào)進(jìn)行同步檢測(cè)，當(dāng)接收機(jī)信號(hào)較弱時(shí)，切換到另一臺(tái)發(fā)射機(jī)信號(hào)頻率，重新建立檢測(cè)工程文件，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；為了避免信號(hào)倍頻干擾，兩臺(tái)發(fā)射機(jī)的頻率應(yīng)選擇差異較大，且不是倍數(shù)的關(guān)系。將混合頻率信號(hào)加載到檢測(cè)管道上，能夠解決多頻率干擾問題，實(shí)現(xiàn)多機(jī)組合同步檢測(cè)目的，該技術(shù)應(yīng)用在管道定位及防腐層檢測(cè)項(xiàng)目中，檢測(cè)效率能提高許多。

圖1 管道檢測(cè)過河

2.2 檢測(cè)模式

野外檢測(cè)中時(shí)常會(huì)遇到以下兩種情況：

（1）在檢測(cè)過程中，檢測(cè)人員經(jīng)常遇到繞行河溝、山坡等地形障礙物，由于架設(shè)信號(hào)站困難，數(shù)據(jù)檢測(cè)方向要一致，檢查人員將繞行幾公里找到下一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)位，效率低下；或重新設(shè)置文件，容易出錯(cuò)；

（2）油田集輸管道存在大量三通串聯(lián)管道，連接關(guān)系復(fù)雜。檢測(cè)數(shù)據(jù)必須分段記錄，以保證各段數(shù)據(jù)方向一致，但大量重新設(shè)置文件，容易出錯(cuò)，耗時(shí)長(zhǎng)。

圖2 管道串聯(lián)

為了提高檢測(cè)工效、降低作業(yè)強(qiáng)度，使野外檢測(cè)可以用任意快速、便捷的方式采集數(shù)據(jù)，創(chuàng)新了任意數(shù)據(jù)整體整理方法，只要檢測(cè)出管道每一段的數(shù)據(jù)，都可以通過內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，保證管道數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)準(zhǔn)確。

3 管道防腐層評(píng)價(jià)方法

通過以上方式檢測(cè)管道，在方便了野外采集同時(shí)，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理將不能按照以往的分段評(píng)價(jià)。我們通過開發(fā)數(shù)據(jù)預(yù)處理程序，將一條管道的數(shù)據(jù)整理后，能夠直接導(dǎo)入ESTEC軟件進(jìn)行處理，達(dá)到整體評(píng)價(jià)的目的。

對(duì)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，我們歸納為一種圖形標(biāo)識(shí)法，首先要野外人員詳細(xì)的注明每一段檢測(cè)數(shù)據(jù)位置，數(shù)據(jù)處理人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的順序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，將每一段數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，再按照評(píng)價(jià)方向進(jìn)行組合。在一張足夠大的紙上或軟件中畫出管線的草圖。在草圖上標(biāo)出分段的大致情況以及各分段的信號(hào)供入點(diǎn)位置、測(cè)量方向、大致的測(cè)量距離和相應(yīng)的基礎(chǔ)卷文件名。特別標(biāo)注出測(cè)量有重疊的管段以及沒有進(jìn)行測(cè)量的管段、需要分割的點(diǎn)號(hào)，對(duì)重疊部分需要?jiǎng)h除的點(diǎn)號(hào)標(biāo)注清晰，兩段相接部分要做好連接處理。通過軟件進(jìn)行計(jì)算檢查糾正，快速生成標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)，完成后續(xù)評(píng)價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

管道外防腐層檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法在項(xiàng)目施工中能達(dá)到事半功倍的效果，尤其是在干旱等接地條件不好、管道地面環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)，通過優(yōu)化和創(chuàng)新檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法，提高了檢測(cè)質(zhì)量和工效，降低了作業(yè)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，適合在復(fù)雜檢測(cè)工程中推廣應(yīng)用。