标题埋地金属管道综合检测技术应用研究

论文埋地金属管道综合检测技术应用研究范磊 林辉 (大庆市汇通无损检测技术服务有限公司) 摘要：随着技术的进步以及国家能源政策的调整，埋地管道的安全运行日益得到了管道使用单位和政府相关职能部门的重视。本文综述了目前国内外常用的埋地金属钢质管道检验检测方法的原理及其优缺点，并结合作者的研究成果，提出埋地金属管道综合检验检测技术组合方法。 关键词：埋地金属管道、检测技术、比对研究、方法组合 1、前言 随着科技的进步以及国家相关政策法令（如302号令(1)）的出台，埋地金属管道使用单位对管道的安全性能越来越重视。随着政府有关职能部门的改革，对埋地金属管道的安全监察也日益重视(2)。经过对旧管道的修复（Renovation）、修理（Repair）及更换（Replacement），（简称3R技术）(3)，通过进行方案比较，发现主动进行有计划的“修复”比管道事故后的“修理”代价小得多，有效地避免了恶性事故的发生，大大地提高了社会效益和经济效益。而修复的基本要求是对埋地钢质管道的走向与埋深、管道的腐蚀防护系统进行准确的检测与评价，其结果对的准确性管道的安全运行起着关键作用。因而，如何进行科学有效的检测以及制定综合检测技术与方案，目前尚未全面解决城市埋地金属管道腐蚀检测问题的方法仪器与相应的技术方案。因此，开展埋地金属管道综合检验检测技术研究具有重要的现实意义(4)。埋地钢质管道检测技术包括内部检测与外部检测，本文主要讨论外检测技术。外部检测主要是指在地面不开挖条件下，对埋地钢质管道外覆盖层以及阴极保护效果进行检测评价，同时，有效地检测监控管道经过地区的环境条件，也是埋地金属管道腐蚀防护检验检测评价的一个重要方面。 2、埋地金属管道外覆盖层检测技术与仪器 埋地金属管道防腐涂层检测的方法很多，而且各具特色，但迄今为止，尚无综合方法解决城市埋地燃气钢质管道的腐蚀与防护检测问题。现将国内外常用检测方法的原理、特点以及优缺点进行了研究。常用的管道外检测技术有：标准管/地（P/S）电位测试、密间隔电位测试技术（CIPS）、直流电位梯度法（DCVG）、Pearson测试技术、多频管中电流衰减测试法、变频选频法、直流电流－电位法等(3，4，5，6，7)。（1）管/地电位检测技术 管/地电位检测技术就是利用数字万用表与Cu/CuSO4（CSE）硫酸铜参比电极对埋地管道自然电位和保护电位的测量，通过电位的数值间接评定涂层的质量状况。常用的有近参比法、地表参比法与远参比法。该种方法能快速测量管线的阴极保护电位，是目前通用的地面测量管道保护电位的方法，不能确定缺陷大小、位置以及涂层剥离。（2）密间歇电位检测（CIPS） 密间歇电位（有时也称为近间距电位测试）检测技术是当今尖端的检测技术之一，是一种用来提供管道对地电位与距离关系详细情况的地面检测技术。 CIPS的含义是近间距管对地电位测量，它由一个高灵敏的毫伏表和一个Cu/CuSO4半电池探杖以及一个尾线轮组成。测量时，在阴极保护电源输出线上串接断流器，断流器以一定的周期断开或接通阴极保护电流。能指示管道沿线的CP效果，指出缺陷的严重性，并自动采集数据样。缺点是检测时需步行整个管线，检测结果不能指示涂层的剥离，还可能受到干扰电流的影响，需拖拉电缆，使用范围有一定的限制。代表仪器是加拿大Cathodic Technology Company生产的Hexcorder CIPS。（3）直流电压梯度测试技术（DCVG） 当直流信号象阴极保护电流一样加到管道上时，在管道防腐层破损裸漏点和土壤之间存在电压梯度。在接近破损裸漏点部位，电流密度增大，电压梯度增大。一般地，电压梯度与裸漏面积成正比例关系。直流电压梯度检测技术，就是基于上述原理而建立的。 DCVG方法是使用一个的毫伏表（先进的DCVG仪器用数字液晶屏幕显示所测的毫伏数），以及2个Cu/CuSO4半电池探杖插入检测部位的地面进行电位梯度检测。 为了有利于对信号的观察和解释，在DCVG测量时，要在阴极保护输出上加一个断流器。在测量过程中，操作员沿管线以2m间隔用探杖在管顶上方进行测量。 该方法能准确地查出防腐层的破损位置，可估算缺陷大小，并通过IR％判定缺陷的严重程度。测试过程中不受交流电干扰，不需拖拉电缆，受地貌影响小，操作简单，准确度高。根据检测结果可给用户提供合理的维护和改造建议。但该方法不能指示管线阴极保护效果，不能指示涂层剥离，需沿线步行检测；杂散电流、地表土壤的电阻率等环境因素会引起一定的测量误差。 代表仪器是加拿大Cathodic Technology Company生产的HexcorderDCVG。（4）Pearson检测技术 该检测技术也称电压差法，在管道与大地之间施加的交变信号通过管道防腐层的破损点处时会流失到大地土壤中，因而电流密度随着远离破损点的距离而减小，在破损点的上方地表面形成了一个交流电压梯度。检测时，两名操作者脚穿铁钉鞋或手握探针，相距3～6m，将各自拾取的电压信号通过电缆送接收装置，经滤波放大后，指示检测结果。 可沿线检测防腐层破损点和金属物体，是目前国内最常用的检测技术。价格便宜，且在国内有较成熟的使用经验，检测速度较快，同时，该法具有识别破损点大小的功能，微小漏点均能测到，在长输管道的检测与运行维护中的使用效果较好。但需要沿全线步行检测，不能指示缺陷的严重程度、CP效率和涂层剥离，易受外界电流的干扰，依赖操作者的技能，常给出不存在的缺陷信息，同时，劳动强度较大，对水泥或沥青地面产生了接地难的问题。代表仪器为大庆市汇通无损检测技术公司生产的HT系列地下管道防腐层探测检漏仪。（5）管内电流检测技术 管内电流检测技术，又称多频管中电流法（又称电流衰减法）。是采用等效电流原理，评价防腐层绝缘电阻。 检测时由发射机向管道发射某一频率的信号电流，电流流经管道时，在管道周围产生相应的磁场；当管道外防腐层完好时，随着管道的延伸，电流较平衡，无电流流失现象或流失较少，其在管道周围产生的磁场比较稳定；当管道外防腐涂层破损或老化时，在破损处就会有电流流失现象，随着管道的延伸，其在管道周围磁场的强度就会减弱。 这是目前国内外应用比较成熟的一种检测方法，可长间距快速探测整条管线的防腐层状况，也可缩短间距对破损点进行定位，属于非接触地面测量，受地面环境影响较小。但测量结果不直观，不能指示CP效率，不能指示涂层剥离，易受外界电流的干扰，且需预先获得一些物理量，如管体的电阻、内电感、外电感以及防腐层的电容率等。 主要代表仪器是英国公司生产的RD400-PCM检测仪。（6）变频－选频法 该方法是通过被测管路的某个标桩向管体和大地之间加载一定功率的交流信号，在另一标桩处检测管体与大地之间同一频率的信号，同步的改变发、收频率直到接收功率是发射功率的5％以下即可认为“信号损耗殆尽”，然后利用两标桩之间管体长度、管体直径、管壁厚度、包覆层的材料损耗角正切、土壤特性阻抗等有关物理量计算两标桩之间管道包覆层的漏电阻。由于评价是以段为单位进行的，实际上给出的是段内平均漏电阻，不能指出具体的破损点位置。 这是国内提出的一种检测方法，能快速普查整条管道防腐层的综合保护性能，受地面环境影响较小。但计算结果引入的人为因素多，误差大，其线传输理论模型在管路复杂的情况下难以适应，特别是对于城市埋地管线，且不能有效的判断破损点的位置。 代表仪器是大庆市汇通无损检测技术公司生产的HT系列地下管道防腐层绝缘电阻测量仪。（7）管中电流－电位法 其原理是通过阴极电流测量电流衰减及电位偏移来计算其覆盖层的绝缘性能参数，是测量覆盖层绝缘性能的理想方法，但此法受到客观因素的制约，如交、直流的干扰，仪器的专用性和响应速度，电流测试桩的设置，电源的通/断，30m管长的误差及钢材电阻率的取值等，都将影响其结果的正确性。 3、拟定的检测与设备组合 根据对上述各种检测方法原理分析，以及优缺点总结，结合工程实际检测以及对埋地金属管道安全运行管理的需要，本文作者提出了埋地金属管道综合检验检测技术组合方法，具体的应用步骤如下：（1）管线探寻 为了保证所进行的检测是在管道正上方，需要明确管线的位置与走向。对厂区内的短距离管线，可选用RD4000-PDL，而长距离的管线，只能选用RD400-PCM进行探测；而对于局部区域内的复杂管线，可选用探地雷达，如PipeHawk地下管道探测雷达。 探地雷达的工作原理是：通过天线向地下发射一个快速上升的电磁脉冲，该脉冲被地下介质介电常数的变化散射，这些由地下介质介电常数的变化产生的散射将一小部分能量反射回到雷达天线。反射回来的信号由天线接收后传送到数字信号处理硬件，经计算机处理后就能得到管道的具体位置。国家质检总局锅检中心拥有国内唯一的一台设备。（2）管线外覆盖层安全质量状况检测 采用管中电流测绘法评价管线外覆盖层的安全质量状况。可采用RD400-PCM以及变频选频仪，但目前比较常用的是RD400-PCM。通过检测，可了解管段的整体安全质量状况。（3）阴极保护效果检测 对于管道外覆盖层安全状况较好的管段，可采用P/S管地电位测量方法，综合评价管道的阴极保护效果。而对于外覆盖层安全质量状况较差的管道，宜采用CIPS测试其Von/Voff电位的分布情况，以判断阴保效果，确保管道的安全运行。而对土壤电阻率较高的地区，建议也采用CIPS测试P/S电位，以有效地消除IR降问题。（4）破损点找寻、定位与大小估算 对外覆盖层安全质量状况异常的管段，以及阴极保护效果检测发现问题较多的管段，应进行破损点检测与定位，并估算其大小。目前常用的检测有：RD400-PCM带A字架检测仪以及大庆市汇通无损检测公司的HT系列地下管道防腐层检漏仪。HT系列检漏仪的精度略高于A字架检测仪。建议采用两种方法进行重复定位，以提高检测准确率。为了有效地评估缺陷或破损点的危害，在可能的条件下，应明确外覆盖层的破损点大小，可采用DCVG＋CIPS进行涂层破损点大小的判断。（5）破损点严重性与阴阳极状态判断 有效判断管线外覆盖层破损点的严重性与阴阳极状态是确保有缺陷的管道能否安全运行的重要因素。采用DCVG、SCM杂散电流测绘仪确定缺陷点的严重性与阳极/阴极状态。在一般情况下，采用DCVG即可，而对于较复杂且重要的管线，建议采用SCM方法。因为，对于有破损点的管段，SCM能更有效地进行杂散电流测试，找出破损点属于阳极倾向点还是阴极倾向点，为管道的运行维护与排流改造提供较多的信息。 SCM的工作原理为：智能信号发送器发送独特的电流信号，用SCM智能感应器测量所选管道中流动的干扰电流，确定干扰电流流入目标管道的流入点、方向、流出点。经过以上检测技术的组合，可以掌握地下钢质管道的走向与埋深、外覆盖层安全质量状况、阴极保护电位分布、破损点大小与分布及位置、破损点的严重性与阴阳极趋向，从而为管道使用单位对管道进行维修理与改造提供依据，为政府相关职能部门安全监察提供参考。 4、结论 定期进行埋地钢质管道检验检测是国外实现管道安全运行与管理的重要措施，在实践中得到了较好的应用，而在我国，由于政府管理职能因素、相关标准与法规的滞后以及技术方面等诸多原因，尚未完全开展埋地钢质压力管道的定期检验工作。埋地钢质管道，特别是城市埋地燃气管道的地面非开挖工程检验检测，尚有一些技术难题未完全解决，需要对现有的检测方法进行有效组合因此，本文在对国内外埋地钢质管道的检验检测技术与方法原理进行了分析以及总结其优缺点的基础之上，提出了综合检验检测技术组合方法,并在大庆油田、齐齐哈尔天然气公司等埋地金属管道检测中进行了试验，具有可行性。