滕興林

（綏化市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究所，黑龍江 綏化 152000）

為了保證管道的安全運(yùn)行，延長(zhǎng)管道的使用壽命，埋地鋼管一般都有防腐層和陰極保護(hù)組成的防護(hù)系統(tǒng)。防腐層和陰極保護(hù)起著一種互補(bǔ)作用，防腐層的破損會(huì)引起保護(hù)電流的流失，使保護(hù)效果降低，甚至失效。陰極保護(hù)效果的降低或失效，又會(huì)加劇管道的腐蝕，引起防腐層的剝離、龜裂。對(duì)外防腐層的檢測(cè)，尤其是對(duì)管道外防腐層破損點(diǎn)的精確定位，確定破損點(diǎn)的大小，篩選出最大破損點(diǎn)和腐蝕穿孔泄漏點(diǎn)，進(jìn)行開挖，重新涂敷和堵漏，是管道業(yè)主最為關(guān)心的問題。下面對(duì)外防腐層破損的檢測(cè)方法進(jìn)行分析論述。

1 交流電流法

交流電流法在國際上通常被稱為皮爾遜檢測(cè)法(PearsonSurvey)。其基本原理是：當(dāng)用一個(gè)信號(hào)發(fā)射機(jī)把特定頻率的交流信號(hào)通過導(dǎo)線施加在金屬管道上時(shí)，這種特定頻率的交流信號(hào)就會(huì)沿管道向前傳播，并在無窮遠(yuǎn)處與發(fā)射機(jī)的地線形成回路。如果管道的外防腐層完好，由于管道電阻的原因，管道中交流信號(hào)是沿程均勻衰減的；如果管道的外防腐層有破損或絕緣不好，在外防腐層破損點(diǎn)便會(huì)有電流泄漏入土壤中，這樣如果沿程測(cè)量管道中的電流信號(hào)，在破損點(diǎn)附近，就會(huì)有一個(gè)管中電流的陡降；同時(shí)在管道破損點(diǎn)和土壤之間也會(huì)形成電壓差，且在接近破損點(diǎn)的部位電壓差最大，用儀器在埋設(shè)管道的地面上可檢測(cè)到這種電流或電位異常，即可發(fā)現(xiàn)管道外防腐層破損點(diǎn)。特別指出的是，皮爾遜檢測(cè)是一種檢測(cè)方法和基本原理，不是具體的某種設(shè)備，把基于以上原理的檢測(cè)設(shè)備與一種檢測(cè)方法混為一談是不恰當(dāng)?shù)摹Ｆ栠d檢測(cè)法最大的特點(diǎn)是向管道施加特定頻率的交流信號(hào)，然后在防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)到電流或者電壓的異常。

基于皮爾遜檢測(cè)法的設(shè)備，由于接收機(jī)輕便，檢測(cè)速度較快，自帶信號(hào)發(fā)射機(jī)，可以檢測(cè)沒有陰極保護(hù)(CP)的管道，因此目前國內(nèi)仍較普遍使用，受現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員的歡迎。但是這些設(shè)備使用局限性也很大：操作者的經(jīng)驗(yàn)技能特別重要，沒有現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的人不易查找到涂層缺陷的位置，或者是常給出不存在的缺陷信息；很難指示涂層剝離但管道不漏鐵的破損點(diǎn)；不能指示CP效率，易受地電場(chǎng)干擾。

2 直流電壓法

外防腐層破損檢測(cè)和管道腐蝕狀態(tài)評(píng)價(jià)的另一個(gè)前沿研究領(lǐng)域就是直流電壓梯度法(DCVG)，其特點(diǎn)是利用現(xiàn)有的陰極保護(hù)直流信號(hào)或臨時(shí)向管道施加直流信號(hào)，然后在防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)到管對(duì)地極化電壓的異常，從而確定破損點(diǎn)和破損程度。而采用密間隔電位法(CIPS)全面測(cè)量，有助于評(píng)估管道整體陰極保護(hù)的情況。這兩種技術(shù)的結(jié)合(DCVG+CIPS)代表了這一領(lǐng)域的發(fā)展方向，也符合國際防腐蝕工程師協(xié)會(huì) (NACE)標(biāo)準(zhǔn)RP0502-2002的基本要求。

2.1 密間隔電位測(cè)量法

密間隔電位法CIPS主要用于測(cè)定CP系統(tǒng)的效果，間接反映防腐涂層狀況。CIPS法沿管道以間隔1.0～1.5m采集數(shù)據(jù)，繪制連續(xù)的開/關(guān)管地電位曲線圖，反映管道全線陰極保護(hù)電位情況。當(dāng)防腐層某處存在缺陷時(shí)，該處電流密度增大，使保護(hù)電位正向偏移，當(dāng)這種偏移達(dá)到一定數(shù)量，在地表就可檢測(cè)到，當(dāng)電位(銅/硫酸銅參比電極)低于-850mV時(shí)，管道就會(huì)發(fā)生腐蝕。

CIPS法不能檢出涂層破損的準(zhǔn)確位置，實(shí)際上是一種管地電位檢測(cè)技術(shù)并非涂層缺陷檢測(cè)技術(shù)，涂層狀況是通過電位分析獲得的，因此通常要與DCVG配合使用。用CIPS判定CP不足或過保護(hù)具有獨(dú)到之處。

2.2 直流電壓梯度法

直流電壓梯度法 (DCVG)是由JohnMulvaney在澳大利亞首先提出，最初應(yīng)用在通信電纜外護(hù)套破損的確定，而后廣泛地應(yīng)用在埋地鋼管外防腐層破損的直接檢測(cè)和評(píng)價(jià)領(lǐng)域，至今已經(jīng)有逾30年歷史。其基本原理是當(dāng)把一個(gè)直流信號(hào)(比如陰極保護(hù)信號(hào))施加到帶防腐層的管道上，就能在管道的防腐層破損點(diǎn)裸露的管體和大地之間，由于土壤的電阻作用，建立起電壓梯度，即土壤的電壓降ΔU。依據(jù)土壤的電壓降占管道對(duì)地電壓的百分比來計(jì)算涂層缺陷的大小和破損點(diǎn)的嚴(yán)重程度，越靠近管道的破損點(diǎn)電壓的梯度越大，流失的電流也越大。其判斷標(biāo)準(zhǔn)為：小破損點(diǎn)：(0～15%)ΔU；中破損點(diǎn)：(16%一 35%)ΔU；大破損點(diǎn)：(36%～100%)ΔU。

依據(jù)此原理，直流電壓梯度法使用高靈敏度的電壓表頭在管道防腐層破損點(diǎn)上方的地面上測(cè)量?jī)蓚€(gè)銅/硫酸銅半電池電極的電位差。如果在一個(gè)電壓降之內(nèi)兩個(gè)電極有一段距離(1～2m)，一個(gè)半電池電位比另一個(gè)電位要高，這樣就可以確定電位梯度的大小和電流的方向。

為了更容易區(qū)分管道上其他直流信號(hào)，如長(zhǎng)線電池、雜散電流以及其他陰極保護(hù)系統(tǒng)，應(yīng)用直流電壓梯度法測(cè)量時(shí)，要通過特殊設(shè)計(jì)的中斷器，以1/3S(開)和2/3S(關(guān))的比例，向管道施加一種不對(duì)稱的直流信號(hào)。這種直流信號(hào)可以從現(xiàn)有的陰極保護(hù)系統(tǒng)起點(diǎn)的變壓整流器(T/R)上注入。如果管道不帶陰極保護(hù)，則可以在管道的測(cè)試中，用電池或直流發(fā)電機(jī)臨時(shí)建立這種系統(tǒng)。

測(cè)量時(shí)把一個(gè)電極探頭放在管道正上方，另一個(gè)探頭放在管道的一側(cè)，兩探頭相隔1～2m，沿管道走向每隔一定的距離測(cè)量一組數(shù)據(jù)。如果測(cè)量到離防腐層破損點(diǎn)足夠近，就可以檢測(cè)到直流電壓梯度，并且越接近破損點(diǎn)，高靈敏度的表頭對(duì)開/關(guān)(ON/OFF)脈沖電流反應(yīng)越強(qiáng)烈，越過最強(qiáng)點(diǎn)后，電壓降逐漸減少，退回以不同的角度重做圓形探測(cè)，兩個(gè)電極探頭電位平衡點(diǎn)之間中點(diǎn)就是破損點(diǎn)中心。

先進(jìn)的DCVG檢測(cè)設(shè)備帶有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能和GPS引擎，既能存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)，也能存儲(chǔ)地理坐標(biāo)(經(jīng)緯度)數(shù)據(jù)。所有這些數(shù)據(jù)都能傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，專用的分析軟件可直觀地顯示測(cè)量結(jié)果和防腐層異常情況。這方面的專業(yè)設(shè)備和軟件的開發(fā)，是我們今后的一個(gè)發(fā)展方向。

DCVG法對(duì)于準(zhǔn)確確定破損點(diǎn)位置和破損的程度非常有效，但要全面掌握管道的腐蝕情況，還要用CIPS法對(duì)管道陰極保護(hù)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。

現(xiàn)在國際上最前沿的技術(shù)是把直流電壓梯度法和密間隔電位測(cè)量法結(jié)合起來使用，即DCVG+CIPS技術(shù)。一旦對(duì)選定的管道作一系列這樣的檢測(cè)，就能夠?qū)ζ茡p點(diǎn)的嚴(yán)重程度和整個(gè)管道的腐蝕狀況作一個(gè)評(píng)估。

3 結(jié)論

3.1 只有對(duì)所有的檢測(cè)方法有了清晰系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，才能結(jié)合實(shí)際選擇合適的方法或者方法組合。每一種檢測(cè)技術(shù)都有它的優(yōu)點(diǎn)和局限性，了解各種檢測(cè)技術(shù)的局限性有助于現(xiàn)場(chǎng)人員提高檢測(cè)效率。選擇那一種技術(shù)最好，完全由用戶的認(rèn)識(shí)決定。

3.2 任何檢測(cè)方案的實(shí)施，都需要有科學(xué)的理論指導(dǎo)。希望國外的外防腐層涂層破損直接檢測(cè)和評(píng)價(jià)技術(shù)能夠?qū)ξ覈嚓P(guān)技術(shù)規(guī)范的修訂起到借鑒作用。只注重設(shè)備的引進(jìn)，而不注重相應(yīng)的技術(shù)方法和規(guī)范的引進(jìn)、消化、吸收，設(shè)備也不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。

3.3 目前我國在這一領(lǐng)域基本上處于設(shè)備引進(jìn)和應(yīng)用階段。引進(jìn)、消化和自主創(chuàng)新是趕超國外先進(jìn)水平的必由之路。

4 結(jié)語

通過對(duì)埋地鋼管外防腐層破損的檢測(cè)分析，可了解管道腐蝕控制的現(xiàn)狀，為科學(xué)合理地、有針對(duì)性地制訂管道運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理方案提供依據(jù)，也為下一步的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工提供參考數(shù)據(jù)。

[1]米琪.管道防腐蝕手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994.