趙晉云，滕延平，張 豐，王巨洪，冷旭躍，羅志國

（1.中國石油管道科技研究中心，河北廊坊 065000；2.中國石油管道公司大連輸油氣分公司，遼寧瓦房店 116300）

0 引言

外腐蝕直接評價方法 （ECDA）可以評價外腐蝕對管道完整性的危害[1]。應(yīng)用ECDA技術(shù)的關(guān)鍵問題是由間接檢測獲得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，常用的間接檢測方法有管中電流衰減法 （PCM）、密間隔電位法 （CIPS）、直流電位梯度法 （DCVG）和皮爾遜法等。

密間隔電位測試 （CIPS）是目前檢驗管道陰極保護水平和腐蝕風(fēng)險的最有效辦法。CIPS檢測能夠同時測量管道沿線的通電電位和斷電電位，這個斷電電位是消除了土壤IR降的真實管地電位，可以有效評價整條管道的陰極保護效果。當(dāng)管道防腐層破損時，電流通過管道破損點向土壤中流失，由于土壤電阻的存在，因此在破損點周圍的土壤中形成電位梯度。除了高接觸電阻或嚴(yán)重雜散電流干擾情況外，幾乎在所有地區(qū)，DCVG測試可以成功識別、定位涂層缺陷位置和估計涂層缺陷的大小，但不能指示陰極保護水平[2]。NACE SP0207-2007《埋地或水下管道CIPS與DCVG檢測操作規(guī)程》[3]給出了加強測量法的定義，即同時測量管地電位與垂直方向上土壤電位梯度的技術(shù)，可識別防腐層缺陷，并能夠計算出缺陷處消除了IR降后的電位。兩者有效結(jié)合使用，可以同時得到同一位置處兩種方法的檢測數(shù)據(jù)，通過兩種數(shù)據(jù)對應(yīng)解釋，更有利于涂層缺陷或陰極保護水平的判別。但是當(dāng)雜散電流或地電流引起管地電位波動時，很難正確解釋檢測結(jié)果[4]。

鐵大線管道于1975年正式投產(chǎn)輸油，長期低輸量運行，沒有進行過內(nèi)檢測，迫切需要開展外腐蝕直接評價工作來確定管道腐蝕控制情況。鐵大線鞍山—大石橋管段既與鞍大線管道近距離平行，又受到并行的哈大電氣化鐵路的干擾，且該管段沿線地區(qū)環(huán)境復(fù)雜，多次穿過城郊區(qū)、河流、公路和鐵路。在這樣復(fù)雜環(huán)境下開展ECDA相關(guān)工作，如何保證其檢測結(jié)果能真實反映管道實際陰極保護效果和防腐層缺陷情況，是值得研討的重要課題。

1 檢測過程

鐵大線管道全線采用石油瀝青防腐層和外加電流陰極保護進行聯(lián)合保護，少量防腐層大修段和改線段為聚乙烯冷纏帶或聚烯烴防腐層。本檢測管段選在鞍山站與大石橋站間T176#～T226#測試樁之間，鞍山站、大石橋站及海城河的陰保間均設(shè)有恒電位儀對該段管道進行保護，該管段沿線安裝有13個排流裝置進行雜散電流排流保護。鐵大線穿越海城河處，在南岸和北岸均采用電絕緣設(shè)施，并在北岸安裝有恒電位儀保護穿越段管道。并行的鞍大線采取了并聯(lián)陰極保護的方式，并與鐵大線約每2 km采用均壓線連接。鞍大線在海河穿越處沒有進行電絕緣，但由于與鐵大線之間跨接線的作用，使鐵大線的南端與北端處于電連接。

結(jié)合現(xiàn)場情況，確定了以CIPS/DCVG檢測為主，雷迪RD-PCM檢測為輔的檢測方案?？紤]同步瞬間中斷所有的電流，可以測量管道真實的極化電位，即使難以達到這種理想情況，也可以減小測量誤差以獲取足夠準(zhǔn)確的測量值。測試前，在鞍山站、海城河和大石橋站恒電位儀輸出端串接GPS同步斷流器，從而周期性中斷所有電流，并調(diào)節(jié)要中斷的恒電位儀，增加其電流輸出，從而提供更大的電壓梯度[5]，以便更好地識別涂層缺陷。設(shè)定電流中斷器周期為1 s，300 ms斷；設(shè)置恒電位儀每天從早上6點至晚上8點通斷，晚上則保持穩(wěn)定的電流輸出，減少管道去極化。測試時，無需中斷管道沿線的雜散電流排流裝置。

檢測時，前面一人使用RD-PCM檢測儀以25 m間距探測管道位置和埋深，其后兩名測試人員采用加拿大陰極技術(shù)公司的 HEXCORDER MILLENNIUM測試儀器同時進行管地電位和土壤縱向電位梯度組合測試，這兩名測試人員相距5～6 m，測試時應(yīng)保證始終有探杖置于管道正上方并且前后移動，每隔1～2 m間距，待4個探杖與地面充分接觸并顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，再手動存儲測試數(shù)據(jù)。 通電電位 （Von）、 斷電電位 （Voff）、 電位梯度出現(xiàn)異常要進行判斷分析。如確認(rèn)由破損點引起，則停止向前檢測，對疑似破損點再采用DCVG技術(shù)進行精確定位。隨著測試人員接近破損點，縱向電位梯度先增大；在測試人員沿管路繼續(xù)前行時，縱向電位梯度減小后又達到反向最大；隨著測試人員遠(yuǎn)離破損點，縱向電位梯度又恢復(fù)到零，即在破損點前后出現(xiàn)一個波峰和波谷[6]。

在動態(tài)雜散電流影響管道的區(qū)域，應(yīng)進行雜散電流校正以提供管道真實瞬間斷電電位。在雜散電流區(qū)至少設(shè)置兩個智能記錄器，其間距不超過2 km，同步記錄附近測試樁處雜散電流和地電流對管地電位的影響，利用這些數(shù)據(jù)對CIPS數(shù)據(jù)中動態(tài)雜散電流電位偏移進行校正。為使補償有效，智能記錄器的設(shè)置完全與測試主機相同，兩者記錄電位要精確同步。所有測試數(shù)據(jù)都標(biāo)有UTC時間。

2 數(shù)據(jù)處理和分析

將CIPS/DCVG檢測結(jié)果和智能記錄儀記錄的管地電位通過超級終端下載到計算機，將所得數(shù)據(jù)導(dǎo)入EXCEL表格進行處理。

首先處理智能記錄儀記錄的數(shù)據(jù)，計算測試樁上管地電位 （P/Son、P/Soff）的平均值及各時刻相對平均值偏差△P/Son、△P/Soff，用以修正CIPS結(jié)果。圖1為智能數(shù)據(jù)記錄儀在T187#測試樁處測得的管地電位?？梢钥吹接捎谠摴芏闻c哈大電氣化鐵路平行，存在較嚴(yán)重的雜散電流干擾，管地電位波動比較大。

利用EXCEL表格中的Lookup函數(shù)功能，用CIPS測量結(jié)果中的通電電位和斷電電位減去智能數(shù)據(jù)記錄儀中對應(yīng)的相同UTC時間的電位偏差△P/Son、△P/Soff，得到管道真實的Von和Voff，即完成了管地電位的校正。圖2和圖3分別給出T187#～T186#段校正前后的CIPS/DCVG測試曲線，主縱軸為通/斷管地電位，副縱軸為電位梯度，圖中最下面曲線為電位梯度曲線。圖2中測試曲線，由于受到雜散電流干擾，通/斷電電位波動較大，難以判斷陰極保護水平和防腐層缺陷情況。

圖3為T187#～T186#段校正后的管地電位，電位曲線較平滑，消除了大部分雜散電流等因素對管地電位的干擾，有利于防腐層缺陷點的識別。圖中顯示T187#-136 m和T187#-158 m兩處，通/斷電電位均正向偏移，均未達到-850 mV準(zhǔn)則，陰極保護不足。兩處電位梯度均呈現(xiàn)先負(fù)向增大后減小到零，又正向增大再減小，判定有防腐層破損點2處，其IR%為分別為31%和28.8%。根據(jù)NACE RP0502標(biāo)準(zhǔn)，將間接檢測結(jié)果指示按嚴(yán)重性進行分類，兩處破損點處的斷電電位均正于陰極保護電位準(zhǔn)則，并結(jié)合IR%大小，最終兩處均列為中等指示。

3 開挖驗證

項目組對以上兩處均進行了開挖驗證。

T187#-136 m位于五道河防洪堤內(nèi)田地邊，開挖過程中發(fā)現(xiàn)有大塊水泥支撐物即固定墩，無法進行相關(guān)檢驗。其他多處檢測到的防腐層缺陷處開挖也發(fā)現(xiàn)為水泥支墩，說明水泥支墩處防腐層質(zhì)量差。

對T187#-158 m進行了開挖檢查，該處土壤電阻率處于20～50 Ω·m內(nèi)，土壤電阻率中等偏小；土壤pH值為6.4，略呈酸性；土壤含水量為18%，土壤含鹽量為1.64‰，含鹽量高；管材自腐蝕電位為-579 mV，氧化還原電位為362 mV，細(xì)菌腐蝕傾向輕微，管道暴露后用近參比法和地表參比法分別測得管道保護電位為-0.913 V和-0.895 V，土壤腐蝕性中等。該處防腐層原為三油三布普通級石油瀝青防腐層，開挖段管頂防腐層無明顯破損，部分無聚氯乙烯工業(yè)膜，管體中下部防腐層周圍土壤環(huán)境中存在白色結(jié)晶物，管體防腐層整體老化破損嚴(yán)重，部分位置厚度不符合最小厚度 （4 mm）要求。使用3 kV電壓進行電火花檢測，出現(xiàn)普遍擊穿現(xiàn)象。防腐層清除后，管體呈現(xiàn)大面積均勻腐蝕，有紅褐色腐蝕產(chǎn)物，初步判定為Fe2O3和Fe3O4。徹底清除防腐層后未發(fā)現(xiàn)腐蝕坑，為均勻腐蝕。管體最小剩余厚度為8.73 mm，大于設(shè)計厚度 （9 mm）的90%，腐蝕程度屬于I級，即腐蝕很小，不需要維修，可以繼續(xù)使用。

開挖驗證結(jié)果表明，對于受雜散電流干擾影響的鐵大線管道，采用的CIPS/DCVG組合檢測方法有效，防腐層缺陷定位準(zhǔn)確，且該管體外腐蝕危害輕。

4 結(jié)束語

（1）針對檢測結(jié)果，對于陰極保護不足管段，應(yīng)調(diào)節(jié)恒電位儀工作參數(shù)，使管道達到最低保護電位要求，防腐層改造時應(yīng)優(yōu)先考慮陰極保護不足段管道。

（2）CIPS/DCVG組合檢測可以全面檢測外防腐層的狀況和有效評價陰極保護的效果，確定和識別由防腐層缺陷或破損造成的陰極保護不足的位置，便于評價管道腐蝕防護系統(tǒng)完整性情況，為管道的維護、維修與監(jiān)控提供準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。

（3）在雜散電流干擾地區(qū)，利用智能記錄儀記錄的數(shù)據(jù)對CIPS數(shù)據(jù)進行校正，能有效排除雜散電流對CIPS檢測數(shù)據(jù)的影響，獲得更加準(zhǔn)確的極化電位從而可用于評價陰極保護水平，并結(jié)合電位梯度有效判別防腐層破損點的位置和大小。

[1]NACE RP0502-2002，Pipeline External Corrosion Direct Assessment Methodology[S].

[2]Peter Nicholson.Combined CIPS and DCVG Surveys for Improved Data Correlation[A].NACE Corrosion 2007[C].Nashville,TN:NACE，2007.Paper 07181.

[3]NACE SP 0207-2007，Performing Close-Interval Potential Surveys and DC Surface Potential Gradient Surveys on Buried or Submerged Metallic Pipelines[S].

[4]Peter Nicholson.Correcting CIPS Surveys for Stray and Telluric Current Interference[A].NACE Corrosion 2007[C].Nashville,TN:NACE，2007.Paper 07182.

[5]涂明躍，葛艾天.陜京管道外腐蝕直接評價（ECDA）實踐[J].腐蝕與防護，2007，（7）:369-372.

[6]Segall S M,Eng P.Use of an Integrated CIPS/DCVG Survey in the ECDA Process[A].NACE Corrosion 2007[C].Nashville,TN:NACE，2007.Paper 06193.