龐旭+朱平+張丹威

摘要：針對單一的密間距管地電位測試法（CIPS）或直流電位梯度法（DCVG）在管道外防腐層檢測存在不完全性的問題，本文以云貴高原某紅土地區(qū)域內(nèi)埋地鋼制管道為對象，利用密間距管地電位測試法（CIPS）和直流電位梯度法（DCVG）對該行政區(qū)域內(nèi)埋地鋼制管道外防腐層完整性進行檢測評價。結(jié)果表明：兩種方法結(jié)合可以有效的判斷出管道外防腐層的破損位置、大小、嚴(yán)重程度及腐蝕活性，同時可消除紅土地弱酸性土壤條件下IR降的影響。兩種方法的結(jié)合可以較好的評價埋地鋼制管道陰極保護的真實水平。

Abstract： Aiming at the single fine pitch pipe to soil potential test （CIPS） or DC potential gradient method （DCVG） anticorrosive layer detection is incomplete problem in the pipeline， this paper takes a laterite Yunnan Guizhou Plateau area within the domain of the buried steel pipeline as the object， the use of dense spacing tube ground potential test （CIPS） and DC potential gradient method （DCVG） for detection and evaluation of anticorrosion layer on the integrity of the administrative area of buried steel pipeline. The results show that the combination of the two methods can effectively judge the damage location， size， severity and corrosion activity of the outer corrosion protection layer， and eliminate the influence of the IR drop in the weak acid soil of the red soil. The combination of the two methods can better evaluate the real level of cathodic protection of buried steel pipeline.

關(guān)鍵詞： 高原山地；埋地；CIPS；DCVG；防腐層

Key words： plateau mountain；buried；CIPS；DCVG；anticorrosion layer

中圖分類號：TU991.38 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）08-0195-03

0 引言

雖然在上世紀(jì)90年代末提出了壓力容器的自我約束機制方法[1]，但管道外腐蝕依然存在而且造成了巨大的經(jīng)濟損失，而外腐蝕直接評價方法可以評價外腐蝕對管道完整性的危害[2]。而應(yīng)用該評價方法的關(guān)鍵是檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通過檢索國內(nèi)外最近十年有關(guān)管道涂層缺陷檢測技術(shù)方面的文獻[3，4]，常用的檢測方法有：Person法、管中電流衰減測試法（PCM）、密間距管地電位測試法（CIPS）和直流電位梯度法（DCVG）等。

而Person法和管中電流衰減測試法[5，6]（PCM）兩種方法容易受到外界環(huán)境的影響，例如輸電線路附近的埋地鋼制管道和電阻率較高的土壤均能對其檢測結(jié)果造成影響，且這兩種方法在實際應(yīng)用中不能在一些重要信息上提供科學(xué)的依據(jù)，比如破損位置、大小、程度以及正在受腐蝕的程度。密間距管地電位測試法（CIPS）是目前檢驗管道陰極保護水平和腐蝕風(fēng)險最有效的方法，不僅能夠測量管道沿線的通電電位而且也可測量斷電電位用來消除土壤的IR降進而評價整條管道的陰極保護效果。直流電位梯度法（DCVG）可以準(zhǔn)確的識別、定位涂層缺陷位置和大小，但是不能指示陰極保護的水平[7]。文獻[8]提出了管道綜合檢測方法，但在復(fù)雜環(huán)境下的管道受腐情況依然存在，而且單一的方法在復(fù)雜環(huán)境下的管道防腐檢測也存在較大的困難，因此為了克服單一的檢測方法在檢測埋地鋼制管道防腐層腐蝕檢測的局限性，本文在前期研究結(jié)果的基礎(chǔ)上提出了兩種檢測方法相結(jié)合的優(yōu)化方法用來檢測云貴高原埋地鋼制管道陰極保護情況，并且結(jié)合饋電方法巧妙地解決了在無陰極保護情況下的正常檢測。

1 CIPS

現(xiàn)在在役的95%以上的埋地鋼制管道均采用陰極保護，然而在有陰極保護電流通過的管道，陰極保護電流密度與保護電位在防腐層破損時會發(fā)生改變，這就會對管道造成更加嚴(yán)重的腐蝕。而CIPS在管道檢測時正是利用管線地表沿管道在一段較小（一般1～3m）的等間距內(nèi)測量管地的通/斷電位，這樣就可以很清晰的得到電位的變化，依據(jù)這種管地電位變化明確管道陰極保護的電位變化情況以正確的評價管道現(xiàn)役的陰極保護系統(tǒng)性能，進而可以判斷管道外防腐層上是否存在缺陷，如果有缺陷進一步的確定出缺陷的位置、大小以及嚴(yán)重程度。該方法主要進行電位測試，檢測陰極保護系統(tǒng)的有效性，是國內(nèi)外評價陰極保護系統(tǒng)的首選標(biāo)準(zhǔn)方法。（圖1、圖2）

在通過對全線管道的管地電位的數(shù)據(jù)進行處理得到管道電位分布曲線。對此檢測管道電位分布曲線分析，進一步分析不但可以確定整條管道的陰極保護的作用以及防腐層是否還可以繼續(xù)完成對管道的防護，而且還可以確定管道兩極區(qū)的分布狀況以及可能存在發(fā)生腐蝕風(fēng)險的位置，測定雜散電流和其相對應(yīng)的干擾區(qū)域、干擾源等。

2 DCVG

DCVG檢測儀通過判斷保護電流在通斷瞬間管道上方電位梯度，來判斷管體的腐蝕活性，通常用于管道防腐層完整性評價。測量人員手持兩個探杖一前一后，沿檢測管道行走，兩個探杖的電極插在管道附近的地面上，當(dāng)兩個電極活性差別較大時，利用兩個電極差就可以確定引起電壓差異的梯度數(shù)值以及電流大小。破損越大，電流越大，電位梯度就越大?？拷毕輹r，毫伏表開始有反應(yīng)，跨過缺陷時，指針向相反的方向偏轉(zhuǎn)，找到指針沒有偏轉(zhuǎn)的位置，就可以確定缺陷位置。垂直方向重復(fù)此過程，交叉點處就是破損點位置。確定位置后，為了確定缺陷的特性，如嚴(yán)重程度、破損形狀，金屬的腐蝕活性等信息，需要在破損點周圍以及從破損中心到極遠處，進行各種電位測量。檢測管線的土壤中電流的流向可以根據(jù)管道上方的電位梯度數(shù)值進行判斷，當(dāng)土壤中的電流流向管道時為陰性時，此時電流流出管道的方向相反。而陰性時管道管體才會受到保護，在陽性時管道管體就表示正在受到腐蝕。（圖3）

通過對測得電位數(shù)據(jù)以及電壓梯度數(shù)據(jù)分析，就可以管體確定防腐層缺陷位置，進而根據(jù)測得電位流向就可以判定缺陷點腐蝕狀態(tài)、評估腐蝕成程度。

3 CIPS+DCVG聯(lián)合檢測

CIPS+DCVG聯(lián)合檢測技術(shù)是近年來廣泛應(yīng)用于管道防腐層地面檢測技術(shù)。兩種技術(shù)的組合應(yīng)用利用電位梯度的絕對值的大小可以評估防腐層的優(yōu)劣；利用破損點處的IR降百分比系數(shù)可以判定防腐層破損點的破損程度進而給出破損點的修復(fù)優(yōu)先級及最優(yōu)的修復(fù)期限；利用電位梯度的相對值大小確定防腐層缺陷的準(zhǔn)確位置及大小并且通過電位測量的數(shù)據(jù)分析可以盤點給整個管道的陰極保護效果，同時可以定量的檢測破損點的等效圓半徑大小。

CIPS+DCVG聯(lián)合檢測技術(shù)硬件組成結(jié)構(gòu)為：

①信號發(fā)射系統(tǒng)主要組成有直流電源、斷電器、GPS定位組成。如果管道有陰極保護就采用陰極保護電源，反之采用饋電的方式解決，如另加直流電源或者蓄電池等方式，利用中斷器中斷，區(qū)別直流電源的干擾。

②測量系統(tǒng)主要包括飽和硫酸銅電極和伏安表，同時也包含GPS定位和CIPS的延長線電纜。

③數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)收集、存儲、傳送、處理。實驗中采用埋地管道防腐檢測數(shù)據(jù)處理軟件為埋地管道防腐層檢測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（GDFFW）。

4 實際應(yīng)用

本次檢測以云貴高原某行政區(qū)域內(nèi)埋地鋼制管道為對象，埋地管道土壤性質(zhì)為紅土屬弱酸性土壤，文獻[9]說明了酸性條件下對管道受腐的影響，因此酸性土壤下的埋地鋼制管道不僅會受到雜散電流的影響，而且如果裸漏的鋼制管道長期接觸弱酸性土壤，土壤里的酸性成分也會與鋼制管道發(fā)生氧化還原反應(yīng)，因此會造成額外的腐蝕，這也會對單一的檢測結(jié)果造成影響，文獻[10]提出循環(huán)水以及河流淤泥對于管道的腐蝕影響，而本次檢測管道因為存在穿越河流處，受到外界環(huán)境的影響因素更大，故而單一的方法不能滿足此次防護層完整性檢測，因此采取兩種方法結(jié)合的方式對該區(qū)域內(nèi)管道進行檢測。參照GB0251-2015，本次檢測管線管道按50m左右一個點進行埋深測試，本次檢測管線于2010年12月建成投產(chǎn)，管道全長1720m埋深0.75m至2.88m，其中小于0.8m的管道均位于老橋上管段，在廢棄的老橋上采取人工砌管路的方式敷設(shè)管道，管道設(shè)計壓力40MPa，管徑559mm，材質(zhì)為L60無縫鋼管，采用石油瀝青防腐層，管壁厚度6.3mm。本次檢測管線共有里程樁、警示牌等管道標(biāo)識樁27處，均完好且埋設(shè)準(zhǔn)確，可以清晰地反映管道位置及走向，且沒有露管。

4.1 DCVG外腐蝕檢測與評價

本次檢測管線管道外防腐層為3PE，按GB/T23257-2009《埋地鋼制管道聚乙烯防腐層》中的評價要求進行評價、管道外壁腐蝕按YS/T0087.1-2006《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼制管道外腐蝕直接評價》要求進行評價。

此次檢測確定開挖檢測坑數(shù)量為2處，分別位于橫江橋跨越和某公路穿越處。因檢測未發(fā)現(xiàn)防腐層破損點，管道受外壁腐蝕可能性不大。2處直接檢測點主要考慮雜散電流干擾影響的電偶腐蝕以及焊縫無損檢測為主。

防腐層外觀：2處檢測點管道防腐層有機械劃痕，未破損見鐵。

防腐層結(jié)構(gòu)：2處檢測點防腐層結(jié)構(gòu)為3PE，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

防腐層厚度：2處檢測點的管道防腐層厚度最小值為3.6mm符合標(biāo)準(zhǔn)加強級要求（≥3.2mm）。

防腐層剝離強度：因考慮到剝離測試存在影響防腐層原有性能，故選擇橫江跨越點進行該項檢測。經(jīng)現(xiàn)場檢測，防腐層剝離強度為138Ncm，剝離強度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

按YS/T0087.1-2006《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼制管道外腐蝕直接評價》對開挖的2處直接檢測點管道未見外壁腐蝕現(xiàn)象，可繼續(xù)使用。

4.2 CIPS陰極保護檢測

本次檢測管線管道采用外加強制電流陰極保護措施，陰保系統(tǒng)設(shè)在某輸氣站，恒電位儀設(shè)置保護電位：-1200mV。受雜散電流干擾，輸出電壓和輸出電流存在波動，為2.17V～3.14V和0.2A～0.36A。按GB/T21246-2007《埋地鋼制管道陰極保護參數(shù)測量方法》進行“開/關(guān)”電位測試，以“關(guān)”電位值進行陰極保護效果評價。

本次檢測管線管道共設(shè)有陰極保護測試樁3個，根據(jù)測試結(jié)果，3個測試樁所測試“開/關(guān)”電位受雜散電流干擾波動較大，擾波動幅度超過1000mV，不能有效判斷陰極保護有效性。因此建議在雜散電流干擾處采取相應(yīng)排流及保護措施。

“開/關(guān)”電位測試結(jié)果如表1。

5 結(jié)束語

DCVG的技術(shù)應(yīng)用不僅可以確定管道外防腐層的破損點的腐蝕活性而且可以檢測出埋深1到2m的破損點且其精度達到厘米級，誤差不會超過3～5cm。利用檢測的信號幅度的變化大小可以有效的辨別出防腐層破損程度的大小；通過研究流向缺陷的電流方向可以判斷管道受保護的情況，然后調(diào)整管線陰極保護電流的方向，可以讓有保護缺陷的管線重新受到保護，進而減少了大量的巡檢工作量；而CIPS的應(yīng)用消除了土壤IR降的影響，更加安全可靠的給出陰保系統(tǒng)的有效性從而彌補了DCVG在檢測過程中受到土壤IR降的影響。兩種方法結(jié)合不僅可以互相消除彼此的檢測缺陷，而且可以提高彼此的檢測精度，為管道的安全運行、維護與維修提供更加科學(xué)的判斷依據(jù)。

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