凌建磊，李濤，何曉，王端亮，張志剛

(1. 中國石油天然氣管道局工程有限公司，河北廊坊065001；2. 中國石油華北油田公司第三采油廠，河北河間062450；3. 中國石油大港油田公司第三采油廠，河北滄州061023；4. 中國石油管道局工程有限公司維搶修分公司，河北廊坊065001；5. 中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北廊坊065000)

目前，大部分油田及管道企業(yè)均已開展管道完整性管理工作，完整性管理包括數(shù)據(jù)采集、風險識別、高后果區(qū)識別、風險評價、完整性評價、維護與維修及效能評價等七個步驟，其中完整性評價包括外腐蝕評價、內(nèi)腐蝕評價及壓力試驗[1-2]。對于大部分在役油氣管道如果應(yīng)用內(nèi)檢測評價技術(shù)，雖然準確性相對較高，但在實施過程中風險較大，主要是檢測器在行進過程中遇到彎管或變徑處容易卡堵，所以在役管道多采用外腐蝕評價技術(shù)。外腐蝕評價中的間接檢測技術(shù)可以在不開挖的情況下知道防腐層的完整性、陰極保護的有效性以及管體的腐蝕活性，根據(jù)評價結(jié)果對管道進行分級，確定直接檢測開挖順序。主流的檢測技術(shù)主要有直流電位梯度法(DCVG)、交流電位梯度法(ACVG)、皮爾遜法(Pearson)、多頻管中電流法(PCM)、密間隔電位測量法(CIPS)等。

1 直流電位梯度法

在管道陰極保護系統(tǒng)處于工作狀態(tài)下，防腐層缺陷的存在會導(dǎo)致陰極保護電流通過裸露管道表面流向大地，而造成陰極保護電流流失。因陰極保護電流的變化而引起土壤的電壓降被稱為IR降，在防腐層破損點的地表測試電位梯度，并進一步對IR降和電位梯度值進行處理分析，找出缺陷準確位置[3]。

電位梯度反映了管道外防腐層是否存在破損，當電位梯度不大于50 mV時，防腐層無破損，當電位梯度大于50 mV時，防腐層可能存在缺陷，防腐層的破損面積越大，電位梯度越大。土壤的IR降的相對值σIR可以反映防腐層缺陷的大小，當σIR越大，陰極保護程度越低，防腐層破損面積越大，防腐層破損的優(yōu)先等級見表1所列。

表1 防腐層破損優(yōu)先等級

另外，為了去除其他雜散電流的影響，對管道施加的是不對稱直流信號，間斷周期為1 s，其中斷陰極保護的時間約為0.67 s，通陰極保護的時間為0.33 s，由此判斷電流是流入管道還是流出管道，可以檢驗管道的腐蝕活性，如果有電流流入管道則管體未發(fā)生腐蝕，反之則管體正在發(fā)生腐蝕，可以檢測陰極保護的實施情況，一共有4種情況，其中最危險的是腐蝕活性為陰極/陽極(C/A)和陽極/陽極(A/A)，這兩種情況是無論陰極保護是否起作用，管道都呈陽極，會造成管道失去電子，加速腐蝕，因此DCVG法最大的優(yōu)點是能檢測管道是否正在發(fā)生腐蝕，并檢測腐蝕活性。

2 交流電位梯度法

典型的管線儀在進行檢測時要在管道上施加1個交流檢測信號。進行ACVG法檢測時，所施加的交流信號在管道上的衰減程度，與防腐層的完好狀態(tài)以及存在的缺陷大小相關(guān)聯(lián)。ACVG法與DCVG法的基本差異就在于檢測時，信號發(fā)射機給管道施加的是交流檢測信號。具體檢測方法主要有Pearson法和PCM法。

2.1 皮爾遜法

一種用于檢測地下管道涂層缺陷的具體位置和損壞程度及其涂層損壞區(qū)域面積大小的方法。在運用該檢測方法時，只需利用發(fā)射機在管道外地面部分向管道中通入交流電信號，當管道的某處防腐層有缺陷會導(dǎo)致這種產(chǎn)生的電信號由該點處散發(fā)到地表，并在該處的地上產(chǎn)生交流電壓梯度。該方法是將工作人員的身體作為檢測電極，兩個人相隔一定距離產(chǎn)生的耦合電容可檢測電壓梯度信號，再利用相應(yīng)的濾波接收機接收防腐層損壞點處，通過對電位信號各種處理，在指示盤或聲音報警器上顯示出損壞的具體方位。實際操作時，往往在管道上加800～1 000 Hz的電流頻率信號，功率在10～20 W。該方法的優(yōu)點是受本身各種因素的干擾不大，最低人員要求為2人，一般可測深度在5 m以內(nèi)、10 mm2以上的管道防腐層破損面積，檢測精度可以達到±0.5 m，檢測速度快，能夠第一時間將漏點位置精確地標定出來。缺點是由于發(fā)射功率有限，最多可以檢測5 km，需要工作人員人工沿線檢測，工作強度大，防腐層的實際腐蝕程度無法評級，在檢測的過程中對外界電流的變化很敏感，受土壤和涂層電阻的影響較大，要求檢測人員的經(jīng)驗豐富。

2.2 多頻管中電流法

PCM法是以管中電流衰減測試法為基礎(chǔ)的改進型涂層檢測方法。PCM法測量的基本原理： 發(fā)射機向管道供入4 Hz的直流電流頻率和128 Hz/640 Hz的定位信號，當檢測信號從管道某點供入后，信號會通過管道經(jīng)大地流回便攜式接收機，正常情況下所施加的電流信號強度隨著距離的增長呈指數(shù)遞減，當出現(xiàn)防腐層破損時，破損點的電流強度會急劇下降，變化電流的對數(shù)值與測量點距離之間的關(guān)系如下：

Y=IdB1-IdB2/(X2-X1)

式中：Y——IdB的電流衰減率，dB/m；X1，X2——測量點1，2到檢測信號供入點之間的距離，m；IdB1，IdB2——電流經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換之后的分貝值，dB。

當管道防腐層性能均勻時，管中電流的數(shù)值與距離成線性關(guān)系，其電流衰減率取決于涂層的絕緣電阻，根據(jù)電流衰減率的大小變化可評價防腐層的絕緣質(zhì)量，對于同一條管道，電流衰減率越小，防腐層的絕緣性越好，若存在電流的異常衰減段，則可認為存在電流的泄漏點或管道的分支點，通過分析可判斷出涂層的絕緣性能下降和破損的部位，如再配合A字架檢測地表電位梯度，即可精確定位涂層破損點。由于該方法操作簡單，目前在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，PCM法的優(yōu)點是能快速普查整條管線防腐層的綜合保護性能，受地面環(huán)境影響較小，不開挖管道，檢測進度為3～5 km/d，可以對防腐層老化狀況進行評級，也可以縮短檢測間距對防腐層破損點進行定位。缺點是為了避免雜散電流的干擾，在檢驗過程中須停掉陰極保護電流，容易受外界電流干擾，對檢驗人員的技術(shù)依賴性強，無法判斷管道腐蝕活性以及陰極保護的有效性。

3 密間隔電位測量法

一般不將其劃歸為防腐層的評價工具，而是作為陰極保護有效性的評價工具，但是CIPS法檢測數(shù)據(jù)也可用在防腐層狀況的評價上[4]。CIPS法是在管道路由上，以規(guī)則的間距對施加了陰極保護的管道進行管地電位測量[5]。測量過程中會得到兩種管地電位，一種是外加電流陰極保護打開時的管地電位(Von)，該電位可以知道防腐層的整體腐蝕情況，防腐層質(zhì)量與Von之間的關(guān)系如下：

式中：L——管道長度，m；a——防腐層的保護系數(shù)；Vonmax，Vonmin——管道起始端的管地電位的最大值和最小值。

另一種是外加電流陰極保護斷開瞬間的管地電位(Voff)，由于斷開的瞬間，消除了土壤中IR降的影響，同時管道具有電容性，因此Voff代表管道的極化電位，可以用來評價陰極保護的有效性，陰極保護有效性滿足SY/T 0087.1—2006《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評價》中的相關(guān)要求，Voff在-850～1 200 mV屬于正常，Voff≤-1 200 mV屬于過保護。

4 結(jié)束語

根據(jù)各項檢測技術(shù)的特點并結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用效果，對間接檢測的評價結(jié)果的分級見表2所列。

表2 間接檢測的評價結(jié)果的分級

其中DCVG法和ACVG法對比其他檢測方法精度更高，DCVG法還可以有效評估破損點的尺寸以及破損處管體的腐蝕活性，對于單井管道、無陰極保護或犧牲陽極保護的站間及以上管道的外腐蝕檢測可采用Pearson法+PCM法，Pearson法可定位破損點，PCM法評估防腐層整體質(zhì)量；有陰極保護站間及長輸管道可采用DCVG法+PCM法+CIPS法，DCVG破損點定位和評價，PCM法評估防腐層整體質(zhì)量，CIPS法評估陰極保護有效性確定雜散電流的影響范圍。

但是這些檢測技術(shù)對于水下公路等穿越管道、雜散電流干擾管道、金屬套管內(nèi)管道等特殊管段的檢測與評價無法進行，下一步可研究適合這些特殊管道的檢測技術(shù)，以彌補完整性管理的薄弱環(huán)節(jié)。