孫 博

（中國(guó)石油化工股份有限公司天然氣榆濟(jì)管道分公司，山東濟(jì)南250101）

隨著石化工業(yè)快速發(fā)展，油氣管道輸送以其成本低、效率高的優(yōu)勢(shì)成為主要的油氣運(yùn)輸方式。油氣管道多使用鋼材，且大部分需埋設(shè)在地下，因此容易發(fā)生腐蝕。管道為防止外腐蝕將外防腐層作最重要的一項(xiàng)防護(hù)措施。外防腐層通過(guò)增大宏觀原電池腐蝕電流回路中的電阻，減小其腐蝕電流，來(lái)保護(hù)管道的本體。然而在外防腐層在出廠時(shí)的質(zhì)量、第三方施工破壞、以及運(yùn)行過(guò)程中的自然老化使得管道的外防腐層質(zhì)量有所下降。

為使得管道安全平穩(wěn)運(yùn)行需要定期檢測(cè)管道外防腐層的整體狀況、破損點(diǎn)的分布情況、破損點(diǎn)的大小與嚴(yán)重程度。

1 國(guó)內(nèi)外常用的檢測(cè)技術(shù)

1.1 交流電流衰減法

交流電流衰減法檢測(cè)（ACAS）是應(yīng)用電磁場(chǎng)傳播理論，測(cè)量管道沿線電流衰減情況，評(píng)估管道防腐層總體狀況的測(cè)試方法［1]。管道防腐層狀況主要是通過(guò)防腐層絕緣性能（PCM 信號(hào)衰減因子）和防腐層破損點(diǎn)密度來(lái)衡量防腐層的質(zhì)量狀況。管道防腐層的保護(hù)作用是通過(guò)PCM 衰減因子來(lái)體現(xiàn)的，它涵蓋應(yīng)力剝離、分解老化、損傷或者其他缺陷的綜合因素。管道的運(yùn)行狀況或者施工質(zhì)量可由防腐層破損點(diǎn)密度來(lái)反應(yīng)，防腐層破損點(diǎn)密度即為每1 km 管道的防腐層破損點(diǎn)數(shù)量。通常采用英國(guó)雷迪PCM+埋地管線防腐層檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行交流電流衰減法的檢測(cè)。對(duì)管道的外防腐層進(jìn)行檢測(cè)用到的工具有PCM 接收機(jī)和發(fā)射機(jī)，PCM 檢測(cè)見(jiàn)圖1。

圖1 PCM檢測(cè)示意

適用范圍：交流電流衰減法可快速、經(jīng)濟(jì)地找出電流信號(hào)漏失較嚴(yán)重的管段，并通過(guò)計(jì)算機(jī)分析評(píng)價(jià)防腐層的狀況，再使用PCM 儀器的A 字架檢測(cè)地表電位梯度，精確定位防腐層破損點(diǎn)。

①適用于不同規(guī)格、材料的管道，可長(zhǎng)距離地檢測(cè)整條管道，受防腐層材料、地面環(huán)境變化影響??；②適合于復(fù)雜地形并可對(duì)管道防腐層劃分技術(shù)等級(jí)，提出防腐層維護(hù)方式；③抗干擾性不強(qiáng)，不適用于高土壤電阻率的埋地鋼質(zhì)管道外覆蓋層檢測(cè)；④對(duì)穿孔過(guò)多或者管道設(shè)施過(guò)多的管道檢測(cè)解析結(jié)果誤差較大，在凍土季節(jié)難以檢測(cè)。

1.2 交流電位梯度法

交流地電位梯度法（ACVG）的檢測(cè)設(shè)備由發(fā)射器、接收器、A 字架3 部分組成。為了查找和精確定位埋地管道的防腐層破損點(diǎn)，可測(cè)量土壤中交流電位梯度的變化，每隔5 m 測(cè)量1 個(gè)點(diǎn)。檢測(cè)原理見(jiàn)圖2。

圖2 檢測(cè)原理

適用范圍：應(yīng)用時(shí)需遠(yuǎn)離高壓交流輸電線區(qū)域，不適用于像鋼套管、混凝土套管等，適用于任何交變磁場(chǎng)均能穿透的地面、路面的管道外腐蝕層破損點(diǎn)的定位檢測(cè)。另外，應(yīng)用交流電位梯度法測(cè)量不夠準(zhǔn)確的原因有3個(gè)：

①距離發(fā)射機(jī)較近的交流地電位差測(cè)量?jī)x器；②像穿跨域河流、湖泊等測(cè)量不能到達(dá)的區(qū)域；③像管道上邊覆蓋了凍土、瀝青、鋼筋混泥土、大量巖石的導(dǎo)電性很差的管段［2]。

1.3 直流電位梯度法

管道防腐層破損點(diǎn)腐蝕嚴(yán)重程度采用直流電位梯度法（DCVG）進(jìn)行判定。采用2 支參比電極，以密間隔的方法測(cè)量管道上方的直流電位梯度。陰極保護(hù)的防腐層一旦出現(xiàn)破損點(diǎn)，陰極保護(hù)電流將從破損點(diǎn)周圍流向破損處。通過(guò)對(duì)識(shí)別出破損點(diǎn)的腐蝕活性和計(jì)算出的IR降值來(lái)定性的判斷漏點(diǎn)的相對(duì)大小及其嚴(yán)重性，破損點(diǎn)的腐蝕活性可通過(guò)檢測(cè)破損點(diǎn)處土壤中的電流流向和其形成的電壓梯度的分布情況來(lái)獲取，檢測(cè)原理見(jiàn)圖3。

圖3 直流電位梯度法原理

適用范圍：適用于查找或者定位油氣埋地管道外防腐層破損點(diǎn)及破損點(diǎn)腐蝕活性的識(shí)別。對(duì)有些防腐層剝離沒(méi)有與外界電相連的管道、套管內(nèi)破損點(diǎn)未被電解質(zhì)淹沒(méi)的管道此方法都不適用。另外，應(yīng)用直流電位梯度法測(cè)量不夠準(zhǔn)確的原因有3個(gè)：

①發(fā)射機(jī)距離交流地電位差測(cè)量?jī)x很近；②像穿跨域河流、湖泊等測(cè)量不能到達(dá)的區(qū)域；③像管道上邊覆蓋了凍土、瀝青、鋼筋混泥土、大量巖石的導(dǎo)電性很差的管段［3]。

1.4 密間隔電位檢測(cè)

密間隔電位檢測(cè)（CIPS）是近間距管對(duì)地電位測(cè)量。首先應(yīng)把串接斷流器串入陰極保護(hù)輸出線上，測(cè)量時(shí)操作人員手持探杖從陰極保護(hù)的測(cè)試樁開(kāi)始，沿管頂每間隔一段距離測(cè)量1 個(gè)點(diǎn)，并記錄下每個(gè)點(diǎn)的通電電位和斷電電位，其中斷電電位是代表對(duì)金屬表面施加的真實(shí)的保護(hù)電位，觀察相對(duì)-850 mv 的變化，進(jìn)而可得某處陰極保護(hù)的實(shí)際效果。另外其還可以反映出防腐層的失效區(qū)域，具體詳細(xì)的描述管道上的陰極保護(hù)和防腐效果。所以CIPS的應(yīng)用很大的改善了管道陰極保護(hù)的有效性評(píng)價(jià)和發(fā)現(xiàn)防腐層失效區(qū)域［4]。

適用范圍：密間隔電位測(cè)試適用于對(duì)管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的有效性進(jìn)行全面評(píng)價(jià)的測(cè)試。CIPS可單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試，也可與DCVG 進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試，從而可以全面的查找處破損點(diǎn)識(shí)別出破損點(diǎn)的腐蝕活性，進(jìn)而可以全面的評(píng)價(jià)處管道施加的陰極保護(hù)系統(tǒng)的情況。該方法不適用于電解質(zhì)沒(méi)有淹沒(méi)套管內(nèi)破損點(diǎn)、保護(hù)電流不能同步中斷的情況。另外，應(yīng)用本方法測(cè)量不夠準(zhǔn)確或者測(cè)量起來(lái)困難的情況為：①像管道上邊覆蓋了凍土、瀝青、鋼筋混泥土、大量巖石的導(dǎo)電性很差的管段；②像襯墊絕緣物或者外包覆破算點(diǎn)處進(jìn)而形成的電屏蔽的管道位置。

1.5 皮爾遜檢測(cè)法

皮爾遜檢測(cè)法（Pearson）是在埋地管道檢測(cè)中主要用來(lái)檢測(cè)防腐層局部連續(xù)缺陷點(diǎn)［5]。在被檢測(cè)的金屬管道上強(qiáng)加1個(gè)交流信號(hào)，若管道某處防腐層有破損點(diǎn)，電流就會(huì)通過(guò)該破損點(diǎn)泄漏到土壤中，從而在破損點(diǎn)與附近的土壤之間形成一定的電位差，該電位差呈現(xiàn)梯度變化，越靠近破損點(diǎn)處電位差值就越大，在地面用接收機(jī)在地面上檢測(cè)點(diǎn)位變化情況，通過(guò)分析異常點(diǎn)位的變化趨勢(shì)就能準(zhǔn)確定位防腐層破損點(diǎn)。

實(shí)際檢測(cè)中，需2名工作人員前后成列地在管道上方行走，走到泄漏點(diǎn)上方時(shí)，接收機(jī)會(huì)發(fā)出報(bào)警，就此定位具體位置，2 名工作人員起到了接地電極的作用，因此，該方法又被稱為人體電容法。

適用范圍：皮爾遜法可用于埋地管道防腐層檢漏，通過(guò)比較沿管道方向2個(gè)可移動(dòng)式的接地電極間的電位梯度來(lái)定位埋地管道防腐層漏點(diǎn)位置。皮爾遜法檢測(cè)獲得的信息為可疑漏點(diǎn)處信號(hào)強(qiáng)度的變化，對(duì)于無(wú)信號(hào)強(qiáng)度指示表的儀器，只能記錄位置以及測(cè)試者關(guān)于信號(hào)強(qiáng)度的解釋。

①由于發(fā)射的功率較小，測(cè)量范圍有一定的限制，對(duì)于城市埋地管線的檢測(cè)誤判率較高，并且因?yàn)樾盘?hào)傳輸距離較近，要不斷更換發(fā)射點(diǎn)位置；②勞動(dòng)強(qiáng)度較大，對(duì)水泥或?yàn)r青地面產(chǎn)生了接地難的問(wèn)題。

2 多種外檢測(cè)技術(shù)的組合

在長(zhǎng)距離油氣管道的外檢測(cè)中，需要根據(jù)檢測(cè)目的，結(jié)合檢測(cè)技術(shù)的原理及適用范圍，往往會(huì)優(yōu)化組合外檢測(cè)技術(shù)。如ACAS 與ACVG 的組合、ACAS 與Pearson 的組合、ACVG 與Pearson 的組合、CIPS 與DCVG 的組合、ACAS 與ACVG、CIPS 的組合、ACAS與CIPS、DCVG的組合等。通過(guò)以上各種外檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)化組合，基本可以掌握埋地管道的走向與埋深、外覆蓋層安全質(zhì)量狀況、陰保的有效性、破損點(diǎn)的大小及位置等，從而提高管道的安全管理水平，使得管道安全平穩(wěn)運(yùn)行。

3 實(shí)際應(yīng)用情況

采用交流電流衰減法與交流電位梯度法組合，對(duì)管道進(jìn)行防腐層絕緣性能測(cè)試。交流電流衰減測(cè)試以50 m 左右為1 個(gè)測(cè)試段，進(jìn)行電流數(shù)據(jù)采集。采集電流的同時(shí)采用交流電位梯度法查找防腐層破損點(diǎn)。某輸氣管道由215測(cè)試樁至231測(cè)試樁的防腐層整體質(zhì)量狀況檢測(cè)，質(zhì)量為一級(jí)防腐層長(zhǎng)度為2750 m，占這段總長(zhǎng)的83.33%；質(zhì)量為二級(jí)防腐層長(zhǎng)度為550 m，占這段總長(zhǎng)的16.67%。該管道全線斷電電位不低于-850 mV。管道達(dá)到了有效陰極保護(hù)［6]。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)其中一處缺陷點(diǎn)進(jìn)行了開(kāi)挖驗(yàn)證工作，管體表面輕微刮傷，位于0點(diǎn)位置，面積80×320 mm2，呈片狀，對(duì)此開(kāi)挖點(diǎn)剝離破損防腐層后，進(jìn)行了防腐修復(fù)，見(jiàn)圖4。

圖4 缺陷點(diǎn)防腐層破損情況

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)在役輸氣管道進(jìn)行外檢測(cè)技術(shù)的組合檢測(cè)，可以很好地規(guī)避單一檢測(cè)方法的局限性，同時(shí)使用多種間接檢測(cè)方法可提高防腐層缺陷的可檢出性，從而保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性，從而為油氣管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行提供科學(xué)的決策依據(jù)。