高 星 沈成業(yè) 李斌彬 錢盛杰 胡煒煒 陳文飛

（寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院）

管道輸送在物料輸運(yùn)中占有重要地位，現(xiàn)已廣泛用于氣態(tài)物料、 液態(tài)物料等的遠(yuǎn)距離輸送。管道一般可以分為架空敷設(shè)和埋地敷設(shè)。 架空管道一般采用管廊架敷設(shè)，因管廊架的設(shè)計(jì)和規(guī)劃受城市建設(shè)的影響很大，且敷設(shè)費(fèi)用高昂，后期還需要定期支付一定的租金，故對(duì)于一般低風(fēng)險(xiǎn)的管道常常會(huì)選用埋地敷設(shè)的方式。 而埋地管道由于地理環(huán)境復(fù)雜，一旦發(fā)生事故，會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。 在導(dǎo)致事故的眾多因素中，管道表面腐蝕是引發(fā)事故的主要原因。

無(wú)損檢驗(yàn)是保障管道安裝質(zhì)量和運(yùn)行質(zhì)量的有效手段，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理安全隱患，因此對(duì)埋地管道的無(wú)損檢驗(yàn)研究具有重要的意義。業(yè)界在埋地管道方面推出了一些可行的新型無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)，獲得了不少試驗(yàn)和應(yīng)用數(shù)據(jù)。 目前，常用的埋地管道不開(kāi)挖檢驗(yàn)技術(shù)有：PCM+系統(tǒng)不開(kāi)挖檢驗(yàn)、C-SCAN 探地雷達(dá)檢測(cè)、地球弱磁檢測(cè)、瞬變電磁（TEM）檢測(cè)及局部開(kāi)挖的導(dǎo)波檢測(cè)等。 其中，地球弱磁檢測(cè)技術(shù)、探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)均可檢測(cè)埋地金屬/非金屬管道的埋藏深度和走向，瞬變電磁（TEM）檢測(cè)技術(shù)可進(jìn)行埋地金屬管道的壁厚測(cè)定和腐蝕檢測(cè)。 這些技術(shù)中借助于多頻管中電流檢測(cè)儀（PCM）、直流電壓梯度檢測(cè)儀（DCVG）或密間隔管地電位檢測(cè)儀（CIPS）來(lái)完成對(duì)埋地金屬管道防腐層的破損情況和陰極保護(hù)裝置完好情況的檢測(cè)。

1 埋地管道現(xiàn)狀

某氣體公司共有3 種介質(zhì)的工業(yè)氣體輸送管道（表1），其中氧氣管道總長(zhǎng)約53 km，氮?dú)夤艿揽傞L(zhǎng)約87 km，氫氣管道總長(zhǎng)約10 km。 管道途經(jīng)大榭、北侖及鎮(zhèn)海（包括石化區(qū)）等區(qū)域，其管道敷設(shè)方式主要為埋地敷設(shè)。 由于管內(nèi)工作介質(zhì)都是高純度的氣體， 該管道基本不存在內(nèi)腐蝕，而會(huì)受到來(lái)自于土壤的外腐蝕。

表1 工業(yè)氣體輸送管道的設(shè)計(jì)參數(shù)

土壤的固相間隙中常含有空氣和水，水中所含的鹽分使土壤具有離子導(dǎo)電性，從而使土壤具有一定的電腐蝕性。 為此， 埋地管道通常選用3層PE 覆蓋層（加強(qiáng)級(jí)）——第1 層是環(huán)氧粉末涂層、第2 層是膠粘劑層、第3 層是聚乙烯覆蓋層，補(bǔ)口處采用內(nèi)涂環(huán)氧樹(shù)脂底漆的熱收縮套 （帶）進(jìn)行包裹。 另外，埋地管道還選用外加電流陰極保護(hù)法——利用外部直流電源取得陰極極化電流來(lái)防止金屬遭受腐蝕的方法，被保護(hù)的金屬接在直流電源的負(fù)極上，而在電源的正極則接輔助電極。 外加電流對(duì)管徑較大并有連續(xù)絕緣層的管段能取得良好的保護(hù)效果， 當(dāng)雜散電流產(chǎn)生的管-地電位變化超過(guò)犧牲陽(yáng)極的保護(hù)能力時(shí)，采用外加電流可消除雜散電流的影響。

2 埋地管道不開(kāi)挖檢驗(yàn)技術(shù)

2.1 PCM+系統(tǒng)

PCM+系統(tǒng)主要由發(fā)射機(jī)和信號(hào)接收機(jī)組成， 通過(guò)發(fā)射機(jī)在管道和大地間施加某一頻率的電流，給待測(cè)管道施加信號(hào)，在地面上沿管路由接收機(jī)測(cè)出管道中各測(cè)點(diǎn)流過(guò)的電流值 （圖1）， 測(cè)試結(jié)果可以確定管道的位置和防腐層的狀況［1］。

圖1 PCM+系統(tǒng)檢驗(yàn)原理示意圖

電流沿埋地鋼質(zhì)管道上傳播，且衰減程度隨著與起始點(diǎn)間距離的增加而增加：當(dāng)存在破損點(diǎn)時(shí)， 電流會(huì)從破損點(diǎn)穿過(guò)防腐層泄漏到土壤中，此時(shí)電信號(hào)衰減必然增大； 如果防腐層均勻完好，電信號(hào)衰減呈對(duì)數(shù)曲線形式。 電流衰減值主要取決于防腐層/涂層的絕緣電阻和單位長(zhǎng)度的管道防腐層/涂層表面積［2］，對(duì)于給定的防腐涂層，衰減值與管道的周向面積成比例。

若管段對(duì)應(yīng)的衰減值明顯增大或探測(cè)到泄漏的電信號(hào)固定指向某個(gè)方向，則說(shuō)明該管段的防腐層存在面積較大的破損點(diǎn)或者數(shù)量較多且密集的小破損點(diǎn)。 此時(shí)， 通過(guò)先記錄間隔3～5 m的檢驗(yàn)電流值，發(fā)現(xiàn)電流衰減曲線中下降最快即破損最嚴(yán)重的位置進(jìn)行精確定位（定位精度一般為1～2 m），隨即可開(kāi)挖、檢驗(yàn)和修復(fù)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)實(shí)例

某管道尺寸規(guī)格為?426 mm×10 mm， 設(shè)計(jì)壓力2.5 MPa，材料20#鋼，采用陰極保護(hù)為主犧牲陽(yáng)極保護(hù)為輔的形式， 管道走向大部分沿圍墻，途經(jīng)綠化帶和公路，旁邊有河流，穿越段采用套管，運(yùn)行時(shí)間已超10 a，挖開(kāi)后管道敷設(shè)位置滲水較多。

選用儀器為PCM+，電流為1 000 mA，頻率為128 Hz，將檢驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)處理軟件，得到管線的電流和衰減值檢測(cè)結(jié)果（圖2）。

圖2 管線的檢測(cè)電流和衰減值

由圖2b 可知，在1 456～1 900 m 之間出現(xiàn)兩處較高的柱狀圖，且在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)A 支架發(fā)現(xiàn)箭頭指向此處，懷疑有破損存在。 現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖后，發(fā)現(xiàn)1 534 m 處管道外防腐層有凹坑、1 838 m 處管道外防腐層有部分脫落（圖3），露出了管道的底漆。同時(shí)，通過(guò)電火花掃查確定了這兩處的防腐層可以被電火花擊穿，已不能起到對(duì)管道的防腐保護(hù)作用。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖發(fā)現(xiàn)的兩處缺陷

2.3 檢驗(yàn)精度的影響因素

管道的位置、直徑、長(zhǎng)度、材料和外覆層絕緣電阻率，發(fā)射場(chǎng)源、測(cè)試距離、破損點(diǎn)的位置、土壤介電常數(shù)、拾取信號(hào)極間距離及回路狀況等因素都會(huì)對(duì)檢驗(yàn)信號(hào)產(chǎn)生一定影響［3］，實(shí)例中的影響因素有以下4 種：

a. 管道組成件。 694 m 處的波峰就是由三通結(jié)構(gòu)引起的，導(dǎo)致電流信號(hào)被旁路引流。

b. 雜散電流。設(shè)計(jì)或規(guī)定回路以外的電流稱為雜散電流， 能引起大地電位梯度的變化，55 m處的波峰就是因此處跨越高壓線而產(chǎn)生雜散電流所致。

c. 陰極保護(hù)線。 檢驗(yàn)中會(huì)遇到破損點(diǎn)嚴(yán)重偏離管道正常走向的情況，大多因陰極保護(hù)線的影響造成了破損點(diǎn)的“偏移”，而非管道真實(shí)破損點(diǎn)的位置［4］。

d. 其他管道。在所要檢驗(yàn)的埋地管道附近往往埋有許多其他設(shè)施，如市政排污管道、燃?xì)夤艿兰暗叵码娎|等，這些設(shè)施的電信號(hào)對(duì)儀器產(chǎn)生一定的干擾或誤導(dǎo)。

2.4 不開(kāi)挖檢驗(yàn)要點(diǎn)

不開(kāi)挖檢驗(yàn)前，需先研究管道走向，關(guān)注管道的組成件，如法蘭連接的閥門、管道旁路的三通等。 有絕緣墊片的閥門會(huì)影響電信號(hào)的正常傳導(dǎo)，從而無(wú)法探測(cè)包含該閥門的一段管道；三通旁路的影響主要在于電信號(hào)會(huì)朝電阻值低的地方傳播，使所需檢驗(yàn)管段的電信號(hào)發(fā)生明顯的電流降（將電流引至旁路）。

測(cè)量的間隔點(diǎn)推薦選擇30～50 m，對(duì)懷疑破損的區(qū)域需要縮小間隔確定破損的大致位置，以便于后續(xù)開(kāi)挖。 因電流頻率過(guò)低時(shí)，電信號(hào)遇到小破損就會(huì)很弱，故電流頻率推薦選取128 Hz。

需要重點(diǎn)關(guān)注可能破壞管道外防腐層的區(qū)段，如穿跨越段、鋪設(shè)巖石偏多的路段、管道上方有灌木的路段、管道附近重新開(kāi)挖施工的路段以及發(fā)現(xiàn)管段偏移的路段。

3 結(jié)束語(yǔ)

埋地管道不開(kāi)挖檢驗(yàn)，對(duì)于確定埋在地下管道的走向、 埋深和破損具有較強(qiáng)的參考意義，可以幫助企業(yè)了解管道的近況，降低管道的使用成本并延長(zhǎng)使用壽命。

應(yīng)用PCM 檢驗(yàn)技術(shù)檢驗(yàn)的是防腐層的綜合電氣性能，而不是防腐層的物理分布。 埋地管道現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)所受的影響因素較多，需要事先熟悉現(xiàn)場(chǎng)做好細(xì)致的策略， 并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整。 檢驗(yàn)人員對(duì)儀器的熟悉程度也存在一定的影響，需在現(xiàn)場(chǎng)工作中不斷總結(jié)，提高操作水平。