黃奕昶　楊博　李煒　黃琴

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院）(上海市燃?xì)鈾z測中心）

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管道電流測繪技術(shù)在地下燃?xì)夤艿婪栏瘜訖z測中的應(yīng)用

黃奕昶*楊博李煒黃琴

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院）(上海市燃?xì)鈾z測中心）

摘要城鎮(zhèn)地下燃?xì)夤艿赖倪\(yùn)行狀況直接關(guān)乎城鎮(zhèn)的安全。管道電流測繪技術(shù)可以在非開挖條件下對(duì)埋地管道的陰極保護(hù)有效性做出評(píng)價(jià)，有效地檢測出埋地鋼質(zhì)管道外防腐層缺陷。在工程應(yīng)用中，采用這種新穎的檢測技術(shù)可以快速檢測和定位某處地下燃?xì)夤艿赖耐夥栏瘜尤毕荨?/p>

關(guān)鍵詞地下燃?xì)夤艿拦艿离娏鳒y繪防腐層缺陷檢測

*黃奕昶，男，1984年生，碩士，工程師。上海市，200333。

0　引言

城市地下管線是保障城市運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和“生命線”。近年來，隨著城市的快速發(fā)展，地下管線建設(shè)規(guī)模不足、管線管理水平良莠不齊等問題凸顯。一些城市相繼發(fā)生大雨內(nèi)澇、管線泄漏爆炸、路面塌陷等事件，嚴(yán)重影響了人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和城市運(yùn)行秩序。

隨著國內(nèi)地下管線服役時(shí)間的增加，地下管線外防腐層老化、破損等缺陷所誘發(fā)的事故屢有發(fā)生。例如：2013年11月22日，山東省青島市黃島區(qū)發(fā)生地下輸油管道泄漏事故，引發(fā)連環(huán)爆炸；2013年12月24日，湖南省長沙市雨花區(qū)發(fā)生地下燃?xì)夤艿佬孤┗馂?zāi)；2013年12月26日，四川省瀘州市江陽區(qū)某商場發(fā)生地下天然氣管道泄漏事故，引發(fā)連環(huán)爆炸；2014年6月30日大連市金州開發(fā)區(qū)發(fā)生地下原油管道泄漏燃燒事故。短短幾個(gè)月內(nèi)，接連發(fā)生了幾次地下管道爆燃事故[1]。事故發(fā)生的細(xì)節(jié)各不相同，但是，有一個(gè)共同點(diǎn)值得關(guān)注，那就是上述幾起事故的主要原因之一，都是和管道外防腐層缺陷所誘發(fā)的管道外腐蝕有著直接的關(guān)聯(lián)。

由此可見，如何強(qiáng)化城市地下管線管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除地下管線防腐層缺陷，切實(shí)保障地下管線安全運(yùn)行，已成了我們面臨的亟需解決而且必須解決的一個(gè)難題。幸而一種新穎的地下管道防腐層檢測技術(shù)——PCM技術(shù)的誕生，使得我們有能力在非開挖的狀態(tài)下對(duì)埋地管線的外防腐層狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)和缺陷定位。

1　埋地鋼質(zhì)管道外防腐層檢測技術(shù)

目前，常用的埋地管線外防腐層非開挖檢測方法[2]有密間隔電位法、直流/交流電位梯度法以及交流電流衰減法。許多工程實(shí)踐證明，上述各種檢測方法在對(duì)埋地管線的外防腐層檢測中有效可行。下面分別對(duì)這些檢測方法做一簡要的介紹。

1.1密間隔電位法

該法的原理是將一個(gè)參比電極置于地面，與一塊電壓表相連，電壓表的另一端與被測管道相連，這樣就可測得管地電位。將參比電位按一定間隔移動(dòng)測得多組數(shù)據(jù)，從而得到電位分布，并可將其用來評(píng)價(jià)管道受保護(hù)的程度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不受地表狀況限制；缺點(diǎn)是工作量大，需拉線操作。

1.2直流/交流電位梯度法

電位梯度法可以分為交流電位梯度法（ACVG）、直流電位梯度法（DCVG）和皮爾遜法（人體電容法）。

交流電壓梯度法（ACVG）基本原理是在管道中加載一個(gè)交流電信號(hào)，當(dāng)管道存在破損點(diǎn)時(shí)，將在破損點(diǎn)周圍地面形成一個(gè)電位梯度場。通過管道地面上方的兩個(gè)電極以及與電極連接中心零位的毫伏表可測量這個(gè)電位差，接近破損點(diǎn)時(shí)電位差增大，遠(yuǎn)離時(shí)減小，在正上方時(shí)為零。依據(jù)這個(gè)特點(diǎn)就可以判定破損點(diǎn)的位置和大小。

直流電位梯度法（DCVG）和交流電位梯度法（ACVG）的主要差別就是前者施加的是直流信號(hào)，后者為交流信號(hào)。

1.3交流電流衰減法

該方法是將交流電信號(hào)通入被檢管道中，從而產(chǎn)生電磁場，利用接收端從地表的磁場分量準(zhǔn)確測定管中信號(hào)電流的大小。若防腐層有破損，信號(hào)電流就由破損點(diǎn)流入大地，從而造成地面磁場急劇減小，并被接收端發(fā)現(xiàn)。

1.4PCM系統(tǒng)

英國雷迪公司研發(fā)的多頻管線電流測繪儀（PCM），是一套以交流電流衰減法為原理開發(fā)而成的高效能管線檢測儀。該系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)和便攜式接收機(jī)組成，發(fā)射機(jī)將含有近于直流的4 Hz電流信號(hào)的混頻電流信號(hào)施加于被測管道上，接收機(jī)通過感應(yīng)線圈或高精度磁力儀檢測這一特殊信號(hào)，得出管道電流的強(qiáng)度和方向。用信號(hào)發(fā)射機(jī)向管道施加某一特定頻率或多個(gè)頻率的激勵(lì)信號(hào)，信號(hào)自發(fā)射點(diǎn)開始沿著管道兩側(cè)傳輸，管中電流信號(hào)強(qiáng)度將隨著管道距離的增加而衰減。管道電流流經(jīng)管道時(shí)，在管道周圍產(chǎn)生一個(gè)磁場，利用接收機(jī)在管道上方按一定間隔檢測管中激勵(lì)信號(hào)的強(qiáng)度。

當(dāng)管道防腐層性能穩(wěn)定時(shí)，管中電流衰減的數(shù)值與距離成線性關(guān)系，其電流衰減率取決于防腐層的絕緣電阻值，根據(jù)電流衰減率的大小變化可評(píng)價(jià)防腐層的絕緣質(zhì)量。若存在電流的異常衰減段，則可認(rèn)為存在電流的泄漏點(diǎn)或管道分支點(diǎn)，通過分析可判斷出防腐層的絕緣性能下降以及破損點(diǎn)位置。

現(xiàn)今，PCM已廣泛應(yīng)用于管道外防腐層保護(hù)狀況評(píng)估、新鋪管道防腐層施工質(zhì)量的驗(yàn)收、管道陰極保護(hù)效果評(píng)估、管線對(duì)地絕緣故障點(diǎn)(管道防腐層、保溫層、電纜外護(hù)套的缺陷與破損點(diǎn))定位、目標(biāo)管道與其他管道搭接點(diǎn)的查找和定位、盜接管道/分支管道的查找和定位、管道泄漏點(diǎn)的查找和定位以及作為大功率管線定位儀探測定位埋地管道等各個(gè)方面[3]。

1.4.1應(yīng)用實(shí)例

在本文的工程應(yīng)用中，我們采用PCM系統(tǒng)對(duì)某城市埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿赖耐夥栏瘜舆M(jìn)行非開挖檢測。該管道全長20.8 km，規(guī)格為覫219 mm×8.0 mm，材質(zhì)為20鋼，外防腐層采用三層PE材料，另采用犧牲陽極陰極保護(hù)來提高管線的防腐效果。該燃?xì)夤艿?002年建成并于當(dāng)年投產(chǎn)使用，至今已逾10年?，F(xiàn)采用雷迪公司PCM系統(tǒng)對(duì)上述燃?xì)夤芫€外防腐層進(jìn)行非開挖檢測。

1.4.2檢測步驟

（1）首先將發(fā)射機(jī)一端與待檢管道連接，另一端與大地連接，如圖l（a）所示。PCM發(fā)射機(jī)如圖1（b）所示。然后，設(shè)定檢測頻率和電流，頻率設(shè)定在ELF擋，其頻率為4 Hz+128 Hz混合頻率，電流強(qiáng)度設(shè)定為600 mA。

（2）如圖2所示，探測人員打開PCM接收機(jī)，將接收機(jī)頻率設(shè)定為與發(fā)射機(jī)相通的頻率。然后，探測人員沿著管線敷設(shè)方向行走，用接收機(jī)采集電流數(shù)據(jù)。

圖1　PCM發(fā)射機(jī)連接

圖2　接收機(jī)探測

（3）將PCM測量的數(shù)據(jù)下載到PC機(jī)，然后再給出測點(diǎn)的距離、管道注釋、管道電流等參數(shù)，即可生成管道的防腐層狀況分布圖（Y-X曲線、IdBX曲線）如圖3所示。其中，Y值為電流變化率，單位為dB/m；X值為測試距離，單位為m；IdB為經(jīng)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的以分貝（dB）表示的電流值。上述三者的關(guān)系如式（1）所示：

圖3　管道防腐層狀況分布圖

（4）從圖3可以看出，管道敷設(shè)區(qū)域A-B、區(qū)域C-D內(nèi)管道電流呈明顯衰減。由上述介紹可知，當(dāng)管道防護(hù)層性能穩(wěn)定時(shí)，管中電流衰減的數(shù)值與距離成線性關(guān)系，其電流衰減率取決于防腐層的絕緣電阻值，根據(jù)電流衰減率的大小變化可評(píng)價(jià)防腐蝕層的絕緣質(zhì)量。若存在電流的異常衰減段，則可認(rèn)為存在電流的泄漏點(diǎn)或管道分支點(diǎn)。由此可見，管道電流衰減異常區(qū)域A-B、區(qū)域C-D應(yīng)為防腐層疑似損壞區(qū)域。

（5）對(duì)上述電流衰減處（區(qū)域A-B、區(qū)域CD）再采用PCM附件A字架進(jìn)一步進(jìn)行防腐層缺陷的定位。PCM附件A字架是基于交流電壓梯度法（ACVG）開發(fā)而成的。其原理是當(dāng)管道存在破損點(diǎn)時(shí)，將在破損點(diǎn)周圍地面形成一個(gè)電位梯度場，通過管道地面上方的兩個(gè)電極以及與電極連接中心零位的毫伏表來測量這個(gè)電位差，接近破損點(diǎn)時(shí)電位差增大，遠(yuǎn)離時(shí)減小，在正上方時(shí)為零。依據(jù)這個(gè)特點(diǎn)就可以判定破損點(diǎn)的位置和大小，如圖4所示。

圖4　PCM+A字架精確定位防腐層破損點(diǎn)

2　開挖驗(yàn)證

為驗(yàn)證PCM系統(tǒng)檢測結(jié)果的有效性，依次對(duì)上述檢出的防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行開挖驗(yàn)證。圖5（a）為區(qū)域A-B處開挖點(diǎn)，該處管道防腐層破損點(diǎn)尺寸為20 cm×15 cm；圖5（b）為區(qū)域C-D處開挖點(diǎn)，該處管道防腐層破損點(diǎn)尺寸為1.9 cm×1.5 cm。上述開挖驗(yàn)證表明，PCM技術(shù)能夠很好地應(yīng)用在埋地管線防腐層缺陷檢測與破損點(diǎn)的定位上。

圖5　防腐層破損點(diǎn)

3　結(jié)論

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)以及城市經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，管道輸送已逐漸扮演了物質(zhì)輸送中最為重要的一個(gè)角色。但是，隨著管線服役時(shí)間的延長，其外防腐蝕層不可避免地會(huì)出現(xiàn)不同程度的破損或損壞，從而使得鋼管直接暴露在具有腐蝕性的土壤中。這樣，久而久之必然造成管線發(fā)生貫穿性腐蝕，甚至導(dǎo)致泄漏和爆炸事故的發(fā)生。因此目前擺在我們面前的一個(gè)大問題就是怎樣對(duì)現(xiàn)有的地下管道進(jìn)行有效的、科學(xué)的檢驗(yàn)檢測工作，從而保證這些地下管道的正常運(yùn)行。

實(shí)踐證明，PCM技術(shù)可以為埋地管線的檢測工作提供有效的技術(shù)支撐。以往許多地下管線的泄漏和爆炸事故不斷地給我們敲響了警鐘。在要效益的同時(shí)，千萬莫忘了安全。要安全就必須做好地下鋼質(zhì)管線的防腐工作。只有做好地下管線的防腐工作，才可保證國家的石油等戰(zhàn)略行業(yè)的安穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]鄒積強(qiáng).由中石化青島管道燃爆重大事故就設(shè)備、管線腐蝕與安全運(yùn)行問題帶給我們的警示和啟發(fā)[J] .全面腐蝕控制，2014，28 (1)：41-42.

[2]車立新，孫立國.埋地鋼管外防腐層直接檢測技術(shù)與方法[J] .煤氣與動(dòng)力，2002 (22)：70-72.

[3]高天青.PCM在地下管線探測中的應(yīng)用[J] .福建地質(zhì), 2005 (24)：189-192.

Application of Pipeline Current Mapping Technology in
Anti-corrosion Coating Detection of Underground Gas Pipeline

Huang YichangYang Bo Li Wei Huang Qin

Abstract：The running state of theurban underground gas pipeline is crucial to the city safety.The pipeline current mapping technology is able to evaluate the effectiveness of the cathodic protection of the underground pipeline without excavation and effectively detect the defects of the anti-corrosion coating of the underground steel pipeline.In engineering application, the defects of the anti-corrosion coating of the underground gas pipeline can be detected and located rapidly by using this new detection technology.

Key words：Underground gas pipeline; Pipeline current mapping; Anti-corrosion coating; Defect; Detection

(收稿日期:2015-05-29)

中圖分類號(hào)TQ 050.9

DOI：10.16759/j.cnki.issn.1007- 7251.2016.02.016