孫 博

（中國石油化工股份有限公司天然氣榆濟管道分公司，山東濟南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)勢成為主要的油氣運輸方式。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防護措施。外防腐層通過增大宏觀原電池腐蝕電流回路中的電阻，減小其腐蝕電流，來保護管道的本體。然而在外防腐層在出廠時的質(zhì)量、第三方施工破壞、以及運行過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)運行需要定期檢測管道外防腐層的整體狀況、破損點的分布情況、破損點的大小與嚴重程度。

1 國內(nèi)外常用的檢測技術(shù)

1.1 交流電流衰減法

交流電流衰減法檢測（ACAS）是應(yīng)用電磁場傳播理論，測量管道沿線電流衰減情況，評估管道防腐層總體狀況的測試方法［1]。管道防腐層狀況主要是通過防腐層絕緣性能（PCM 信號衰減因子）和防腐層破損點密度來衡量防腐層的質(zhì)量狀況。管道防腐層的保護作用是通過PCM 衰減因子來體現(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。管道的運行狀況或者施工質(zhì)量可由防腐層破損點密度來反應(yīng)，防腐層破損點密度即為每1 km 管道的防腐層破損點數(shù)量。通常采用英國雷迪PCM+埋地管線防腐層檢測系統(tǒng)進行交流電流衰減法的檢測。對管道的外防腐層進行檢測用到的工具有PCM 接收機和發(fā)射機，PCM 檢測見圖1。

圖1 PCM檢測示意

適用范圍：交流電流衰減法可快速、經(jīng)濟地找出電流信號漏失較嚴重的管段，并通過計算機分析評價防腐層的狀況，再使用PCM 儀器的A 字架檢測地表電位梯度，精確定位防腐層破損點。

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

1.2 交流電位梯度法

交流地電位梯度法（ACVG）的檢測設(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，可測量土壤中交流電位梯度的變化，每隔5 m 測量1 個點。檢測原理見圖2。

圖2 檢測原理

適用范圍：應(yīng)用時需遠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均能穿透的地面、路面的管道外腐蝕層破損點的定位檢測。另外，應(yīng)用交流電位梯度法測量不夠準(zhǔn)確的原因有3個：

①距離發(fā)射機較近的交流地電位差測量儀器；②像穿跨域河流、湖泊等測量不能到達的區(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

管道防腐層破損點腐蝕嚴重程度采用直流電位梯度法（DCVG）進行判定。采用2 支參比電極，以密間隔的方法測量管道上方的直流電位梯度。陰極保護的防腐層一旦出現(xiàn)破損點，陰極保護電流將從破損點周圍流向破損處。通過對識別出破損點的腐蝕活性和計算出的IR降值來定性的判斷漏點的相對大小及其嚴重性，破損點的腐蝕活性可通過檢測破損點處土壤中的電流流向和其形成的電壓梯度的分布情況來獲取，檢測原理見圖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及破損點腐蝕活性的識別。對有些防腐層剝離沒有與外界電相連的管道、套管內(nèi)破損點未被電解質(zhì)淹沒的管道此方法都不適用。另外，應(yīng)用直流電位梯度法測量不夠準(zhǔn)確的原因有3個：

①發(fā)射機距離交流地電位差測量儀很近；②像穿跨域河流、湖泊等測量不能到達的區(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

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

適用范圍：密間隔電位測試適用于對管道陰極保護系統(tǒng)的有效性進行全面評價的測試。CIPS可單獨進行測試，也可與DCVG 進行聯(lián)合測試，從而可以全面的查找處破損點識別出破損點的腐蝕活性，進而可以全面的評價處管道施加的陰極保護系統(tǒng)的情況。該方法不適用于電解質(zhì)沒有淹沒套管內(nèi)破損點、保護電流不能同步中斷的情況。另外，應(yīng)用本方法測量不夠準(zhǔn)確或者測量起來困難的情況為：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處進而形成的電屏蔽的管道位置。

1.5 皮爾遜檢測法

皮爾遜檢測法（Pearson）是在埋地管道檢測中主要用來檢測防腐層局部連續(xù)缺陷點［5]。在被檢測的金屬管道上強加1個交流信號，若管道某處防腐層有破損點，電流就會通過該破損點泄漏到土壤中，從而在破損點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，越靠近破損點處電位差值就越大，在地面用接收機在地面上檢測點位變化情況，通過分析異常點位的變化趨勢就能準(zhǔn)確定位防腐層破損點。

實際檢測中，需2名工作人員前后成列地在管道上方行走，走到泄漏點上方時，接收機會發(fā)出報警，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，通過比較沿管道方向2個可移動式的接地電極間的電位梯度來定位埋地管道防腐層漏點位置。皮爾遜法檢測獲得的信息為可疑漏點處信號強度的變化，對于無信號強度指示表的儀器，只能記錄位置以及測試者關(guān)于信號強度的解釋。

①由于發(fā)射的功率較小，測量范圍有一定的限制，對于城市埋地管線的檢測誤判率較高，并且因為信號傳輸距離較近，要不斷更換發(fā)射點位置；②勞動強度較大，對水泥或瀝青地面產(chǎn)生了接地難的問題。

2 多種外檢測技術(shù)的組合

在長距離油氣管道的外檢測中，需要根據(jù)檢測目的，結(jié)合檢測技術(shù)的原理及適用范圍，往往會優(yōu)化組合外檢測技術(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。通過以上各種外檢測技術(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)運行。

3 實際應(yīng)用情況

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

根據(jù)檢測結(jié)果，對其中一處缺陷點進行了開挖驗證工作，管體表面輕微刮傷，位于0點位置，面積80×320 mm2，呈片狀，對此開挖點剝離破損防腐層后，進行了防腐修復(fù)，見圖4。

圖4 缺陷點防腐層破損情況

4 結(jié)束語

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