埋地管道音頻檢測施工技術

劉　潔　張　偉　龔永玲　張惠榮　殷蘇敏

[摘要]管道音頻檢測施工技術是近年來采用的管道檢測技術，闡述音頻檢測在埋地管道施工中對管道的腐蝕環境、防腐層狀況、管體腐蝕狀況、陰極保護運行狀況、管線的埋深等進行檢測方面的施工技術。

[關鍵詞]埋地管道音頻檢測

中圖分類號：TU7文獻標識碼：A文章編號：1671-7597(2009)061 0097-03

一、引言

石油、天然氣和城市燃氣埋地管道腐蝕與保護越來越引起人們的重視，管道防腐層由于埋地時間長久而出現老化、發脆、剝離、脫落、造成管道的腐蝕、穿孔，引起泄漏，給國民經濟造成不可估量的損失。采用音頻檢測方法，可以為新鋪設管道防腐層施工質量驗收以及在役管道防腐層的運行狀況提供真實有效的技術參數和技術分析。

二、工藝原理

在待檢測管道上加一個電流，通過發射機施加到管線上一個或幾個特定頻率的檢測信號，通過對該信號強弱、方向的測定，完成對管道的精確定位、測深、防腐層檢測等工作。

使用接收機對目標管線進行精確定位，水平天線在管道正上方給出最大響應，垂直天線在管線正上方給出最小的信號響應。使用不同的定位模式，通過接收機測出目標管線的精確位置。

1．近直流信號。采用4Hz的信號電流，來完成埋地管道防腐層的檢測。在管道上的傳輸特性與陰保電流相近，對陰保系統的有效性評估及查找故障十分有效，故稱之為近直流信號。接收機檢測4Hz的電流讀數也稱PCM電流。

2．定位電流。發射機發射128Hz或640Hz的檢測電流，來完成對埋地管道的定位檢測。接收機檢測128Hz或640Hz的電流讀數稱之為定位電流。

3．ELF信號。發射機在ELF信號檔發射128Hz的定位電流信號。ELF頻率信號是超低頻信號的英文縮寫(Extra Low Frequency)。適合最大距離的埋地管道定位及防腐層檢測。接收機檢測128Hz的電流讀數稱之為定位電流。

三、工藝特點

利用A型架對管道進行精確的測量：

用來進行埋地管道外防腐層及電纜外皮破損點的精確定位。

1．使用時需將A型架的兩個探針與大地良好接觸。

2．電流方向(CD)功能，PCM接收機面板上的前后箭頭可直觀指示出漏點的方向。

3．PCM接收機面板上還顯示出A型架的兩個探針之間電位差的毫伏分貝值(dB)，該數值用來比較不同外防腐層故障檢測電流泄露的差異，以確定破損的嚴重程度。

用木樁或油漆記下故障點的位置。比較漏點的嚴重程度。

四、工藝流程

線路分段→發射機連接→拉地線連接→設備自檢→管線定位→管線走向定位→防腐層檢測→管線埋深檢測→疑似點復測→位置標記→數據記錄

五、施工要點

1．PCM發射機

(1)連接信號輸出線

白色信號線直接與管道連接(閥門、測試樁、凝水缸等)。

綠色信號線接在合適的地線(地極、陰保系統的陽極或跳接管道絕緣法蘭)上。

(2)選定檢測頻率

連接電源。如果連接直流電源，請檢查蓄電池的電壓，必要時進行更換。

設定電流強度。注意過大的輸出會影響蓄電池的使用時間。

2．PCM接收機

(1)檢查電池。當電量不足時，更換新電池。

(2)設定探測頻率，必須與發射頻率工作在同一頻率上。

(3)置于峰值定位方式。

3．管道的精確定位

所謂精確定位是指被測管道的位置已經有了大致的了解，而用精確定位法確定出管道確切的位置。精確定位管線非常重要，因為儀器測出的深度及電流值均受管道定位精度的影響。

(1)峰值法。將接收機的靈敏度放在大致一半的位置上，若此時模擬指針滿刻度，則逆時針方向調節增益，使指針在大致60％的位置。整個測量過程需及時調整靈敏度，使儀器的模擬指針保持在可觀察范圍以內，如圖1。

(2)零值法。在峰值法上的記號點將接收機設置為工作零值方式，如圖2。

根據左／右方向箭頭指示，在管道上面再找到一個最小響應點。如果此點與峰值法重合，說明管道已被精確定位；如不重合，說明管道位置尚未“精確”地找到，或有干擾存在。兩種方法定出的位置都偏離在管道的同一側，那么該管道的真實位置應該接近峰值法所定的位置。

當峰值法與零值法兩者測得的位置差距在15cm以內，說明測量結果是可以接受的。

圖3表示，有平行管道或閘閥時，對兩種方法產生的影響。進行管道搜索定位，遇到有“T”型或“L”型管道或集結點而產生干擾，無法作出正確判斷時，則需要用左圖列出的方法進行掃描。將接收機增益開至50％左右，在該區進行加密測量。此時請注意接收機測量方向，并切記不要將接收機平面與管道同向。

4．測深和電流測量

(1)測深和測電流時注意：接收機必須放置在與管道垂直90。的上方。

(2)確定磁靴上的方向箭頭與管線的走向一致。

(3)磁力儀允許與支架(磁靴底端)有一角度的傾斜。

(4)在坡地上測深，必須保持接收機及磁力儀放置圖4位置。

(5)如果接收機放置如4圖第③種位置，則測得的深度和電流值是不

六、檢測應用分析

(一)城市管網(有一段并行管道，見圖5)

測量一新管道，而新管道的一側埋設有舊管道，大約相距30cm。給目標管道施加了1A的檢測電流。為了便于說明，將被測管道分成A、B兩段。

A段：用峰值和零值定位重合情況良好，電流讀數值表明防腐層狀態良好。

B段：用峰／零值定位不重合，峰值位置偏向老管道一側，電流讀數也有明顯下降。

圖5中情況是：老管涂層不良并與新管有搭接現象，為電流入地提供一個良好通道。

這種情況的表現是該處管道的峰值位置偏向一側。而電流讀數急劇下降。用圖來分析，曲線拐點即是故障點。

為了驗證這一假設，將發射機接到被測管道的另一端。

將同樣1A電流施加到管道另一端，獲得以下讀數。

A段：用峰值／零值定位重合良好，其讀數正常下降。

B段：用峰值及零值定位重合不佳，而且電流讀數下降。

C段：起始點電流急劇下降，幾乎消失，據此斷定此處有搭接。

這是由于舊的廢棄管道自搭接點處，與目標管道的電流方向相反，提供檢測電流返回地極的最好通路，使得目標管道上的電流幾乎為零。

(二)城市管網(一段伴行短管道典型應用，見圖6)

為方便說明，在圖7中對目標管線分A、B、C三段。在目標管道上施加1A電流，沿最大電流流向的一側管段進行檢測。

A段：用峰值及零值法定位重合良好，這一電流讀數比較穩定，說明管道保護層完好。

B段：用峰值／零值法定位發現重合不好，間距超過15厘米時，而且讀數有明顯降落。

C段：用峰值及零值法定位重合良好，而且電流讀數穩定。

說明鄰側有另一金屬管道在B段上產生一個不大的反向電流，所以在新管道上引起了一股抵消作用，造成新管上的電流讀數下降。

圖6說明有鄰管影響所引起的曲線凹缺。

典型測量示例：

在發射機的一側發現異常方向信號電流時的檢測，連接發射機，選擇1A檔供入信號電流。在電流方向箭頭指向發射機的位置，測得電流值為900mA。在發射機連接點的另一側，不但發現用峰／零定位重合不好，而且電流方向異常(離開發射機的)，再往遠處情況依然如此。

檢測發現鄰近有其它的金屬管道不但與被測管道搭接，而且管段的部分走向與目標管道平行。而由于目標管道上的信號電流比起相鄰管道的電伴行短管道典型應用)檢測圖示。

(三)有均壓電纜長輸管道的檢測

在距目標管線大約3m遠的位置有一廢棄的管道，兩管道之間有一均壓電纜連接，將發射機分別置于目標管道的兩端進行檢測，可以區分出舊管道對檢測電流讀數的影響。

PCM發射機連接到這條管道的陰保整流器的位置，測得檢測電流為800mA，并已確定出電流流向。

在距發射機3km以外的地方，測得兩個管道上都有很好的電流讀數，目標管道300mA，舊管為100mA，電流方向表明在3km以內的某處，兩條管道有搭接情況。

將發射機接到管道的另一端時，各測量點均在相同位置，而在目標管線上信號供入點附近，也測得800mA電流，但在舊管道上測不出電流讀數。

一系列電流讀數表明：當接近均壓電纜時，在兩管上均有電流讀數，但電流方向相反，指示連接點在前面。

在測得電流值為500mA處，發現搭接點，并繼續測得在整流器附近還有其它故障。

(四)如何避開干擾源獲得準確的檢測數據

檢測過程中，時刻關注峰／零值位置的一致情況是十分必要的。如果對檢測中的埋深測量值有疑問，可以采取提高接收機(如0.5m)重新測深，通過觀察重測值是否有相應的加大，來判斷測得的埋深是否可靠。

由于PCM使用的是極低的檢測頻率，大大地減少了出現檢測錯誤的機會。但是，仍有因現場的干擾導致檢測錯誤的可能性。

出現下列情況時表示有干擾存在

1．峰值法、零值法定位點偏差超過15cm以上時。

2．測得的埋深值不合理。

3．接收機讀數不穩定。

4．接收機面板顯示11到29號錯誤“ERR”。

使用ELF／LF信號定位過程中的信號干擾，可能導致PCM電流的檢測錯誤，這是由于進行4Hz信號的電流測量過程要依賴于使用ELF／LFN號測深的結果。

(五)電流檢測的結果解釋

PCM是采用了近直流的檢測信號(4Hz)，優點是檢測過程中幾乎可以不考慮管道防腐層的分布電容的影響，對其它相近的管道上的信號感應也幾乎為零。

檢測信號的衰減幾乎全部是由防腐層電導引起的，也就是防腐層的性能下降或存在著與其它埋地金屬結構搭接而產生的導電通路。

典型的檢測結果如下圖，它的解釋是：

在上圖中的A曲線，表示了一個典型破損點的電流流失點處，理想的信號反映。但圖中沒有考慮流入大地的漏點電流影響。

但實際的檢測結果是有變化的，因為接收機檢測到的電磁場不可避免地會受到大地中其它導電通路流動的檢測電流產生電磁場的影響，也包括漏點周圍防腐層變化的影響。

圖中給出的B曲線是考慮了大地中漏點電流影響的理論曲線。注意，在漏點處，兩個方向的電流通過防腐層的漏點流入管道，使得漏點處的電磁場受到不同的干擾。在發射機方向，漏點處的電流對管中電流起到抵消作用；而在反方向，漏點處的電流對管道內的電流會產生疊加作用。在距離漏點的一定距離內，大地的漏點電流保持了基本的穩定強度。

圖中C曲線給出的曲線為PCM檢測一個實際管道漏點的真實情況。

根據漏點的情況，泄漏電流對管道上檢測電流的影響會體現在漏點兩側的2-10m范圍內。具體情況完全取決于漏點的形態和嚴重程度。

如果管道防腐層的破損是由于管道與其它金屬結構的搭接所引起的，如與其它管道或電纜有連接現象，這樣的漏點電流只會在漏點處對管道電流產生影響，而不會像單純的破損點那樣對較長的距離產生影響。

在目標管道的漏點兩側進行短距離的詳細檢測時，這個現象則會表現的更為明顯。

七、結束語

埋地管道音頻檢測可以對管道的腐蝕環境、防腐層狀況、管體腐蝕狀況、陰極保護運行狀況、管線的埋深等進行檢測，不僅為新鋪設管道防腐層施工質量驗收提供真實有效的技術參數和技術分析，確保了管道的施工質量，也為在役管道防腐層的運行狀況提供了分析依據，具有較好的經濟效益和社會效益。