埋地鋼管外防腐層檢測方法

滕興林

（綏化市特種設備檢驗研究所，黑龍江 綏化 152000）

為了保證管道的安全運行，延長管道的使用壽命，埋地鋼管一般都有防腐層和陰極保護組成的防護系統。防腐層和陰極保護起著一種互補作用，防腐層的破損會引起保護電流的流失，使保護效果降低，甚至失效。陰極保護效果的降低或失效，又會加劇管道的腐蝕，引起防腐層的剝離、龜裂。對外防腐層的檢測，尤其是對管道外防腐層破損點的精確定位，確定破損點的大小，篩選出最大破損點和腐蝕穿孔泄漏點，進行開挖，重新涂敷和堵漏，是管道業主最為關心的問題。下面對外防腐層破損的檢測方法進行分析論述。

1 交流電流法

交流電流法在國際上通常被稱為皮爾遜檢測法(PearsonSurvey)。其基本原理是：當用一個信號發射機把特定頻率的交流信號通過導線施加在金屬管道上時，這種特定頻率的交流信號就會沿管道向前傳播，并在無窮遠處與發射機的地線形成回路。如果管道的外防腐層完好，由于管道電阻的原因，管道中交流信號是沿程均勻衰減的；如果管道的外防腐層有破損或絕緣不好，在外防腐層破損點便會有電流泄漏入土壤中，這樣如果沿程測量管道中的電流信號，在破損點附近，就會有一個管中電流的陡降；同時在管道破損點和土壤之間也會形成電壓差，且在接近破損點的部位電壓差最大，用儀器在埋設管道的地面上可檢測到這種電流或電位異常，即可發現管道外防腐層破損點。特別指出的是，皮爾遜檢測是一種檢測方法和基本原理，不是具體的某種設備，把基于以上原理的檢測設備與一種檢測方法混為一談是不恰當的。皮爾遜檢測法最大的特點是向管道施加特定頻率的交流信號，然后在防腐層破損點檢測到電流或者電壓的異常。

基于皮爾遜檢測法的設備，由于接收機輕便，檢測速度較快，自帶信號發射機，可以檢測沒有陰極保護(CP)的管道，因此目前國內仍較普遍使用，受現場檢測人員的歡迎。但是這些設備使用局限性也很大：操作者的經驗技能特別重要，沒有現場經驗的人不易查找到涂層缺陷的位置，或者是常給出不存在的缺陷信息；很難指示涂層剝離但管道不漏鐵的破損點；不能指示CP效率，易受地電場干擾。

2 直流電壓法

外防腐層破損檢測和管道腐蝕狀態評價的另一個前沿研究領域就是直流電壓梯度法(DCVG)，其特點是利用現有的陰極保護直流信號或臨時向管道施加直流信號，然后在防腐層破損點檢測到管對地極化電壓的異常，從而確定破損點和破損程度。而采用密間隔電位法(CIPS)全面測量，有助于評估管道整體陰極保護的情況。這兩種技術的結合(DCVG+CIPS)代表了這一領域的發展方向，也符合國際防腐蝕工程師協會 (NACE)標準RP0502-2002的基本要求。

2.1 密間隔電位測量法

密間隔電位法CIPS主要用于測定CP系統的效果，間接反映防腐涂層狀況。CIPS法沿管道以間隔1.0～1.5m采集數據，繪制連續的開/關管地電位曲線圖，反映管道全線陰極保護電位情況。當防腐層某處存在缺陷時，該處電流密度增大，使保護電位正向偏移，當這種偏移達到一定數量，在地表就可檢測到，當電位(銅/硫酸銅參比電極)低于-850mV時，管道就會發生腐蝕。

CIPS法不能檢出涂層破損的準確位置，實際上是一種管地電位檢測技術并非涂層缺陷檢測技術，涂層狀況是通過電位分析獲得的，因此通常要與DCVG配合使用。用CIPS判定CP不足或過保護具有獨到之處。

2.2 直流電壓梯度法

直流電壓梯度法 (DCVG)是由JohnMulvaney在澳大利亞首先提出，最初應用在通信電纜外護套破損的確定，而后廣泛地應用在埋地鋼管外防腐層破損的直接檢測和評價領域，至今已經有逾30年歷史。其基本原理是當把一個直流信號(比如陰極保護信號)施加到帶防腐層的管道上，就能在管道的防腐層破損點裸露的管體和大地之間，由于土壤的電阻作用，建立起電壓梯度，即土壤的電壓降ΔU。依據土壤的電壓降占管道對地電壓的百分比來計算涂層缺陷的大小和破損點的嚴重程度，越靠近管道的破損點電壓的梯度越大，流失的電流也越大。其判斷標準為：小破損點：(0～15%)ΔU；中破損點：(16%一 35%)ΔU；大破損點：(36%～100%)ΔU。

依據此原理，直流電壓梯度法使用高靈敏度的電壓表頭在管道防腐層破損點上方的地面上測量兩個銅/硫酸銅半電池電極的電位差。如果在一個電壓降之內兩個電極有一段距離(1～2m)，一個半電池電位比另一個電位要高，這樣就可以確定電位梯度的大小和電流的方向。

為了更容易區分管道上其他直流信號，如長線電池、雜散電流以及其他陰極保護系統，應用直流電壓梯度法測量時，要通過特殊設計的中斷器，以1/3S(開)和2/3S(關)的比例，向管道施加一種不對稱的直流信號。這種直流信號可以從現有的陰極保護系統起點的變壓整流器(T/R)上注入。如果管道不帶陰極保護，則可以在管道的測試中，用電池或直流發電機臨時建立這種系統。

測量時把一個電極探頭放在管道正上方，另一個探頭放在管道的一側，兩探頭相隔1～2m，沿管道走向每隔一定的距離測量一組數據。如果測量到離防腐層破損點足夠近，就可以檢測到直流電壓梯度，并且越接近破損點，高靈敏度的表頭對開/關(ON/OFF)脈沖電流反應越強烈，越過最強點后，電壓降逐漸減少，退回以不同的角度重做圓形探測，兩個電極探頭電位平衡點之間中點就是破損點中心。

先進的DCVG檢測設備帶有數據存儲功能和GPS引擎，既能存儲測量數據，也能存儲地理坐標(經緯度)數據。所有這些數據都能傳輸到計算機中，專用的分析軟件可直觀地顯示測量結果和防腐層異常情況。這方面的專業設備和軟件的開發，是我們今后的一個發展方向。

DCVG法對于準確確定破損點位置和破損的程度非常有效，但要全面掌握管道的腐蝕情況，還要用CIPS法對管道陰極保護狀態進行測量。

現在國際上最前沿的技術是把直流電壓梯度法和密間隔電位測量法結合起來使用，即DCVG+CIPS技術。一旦對選定的管道作一系列這樣的檢測，就能夠對破損點的嚴重程度和整個管道的腐蝕狀況作一個評估。

3 結論

3.1 只有對所有的檢測方法有了清晰系統的認識，才能結合實際選擇合適的方法或者方法組合。每一種檢測技術都有它的優點和局限性，了解各種檢測技術的局限性有助于現場人員提高檢測效率。選擇那一種技術最好，完全由用戶的認識決定。

3.2 任何檢測方案的實施，都需要有科學的理論指導。希望國外的外防腐層涂層破損直接檢測和評價技術能夠對我國相關技術規范的修訂起到借鑒作用。只注重設備的引進，而不注重相應的技術方法和規范的引進、消化、吸收，設備也不能發揮應有的作用。

3.3 目前我國在這一領域基本上處于設備引進和應用階段。引進、消化和自主創新是趕超國外先進水平的必由之路。

4 結語

通過對埋地鋼管外防腐層破損的檢測分析，可了解管道腐蝕控制的現狀，為科學合理地、有針對性地制訂管道運營維護管理方案提供依據，也為下一步的項目設計、施工提供參考數據。

[1]米琪.管道防腐蝕手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1994.