PCM檢測技術的現場應用與效果分析

一、前言

采油五廠地處鹽堿低洼地帶，埋地管道腐蝕嚴重，局部地區管道投產2～3年就發生腐蝕穿孔現象。我廠土壤理化指標中的有機質、Cl-、SO42-、含鹽量等指標均較高，土壤中的Cl-含量高，很容易引起點蝕。由于Cl-半徑小，穿透力強，很容易穿過金屬鋼管鈍化膜的小孔，直接和金屬接觸形成可溶性的化合物，并向金屬深處發展。隨著點蝕過程的進行，一方面坑內坑外氧濃度的差別越來越大，坑外由于富氧而鈍化；另一方面，孔內金屬離子不斷增加，孔內Cl-濃度升高。這樣就構成了孔內活化——孔外鈍化的腐蝕體系，以自催化的方式不斷加速發展，最終導致管線迅速破壞。

二、管道防腐層檢測技術應用

（一）埋地管道防腐層檢測常用方法

目前使用的管道防腐絕緣層種類較多，大多數埋地管道仍以石油瀝青玻璃絲布為主。通常主要檢測防腐絕緣層的連續性、厚度、粘結力、絕緣電阻等性能，其中絕緣電阻是綜合反映防腐絕緣層技術狀況的重要指標。國內埋地管道防腐層檢測最常用的方法有四種：開挖檢測、變頻—選頻法、電流梯度法(又稱PCM)電位梯度法等。

我廠現采用（PCM）電流梯度法對埋地管線進行檢測，取得了明顯的效果。

（二）PCM系統的組成、工作原理及流程

1、PCM系統的組成

（1）埋地管道防腐層狀況探測儀，包括發射機、接收機、強磁力儀（磁靴）、A字架;（2）管道檢測數據處理軟件與PC機或便攜式計算機。

2、PCM的工作原理

PCM是Pipeline Current Mapper的縮寫，即為管中電流法或多頻管中電流法，主要測量管道中電流衰減梯度，因此也叫電流梯度法。

其工作原理為利用接收機探測到經管道傳送的特殊信號，并跟蹤和采集該信號，將采集到電流值輸入微機，便能測繪出管道上各處的電流強度曲線。通過對電流變化的分析，實現對管道防護層絕緣性的評估。在檢測時，將發射機的一端與管道連接，一端與大地連接。由發射機向管道發送4Hz電流和128Hz/640Hz的定位電流。便攜式接收機能探測到經管道傳送的這種特殊信號，并跟蹤和采集該信號。將采集到的電流強度輸入微機，便能測繪出管道上各處的電流強度曲線。通過對電流變化的分析，實現對管道防護層絕緣性的評估。

電流強度隨距離的增加而衰減，在管徑、管材、土壤環境不變的情況下，防腐層對地的絕緣性越好，則電流損失越少，衰減亦越小。反之，若防腐層損壞，電流損失越嚴重，衰減也就越大，從而實現對防腐層破損狀況的評估。

3、埋地管道防腐層檢測流程

第一步: 現場勘查。了解管道的基本情況，制定現場檢測計劃。

第二步: 測點布置。根據勘查結果選擇電流梯度法中前后兩檢測點之間的合適點距為20～50m。

第三步: 開始檢測。檢測時在管道的一端加載信號，設加載信號處為0點。然后從0點向管道另一端每隔確定好的點距(如30m)對管道進行一次精確定位，同時在定位處讀取并記錄一組電流值，一直檢測到管道另一端。

測量埋深時要注意接收機的方向，盡量使接收機的線圈與管線走向垂直，這個要求可以通過輕微轉動接收機，使面板上的顯示讀數達到最大值來達到。直讀埋深值是接收機機身地面到管道中心的距離。

當峰值/零值定位不重合，并且大于20cm時，直讀測深方法不可靠，應采用70%法檢測。方法是：用峰值測定管線位置，峰值在管道上方電流信號強度的讀數，如果讀數較小，可調節增益，使面板上讀數A處于90-100之間，在地面記下中心位置，將接受機垂直向一側平移，讀數逐漸變小，當讀數下降到A的70%時，在地面記下該位置，向另一側的地面記下該位置，兩次確定位置的間距與埋深相同。

第四步: 數據分析計算。根據采集的電流讀數計算出每個點距之間外防腐層絕緣電阻值，對被測管道進行分級評價。

4、數據處理

在一條管道上有3個嚴重程度相當的防腐層破損段，一個在靠近信號供入點；另兩個分別位于管道的中部和末端，如果用mA電流值作縱坐標畫管道的信號衰減，可以看出中段和末段的管段電流下降值明顯小于靠近信號供入點處的下降值。在用dBmA值作縱坐標畫出的管道電流衰減圖上，每個破損段的下降值基本相同，從而消除了在初始管段電流衰減大的影響。

在mA圖上初看好像是防腐層的老化程度在逐漸減小。而在dBmA圖上則可以看出每段的防腐層老化程度是相同的。因而，從dBmA圖中的曲線下降程度可以直觀地反映防腐層的老化破損程度。

三、檢測結果與應用效果分析

下面以高1號中轉站至高1#2計量間摻水管道檢測為例，來說明檢測的過程和如何對管道的防腐層進行分析評價。

該摻水管道（Φ114×4.5）長1040m，防腐材料為泡沫黃夾克，建于1984年，運行時間久遠，管道穿孔時有發生。

其檢測及評價整個過程為：

（一）首先應用PCM系統電流衰減法和電位差法對該摻水管道進行現場檢測。檢測共分4段進行（即：從高1#2計量間為起點，0-220m、220m-480m、480m-720m、720m-1000m），通過現場檢測確定管道外防腐保溫層破損或搭接（已記錄和現場木樁標記，GPS定位）、管道深度測定、管道走向拐點處。

（二）將檢測的數據輸入計算機，通過GDWJC軟件進行數據處理，繪出管道檢測電流衰減分段圖，根據圖象進行分段評價。

（三）計算管道分段絕緣電阻率，參照石油天然氣行業標準《SY/T5919-94埋地鋼質管道防腐層大修理技術規定》中的標準，判斷出該管段防腐狀況的老化及破損程度。

四、結論

PCM是一種埋地管道防腐層檢測的新技術。應用該技術可以全面評估防護層的狀況，指導地下管道的維護和檢修，避免搶修中的盲目性。并為規劃設計工作和日常生產管理起到一定的輔助作用，此外它適合于埋地鋼質管道防護層質量的檢測及評價，及管線的走向、搭接的定位，對長距離輸送管道或短距離小管徑管道都可適用。該方法節省開挖及時間，節省投資，是工程驗收及后期維護不可多得的手段。

可以說這項技術有著廣大的應用空間和良好的發展前景。同時我們也認識到以下幾點：

（一）通過埋地金屬管道防腐檢測及開挖驗證，證明其具有較高的準確性、可靠性，為今后管線更換及防腐大修提供可靠的依據，對防腐數據庫的建立以及地面規劃、設計指導科學決策具有重要意義。

（二）對舊管道進行維修更新之前先進行檢測，根據檢測結果進行檢修工程設計，可以提高維修工程的針對性，大大降低工程費用。

（三）建議對重要管道進行常規性的定期跟蹤檢測，它可發現破損點出現的位置與頻度，防腐層功能老化、退化的速度。對新完工回填土的管道竣工驗收，確保管道建設從開始即處于良好的狀態，并使管道在科學的監測之下運行。