輸油管道防腐層DCVG和CIPS檢測(cè)與評(píng)價(jià)

索 蘇

（東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318）

輸油管道防腐層DCVG和CIPS檢測(cè)與評(píng)價(jià)

索 蘇

（東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318）

管道運(yùn)輸具有效率高、成本低和可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在油氣輸送方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。但是，由于運(yùn)行年限增長(zhǎng)、環(huán)境變化和腐蝕等原因，管道易發(fā)生防腐層破損，油氣泄露等現(xiàn)象，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并給人民生命財(cái)產(chǎn)和生存環(huán)境帶來(lái)了巨大的潛在威脅。因此，為了保證管道的安全運(yùn)行，必須定期對(duì)管道的防腐層和陰極保護(hù)效果進(jìn)行檢測(cè)，判斷外防腐層的保護(hù)狀態(tài)。以大慶油田輸油管道為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)DVCG和CIPS檢測(cè)和測(cè)試數(shù)據(jù)處理分析，對(duì)輸油管道防腐層和陰極保護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，為管道管理者提供科學(xué)的、準(zhǔn)確地防腐系統(tǒng)數(shù)據(jù)，也為管道防腐層的修復(fù)提供科學(xué)的依據(jù)。

輸油管道；防腐層；DCVG檢測(cè)；CIPS檢測(cè)

腐蝕是影響管道系統(tǒng)可靠性和使用壽命的關(guān)鍵因素。我國(guó)輸油管道在投產(chǎn)1～2 a后，管線腐蝕穿孔已屢見(jiàn)不鮮，不僅會(huì)造成油、氣和水的泄漏，污染環(huán)境，還會(huì)引起由于維修帶來(lái)的材料和人力上的浪費(fèi)，停工停產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失，甚至可能因腐蝕引起火災(zāi)，威脅人身安全，后果極其嚴(yán)重［1］。

由于輸油管道一般為埋地敷設(shè)，一旦投產(chǎn)運(yùn)行，很難停產(chǎn)檢驗(yàn)。因此，防腐層的檢測(cè)是建立在管線不開(kāi)挖前提下，利用設(shè)備非接觸性的對(duì)防腐層進(jìn)行綜合性能檢測(cè)，準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)的對(duì)防腐層的破損缺陷進(jìn)行定位，并分類(lèi)統(tǒng)計(jì)缺陷的大小，對(duì)缺陷的大小和數(shù)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，用于指導(dǎo)管道經(jīng)營(yíng)者掌握輸油管道的防腐層狀況，及時(shí)維護(hù)，保證防腐層的完好性［2］。目前，輸油管道防腐層的檢測(cè)技術(shù)有標(biāo)準(zhǔn)管/地電位法（P/S）、直流電壓梯度法（DCVG）、密間隔電位測(cè)量法（CIPS）、多頻管中電流法（PCM）、皮爾遜Pearson檢測(cè)法（PS）、C-Scan法、變?yōu)l-選頻法和雜散電流測(cè)繪儀法等。其中，DCVG和CIPS檢測(cè)技術(shù)是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的比較先進(jìn)的針對(duì)埋地管道（尤其是有陰極保護(hù)系統(tǒng)的管道）防腐層破損及陰極保護(hù)檢測(cè)技術(shù)，已獲得廣泛應(yīng)用［3-5］。

1 DCVG和CIPS技術(shù)檢測(cè)原理

1.1 DCVG技術(shù)檢測(cè)原理和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

埋地管道防腐層缺陷直流電壓梯度測(cè)試技術(shù)（Direct Current Voltage Gradient）是采用直流脈沖技術(shù)與陰極保護(hù)技術(shù)相結(jié)合，對(duì)輸油管道防腐層進(jìn)行缺陷檢測(cè)的技術(shù)。DCVG技術(shù)可以檢測(cè)到較小的防腐層破損點(diǎn)，并精確地定位破損點(diǎn)的位置，誤差為±15 cm；與此同時(shí)，DCVG技術(shù)還可以對(duì)防腐層的缺陷大小和破損點(diǎn)管線的腐蝕情況進(jìn)行判斷。

在有陰極保護(hù)措施的輸油管道上，防腐層發(fā)生破損時(shí)，電流經(jīng)土壤流入管線防腐層的破損處，將會(huì)在管線防腐層的破損位置處地面上產(chǎn)生電壓梯度。由于土壤電阻率存在差異，電壓梯度在十幾米至幾十米區(qū)間變化。如果防腐層的缺陷較大，電流的流動(dòng)會(huì)形成200～500 mV電壓梯度，如果防腐層的缺陷較小，也會(huì)形成50～200 mV電壓梯度。考慮到實(shí)測(cè)輸油管道的距離較長(zhǎng)，DCVG測(cè)試數(shù)據(jù)很多，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)電壓梯度的對(duì)比結(jié)果對(duì)防腐層缺陷進(jìn)行判斷的工作量非常大。而且，在實(shí)際檢測(cè)中，由于檢測(cè)位置的變化，檢測(cè)的電壓梯度變化也較大。因此，為了方便判斷，可對(duì)DCVG測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，引入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓V標(biāo)準(zhǔn)（mV），定義為：

當(dāng)0V標(biāo)準(zhǔn)≥ 時(shí)，防腐層基本無(wú)缺陷；

當(dāng)0V標(biāo)準(zhǔn)＜ 時(shí)，防腐層很可能存在缺陷。

通常，輸油管道防腐層的缺陷面積越大、與破損點(diǎn)距離越近，電壓梯度越大且集中。為了不受其它電源干擾，DCVG檢測(cè)技術(shù)利用不對(duì)稱(chēng)直流間斷電壓信號(hào)施加在輸油管道上，間斷周期為1 s，其中“斷”陰極保護(hù)的時(shí)間為2/3 s，“通”陰極保護(hù)的時(shí)間為1/3 s［6，7］。

目前，先進(jìn)的DCVG檢測(cè)儀器都有顯示屏直接顯示電位梯度值，檢測(cè)人員根據(jù)電壓梯度判斷防腐層是否破損以及破損程度都根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，以破損點(diǎn)周?chē)绷麟娢惶荻戎蹬袛喾栏瘜悠茡p程度，并進(jìn)行分級(jí)的準(zhǔn)則，如表1所示。

表1 根據(jù)電位梯度判斷防腐層破損程度準(zhǔn)則Table 1 The standard of the damaged degree of anticorrosive coating of based on voltage gradient

1.2 CIPS技術(shù)檢測(cè)原理和IR降評(píng)價(jià)

密間隔電位測(cè)量（Close Interval Potential Survey）是在通過(guò)對(duì)具有陰極保護(hù)的管線的沿管線變化管地電位進(jìn)行測(cè)量（一般是每隔1～5 m測(cè)量一個(gè)點(diǎn)），從而對(duì)防腐層狀況與陰極保護(hù)效果進(jìn)行判斷的技術(shù)。測(cè)量結(jié)果包括兩類(lèi)管地電位，一類(lèi)為陰極保護(hù)電源開(kāi)啟時(shí)管地電位（onV狀態(tài)電位）；第二類(lèi)為陰極保護(hù)電流關(guān)閉瞬間時(shí)管地電位（offV狀態(tài)電位）。通過(guò)分析onV狀態(tài)電位沿管線變化的趨勢(shì)，可以知道埋地管線防腐層的平均質(zhì)量的優(yōu)劣狀況。

防腐層的質(zhì)量和陰極保護(hù)電位間關(guān)系為：

式中：L— 管線長(zhǎng)度；

α— 保護(hù)系數(shù)；

Emax、Emin為管線兩端陰極保護(hù)的電位值（ Von）。

管道的外防腐層的質(zhì)量合格時(shí)，單位距離下的Von值衰減較小；質(zhì)量不合格時(shí)， Von值衰減較大。

Voff狀態(tài)電位指陰極保護(hù)的電流對(duì)管線的“極化電位”，因?yàn)殛帢O保護(hù)關(guān)閉時(shí)，土壤內(nèi)電流不流動(dòng)，Voff電位中沒(méi)有土壤IR的電壓降。因此，Voff電位是實(shí)際有效的保護(hù)電位。

國(guó)外評(píng)價(jià)陰極保護(hù)效果優(yōu)劣的方法主要用 Voff值來(lái)判斷（即≤850 mV有效，≤1 250 mV過(guò)保護(hù)）。目前，在國(guó)內(nèi)由于測(cè)量技術(shù)限制，仍主要沿用 Von電位對(duì)保護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，此技術(shù)測(cè)量結(jié)果不夠精確，往往在防腐層的破損判斷上出現(xiàn)誤判。

另外，可以通過(guò)計(jì)算輸油管道防腐層破損處IR降的百分比，評(píng)價(jià)防腐層的缺陷程度，并確定缺陷的修復(fù)優(yōu)先級(jí)和修復(fù)年限，具體計(jì)算公式為：

式中： Von— 破損處的開(kāi)電位，mV；

Voff— 破損處的關(guān)電位，mV。

表2 根據(jù)IR%評(píng)價(jià)防腐層的破損程度準(zhǔn)則Table 2 The standard of the damaged degree of anticorrosive coating of pipeline based on IR%

大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和理論研究證明，IR%越大，陰極保護(hù)程度越低。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，考慮到IR%值與破損處深度和土壤電阻率等有關(guān)，只能近似估算防腐層破損面積大小。表 2是 NACE Standard RP 0502-2002 給出的根據(jù) IR%評(píng)價(jià)防腐層破損程度的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則［8］。

2 檢測(cè)結(jié)果及分析

以大慶油田某輸油管道為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)DCVG和CIPS檢測(cè)及測(cè)試數(shù)據(jù)處理分析，對(duì)輸油管道防腐層的保護(hù)狀態(tài)進(jìn)行判斷。

2.1 DCVG檢測(cè)結(jié)果分析

利用 DCVG檢測(cè)儀器對(duì)輸油管道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，如圖1和圖2所示。對(duì)DCVG測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，判斷防腐層的破損程度，具體如表3所示。

圖1 第一段管線DCVG檢測(cè)圖Fig.1 The DCVG detection figure of the first section of thepipeline

圖2 第二段管線DCVG檢測(cè)圖Fig.2 The DCVG detection figure of the second section of the pipeline

表3 DCVG測(cè)試數(shù)據(jù)分析結(jié)果Table 3 The analysis results of DCVG test data

根據(jù)表3中輸油管道DCVG測(cè)試結(jié)果可知：輸油管道的腐蝕較為嚴(yán)重，且第一段管線腐蝕情況較第二段管線更為嚴(yán)重。在第一段管線中，防腐層良好，無(wú)缺陷段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)32.46%，有較小破損，短期內(nèi)可以不開(kāi)挖修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)29.67%，防腐層有較大缺陷，可考慮開(kāi)挖修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)30.54%，防腐層缺陷很大，應(yīng)立即開(kāi)挖修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)7.33%；在第二段管線中，防腐層良好，無(wú)缺陷段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)30.63%，有較小破損，短期內(nèi)可以不開(kāi)挖修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)47.59%，防腐層有較大缺陷，可考慮開(kāi)挖修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)21.77%，防腐層缺陷很大，應(yīng)立即開(kāi)挖修復(fù)段不存在。

2.2 CIPS檢測(cè)結(jié)果分析

利用CIPS檢測(cè)儀器對(duì)輸油管道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，如圖3和圖4所示。對(duì)CIPS測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，判斷陰極保護(hù)和防腐層的保護(hù)狀態(tài)，具體如表4所示。利用式（2），計(jì)算防腐層缺陷處IR降百分比，評(píng)價(jià)防腐層缺陷破損大小，具體如表5所示。

圖3 第一段管線CIPS檢測(cè)圖Fig.3 The CIPS detection figure of the first section of thepipeline

圖4 第二段管線CIPS檢測(cè)圖Fig.4 The CIPS detection figure of the second section of the pipeline

根據(jù)表4和表5中輸油管道CIPS測(cè)試結(jié)果可知：輸油管道均處于未保護(hù)狀態(tài)，腐蝕情況較為嚴(yán)重，且第一段管線腐蝕情況較第二段管線更為嚴(yán)重，這也與DCVG測(cè)試數(shù)據(jù)處理結(jié)果相符。

表4 CIPS測(cè)試數(shù)據(jù)分析結(jié)果Table 4 The analysis results of CIPS test data

表5 IR%評(píng)價(jià)防腐層破損程度的分析結(jié)果Table 5 The analysis results of the damaged degree of anticorrosive coating of pipeline based on IR%

在第一段管線中，基本完好段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)53.75%，應(yīng)1～3年內(nèi)修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)37.87%，應(yīng)1年內(nèi)修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)5.41%，應(yīng)立即修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng) 2.97%；在第二段管線中，基本完好段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)62.06%，應(yīng)1～3年內(nèi)修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng) 37.72%，應(yīng) 1年內(nèi)修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)0.25%，應(yīng)立即修復(fù)段不存在。

3 結(jié) 論

（1）通過(guò)對(duì)輸油管道 DCVG檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可知：在第一段管線中，防腐層良好，無(wú)缺陷段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)32.46%，有較小破損，短期內(nèi)可以不開(kāi)挖修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)29.67%，防腐層有較大缺陷，可考慮開(kāi)挖修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)30.54%，防腐層缺陷很大，應(yīng)立即開(kāi)挖修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)7.33%；在第二段管線中，防腐層良好，無(wú)缺陷段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)30.63%，有較小破損，短期內(nèi)可以不開(kāi)挖修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)47.59%，防腐層有較大缺陷，可考慮開(kāi)挖修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)21.77%，防腐層缺陷很大，應(yīng)立即開(kāi)挖修復(fù)段不存在；

（2）通過(guò)對(duì)輸油管道CIPS檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可知：在第一段管線中，基本完好段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)53.75%，應(yīng)1～3年內(nèi)修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)37.87%，應(yīng)1 a內(nèi)修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)5.41%，應(yīng)立即修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)2.97%；在第二段管線中，基本完好段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)62.06%，應(yīng)1～3 a內(nèi)修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng) 37.72%，應(yīng) 1年內(nèi)修復(fù)段管長(zhǎng)占總管長(zhǎng)0.25%，應(yīng)立即修復(fù)段不存在；

（3）綜合DCVG和CIPS檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，可知：輸油管道均處于未保護(hù)狀態(tài)，腐蝕情況較為嚴(yán)重，且第一段管線腐蝕情況較第二段管線更為嚴(yán)重。

［1］李健.埋地管道防腐層缺陷檢測(cè)技術(shù)的研究［D］.天津大學(xué)，2000.

［2］孫敬清.城市埋地燃?xì)怃撡|(zhì)管道外防腐層檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)研究及檢驗(yàn)軟件開(kāi)發(fā)［D］.北京化工大學(xué)，2004.

［3］李自力，尚興彬，趙仲慧，等.埋地管道防腐蝕層評(píng)價(jià)方法［J］.腐蝕與防護(hù)，2012，33（12）：1104-1107.

［4］朱佳林，侯元春，薛華鑫，等.埋地管道外防腐層檢測(cè)技術(shù)綜述［J］.全面腐蝕控制，2013，27（12）：33-36.

［5］左延田，沈功田，曾鳴.在用埋地管道不開(kāi)挖檢測(cè)技術(shù)［J］.無(wú)損檢測(cè)，2006，28（4）：203-208.

［6］周琰.埋地管道DCVG測(cè)試技術(shù)應(yīng)用及改進(jìn)［D］.天津大學(xué)碩士論文，2001.

［7］李健，陳世利，靳世久.埋地管道防腐層的DCVG與CIPS技術(shù)組合檢測(cè)［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2003，1：38-39.

［8］王春起.密間隔電位測(cè)量技術(shù)CIPS在埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)與評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用［J］.巖石工程界，2000，3（9）：47-48.

DCVG and CIPS Detection and Evaluation on Anticorrosive Coating of Oil Pipeline

SUO Su
（College of Earth Sciences ， Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163318， China）

Pipe transportation has the advantages of high efficiency， low cost and high reliability， so it is playing an increasingly important role in oil and gas transportation. However， due to operating years growth， environmental change and corrosion reasons， some phenomenon such as pipeline anticorrosive coating damage， oil and gas leak， etc. often occurred. This caused huge economic loss， and brought great potential threats to the people's life and property and the environment. Therefore， in order to ensure the safety of the pipeline operation， regular inspection of pipeline external coating and cathodic protection effect， judging the state of anticorrosive layer outside protection is necessary. As an example， through DVCG and CIPS detection and the analysis of test data of the oil pipeline in Daqing oilfield，the anticorrosion coating and cathodic protection effect evaluation were researched. The results can provide scientific and accurate pipeline corrosion protection system data to managers， and provide scientific basis for the repair of the external anticorrosive coating.

Oil pipeline； Anticorrosion coating； DCVG detection； CIPS detection

TE 988.2

A

1671-0460（2015）12-2847-04

2015-05-14

索蘇（1987-），女，黑龍江訥河人，在讀碩士研究生，2012年畢業(yè)于河北聯(lián)合大學(xué)石油工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)。E-mail：gl104313@163.com。