瀝青路面下燃氣鋼質管道的外防腐層檢測技術

馬芝順

上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院 （上海 200060）

青島11·22爆炸事故再次給埋地管道的運行和管理敲響警鐘。越來越多的城市燃氣管道使用單位意識到檢驗的重要性，并按照國家法律法規(guī)和相應標準開展管道檢驗工作。

要想及時發(fā)現(xiàn)管道腐蝕隱患并對現(xiàn)有含腐蝕缺陷的舊管道制訂相應的控制措施方案，需要先對管道的外腐蝕狀況進行預測和評估。瀝青路面下燃氣管道隨服役時間的不斷延長會逐漸老化，此外，各種介質的腐蝕和其他因素也可能導致管道泄漏。管道防腐層破損是導致管道腐蝕泄漏的主要原因；腐蝕泄漏一旦發(fā)生，將造成嚴重的環(huán)境污染和危險事故，同時，輸送物料的大量泄漏也會造成重大的經(jīng)濟損失。因此，開展城市瀝青路面下燃氣管道外防腐層檢測技術研究是很重要的一項工作。

1 瀝青路面下燃氣管道外防腐層破損檢測技術

1.1 外防腐層破損檢測方法

埋地金屬管道外防腐層破損檢測方法主要有交流法和直流法兩大類，可以細分為：直流-電位法，直流電位梯度法(DCVG)，密間隔電位法(CIPS)，人體電容法（Pearson法），多頻管中電流法(PCM，也稱電流衰減法)，變頻-選頻法等。這些常見的管道外防腐層破損檢測技術性能對比見表1[1]。

表1 常見的瀝青路面下燃氣管道外防腐層破損檢測方法比較

對于瀝青路面下燃氣管道這類結構復雜、材質多樣、檢測環(huán)境惡劣的埋地管網(wǎng)，需要利用多種方法組合檢測。在進行瀝青路面下燃氣管道外防腐層破損檢測時，會受到電磁信號、雜散電流等周圍信號的干擾，因此，需要研究管道外防腐層缺陷與檢測信號間的關系并進行評判。目前，尚無可以全面解決瀝青路面下燃氣管道外防腐涂層腐蝕檢測的技術方案。因此，需要在熟悉現(xiàn)有方法的優(yōu)勢和應用條件的基礎之上，根據(jù)檢測對象的實際情況開展研究工作，提出合適的檢測方法或者方法組合。

從表1中可發(fā)現(xiàn)各種檢測方法均有其優(yōu)點，也存在相應的不足。本文重點運用電流法和直流電位梯度法兩種方法組合。多頻管中電流法是將交流電信號通入被檢管道中，從而產(chǎn)生電磁場，利用接收端從地表檢測到的磁場分量準確測定管中信號電流的大小。若防腐層有破損，信號電流就由破損點流入大地，造成地面磁場急劇減小并被接收端發(fā)現(xiàn)。

1.2 檢測儀器

PCM+是由英國雷迪公司生產(chǎn)的一款以多頻管中電流法為原理開發(fā)而成的高效能管線檢測儀，可用來檢測管道位置、埋深、防腐層破損等，其由發(fā)射機和接收機兩部分組成，見圖1。發(fā)射機通過導線在地下管道金屬本體上加載一種特殊的電流信號，使用接收機在地面上對沿管道的這種特殊信號進行接收，然后對該信號進行分析，通過管中電流衰減的數(shù)值與距離是否成線性關系，判斷防腐層的絕緣性能下降以及破損點位置，最終識別電流方向和強度，檢測管道位置和埋深。PCM+結合A字架使用，運用交流電位梯度法（ACVG）對管道防腐層破損點進行識別，精度可在1 m以內，具體見圖2。

圖1 PCM+設備組成

圖2 PCM+A字架精確定位防腐層破損點

1.3 工程應用實例

1.3.1 管線概況

在本文應用實例中，采用雷迪公司PCM+系統(tǒng)對某瀝青路面下鋼質燃氣管道的外防腐層破損情況進行非開挖檢測。該埋地管道檢驗全長約60 km，管道規(guī)格為?529 mm×10 mm和?325 mm×8 mm，材質為20鋼，工作壓力小于0.8 MPa，工作溫度為常溫，為GB1-Ⅳ級（0.4 MPa＜p＜0.8 MPa）次高壓燃氣管道。鋼管采用環(huán)氧煤瀝青和三層結構聚乙烯進行防腐（加強級防腐層厚度不低于2.9 mm），同時采用直埋犧牲陽極對管道進行陰極保護，該條管線于2000年竣工并投入運行，大部分管道敷設于城市重要瀝青路面道路下，管線分布見圖3。

1.3.2 現(xiàn)場關鍵技術

本案例中的燃氣管道是位于城市交通繁忙路段的次高壓天然氣管道，具有壓力高，所在地段地下管線復雜、地面標志少等特點，且主要分布于瀝青路面下。該路段地電條件較差，不利于管道探查，此外，該路段還有多條他方管線并行或交叉，對燃氣管道檢測干擾較大。因此，在相關現(xiàn)場檢測時要使用合適的方法。

（1）信號注入

PCM+系統(tǒng)的“心臟”是發(fā)射機給管道施加接近直流的測繪信號電流。在非常低的頻率（4 Hz）上，管線電流衰減和分布的電氣特性與整流器發(fā)出的陰極保護電流的電氣特性實際上是相同的。通常，電連通性良好的管網(wǎng)，檢測電流傾向于流向下游支管較多的方向。城鎮(zhèn)燃氣管道檢測常用的信號接入點包括閥井、測試樁、凝水缸、露管段、調壓箱（絕緣接頭）上游管、鋼塑轉換接頭金屬段、盲端等，且優(yōu)先選擇絕緣接頭金屬側、鋼塑轉換接頭金屬段、盲端等位置；必要時，可選擇跨越橋管入土端，去掉油漆層加載信號。城市道路頻繁改造可能導致測試樁（井）缺失，本次信號注入點大部分選擇閥門井內閥門、鋼塑轉換接頭金屬段和凝水缸。

圖3 管線分布圖

（2）接地點選擇

檢測電流信號需要與大地形成回路才能進行有效檢測，良好的接地極能有效增大施加信號的強度，降低干擾程度且提高檢測準確性。為了盡可能地避免檢測信號受外界因素的干擾，要求選擇的接地點盡可能“干凈”（即其能與大地形成良好的電連通性），且檢測信號以外的其他信號越少越好。根據(jù)燃氣管道檢測中常用接地位置的特點，選擇順序依次為：犧牲陽極測試樁（井），絕緣接頭非檢測段，避雷針接地端，公路金屬護欄，金屬路燈、交通信號燈柱，其他金屬構筑物。

（3）瀝青水泥路面檢測

采用PCM+檢測儀結合A字架使用，二者組合能準確定位防護層破損和絕緣故障。但A字架腳釘需要和地面有很好的電接觸，而且地面最好潮濕導電。導電性能的優(yōu)劣順序為：土壤＞地磚＞水泥路面＞瀝青路面[3]。被檢管道敷設在導電性較差的瀝青和水泥路面之下，給現(xiàn)場檢測造成了一定的難度。因此，本次工程應用中對A字架腳釘與路面接觸位置進行改進，首次發(fā)明了檢測A字架連續(xù)路面供水裝置，見圖 4。

圖4 A字架連續(xù)路面供水裝置

裝置改造中，在A字架兩豎管上端分別安裝一個儲水罐，在腳釘末端焊接圓柱體形金屬盒，圓柱體盒底部鏤空，用泡沫或海綿等吸水性物質填充，然后再通過橡膠皮管連接儲水瓶與圓柱體盒，達到連續(xù)供水的效果。運用該改進裝置大大提高了探針與瀝青路面之間的電連通性，有效提高了漏點檢出率，同時節(jié)省了大量的人力，提高了檢測效率。

2 開挖驗證與信號識別

對所檢測高壓天然氣管道外防腐層整體質量狀況進行的評價顯示，防腐層質量為1級的管段長度占39.9%，2級管段占20.8%，3級管段占11.5%，4級管段占27.8%。從整體上來看，1，2級管段占實際評價管道長度的60.7%。因此本次所檢測管道外防腐層的質量狀況綜合等級為良。

2.1 開挖驗證

本次檢測共發(fā)現(xiàn)該天然氣管道外防腐層破損信號異常點268處。根據(jù)檢測評價結果、破損點情況和現(xiàn)場施工難度等，最終開挖該管道的67處外防腐層破損點進行直接驗證，開挖處包含直管段、彎管段和三通段。該天然氣管道外防腐層破損類型主要為防腐層劃傷、補扣未防腐、機械損傷、失效犧牲陽極、防腐層剝離、未防腐三通法蘭，以及廢舊管道碰傷等，具體如圖5所示。除了個別開挖點因受不明電磁信號干擾而導致檢測結果有少量偏差外，其余驗證結果均表明檢測數(shù)據(jù)有效。因此，多頻管道電流法能夠為埋地管線的外防腐層檢測工作提供有效的技術支撐。

圖5 開挖后外防腐層破損類型

2.2 信號識別

在檢測中，先對整個管道段進行檢測，然后再對重點區(qū)段進行詳細檢測。燃氣管道防腐層破損檢測時的一個技術難點是破損信號的識別[4]，特別是破損信號與犧牲陽極信號之間的區(qū)別、破損信號分貝值與破損大小之間的關系等。檢測信號與缺陷之間的關系如圖6所示。

圖6 實際缺陷信號解釋結果

圖6 中，曲線A顯示了理想的響應，即信號損失和臺階式響應，排除了地下故障的影響。實際上，管道上探測到的磁場可能被地下其他信號路徑干擾，其中包括保護層破損。曲線B顯示的是地下故障電流的理論結果。故障電流從兩端進入管道，從而使故障周圍管道的磁場失真：管道電流應該減去故障處這段距離的地下電流，由此測得電流減小；故障之后這段距離的地下電流應該加到管道電流上，由此測得電流增大；離開故障一定的距離，電路將穩(wěn)定下來。曲線C顯示的是在實際應用中PCM+電流在一段有破損點的管道上的圖形。由于故障的特性，磁場畸變會影響到故障點以外2～10 m遠的區(qū)域，其結果也因故障類型和嚴重程度的不同而不同。

通過研究直接開挖驗證的67組工程數(shù)據(jù)，得出了破損信號最大梯度（dB）對應關系，見圖7。

圖7 破損信號最大梯度值對應關系

根據(jù)圖7中的數(shù)據(jù)可知：防腐層破損程度與信號最大梯度呈正比關系，一般劃痕破損和機械損傷的防腐層破損面積較小，最大梯度值在60 dB以下；防腐層剝離破損最大梯度值一般與破損面積有關，破損面積越大，最大梯度值越大；犧牲陽極最大梯度值范圍一般在60～80 dB之間；無防腐法蘭一般漏鐵面積較大，尤其是在后期施工中帶壓裝設的三通盲板法蘭，其防腐效果較差，所以，其最大梯度值一般較大，部分高達90 dB。

3 結語

瀝青路面下燃氣管道使用單位應當充分認識管道檢測和評估的重要性，并逐步開展管道完整性管理工作，科學合理地對管道嚴重外防腐層破損點和陰極保護失效等隱患進行修復，對未及時修復的問題加強監(jiān)控，并有針對性地制定開挖維修與更換計劃，避免盲目開挖維修與更換。研究管道檢測新技術對降低運行成本及指導新敷設管道的安全管理均具有重要的意義。