集輸管道外腐蝕檢測評價技術優選

凌建磊，孟子欽，滕先進，高琪，郭英奇

(1. 中國石油天然氣管道局工程有限公司，河北 廊坊 065001；2. 河北華北石油天成實業集團有限公司，河北任丘 062550；3. 渤海裝備巨龍鋼管公司，河北 青縣 062658；4. 中國石油集團渤海鉆探工程有限公司井下作業分公司，河北 任丘062550；5. 河北華北石油工程建設有限公司，河北 任丘 062550；)

腐蝕是影響管道完整性的重要因素，據統計有效數據，每年由于腐蝕穿孔導致的管道失效多達1×105km。對于大部分集輸管道，由于管徑較小，一般管徑都在219 mm以下，內檢測實施較為困難，因此多采用外腐蝕檢測評價技術，現在主流的外腐蝕檢測技術有直流電位梯度法(DCVG)、交流電位梯度法(ACVG)、多頻管中電流法(PCM)、密間隔電位測量法(CIPS)等[1]。通過對油田集輸現場常用的20號埋地鋼質管道外防腐層進行地面檢測和現場試驗，對檢測出的破損點定位準確性、破損點大小和技術局限性進行對比驗證，確定適用于不同種類集輸管道的檢測方法。

1 對比管道的選擇

油田集輸管道以中小口徑為主，管徑范圍為60～219 mm。大部分單井到閥組或聯合站的管道沒有采用陰極保護措施，但聯合站間部分管道設有陰極保護措施，因此以是否有陰極保護措施為邊界，選擇了3條集輸管線，其中1條為無陰極保護單井集輸管道，1條為無陰極保護的站間管道，1條為采取陰極保護的站間管道。

2 檢測方法的選擇

由于DCVG法需要利用陰極保護系統施加不對稱的直流間斷電壓作為檢測信號[2]，CIPS法一般只能用于檢測陰極保護的有效性，因此將DCVG法和CIPS法用于陰極保護系統的管道檢測中，其余2種檢測方法可依靠檢測設備自身提供的檢測信號。3條管道的檢測方法選取見表1所列。

表1 管道檢測方法選擇對比

2.1 某單井到聯合站集輸管道(無陰保)檢測結果及分析

ACVG法是在管-地之間施加1個交變信號，當交變信號遇到防腐層破損點時會流散到土壤中，造成電壓梯度驟降，檢測過程中需2個人攜帶探管和撿漏儀器，相隔3～6 m，利用人體作為檢測電極產生的耦合電容檢測電壓梯度信號，由于需要全程徒步檢測，勞動強度大，因此不能提供陰極保護的有效性，對操作人員的經驗依賴較大。PCM法是通過發射機向管道輸入頻率為4 Hz的直流電流和128 Hz/640 Hz的定位信號，當信號從管道某點輸入后，電流會通過管道經大地流回便攜式接收機，正常情況下所施加的電流信號強度隨著距離的增長呈指數遞減，當出現防腐層破損時，破損點的電流強度會急劇下降，該方法可快速探測管道防腐層整體狀況，并對破損點進行定位，同樣也不能提供陰極保護有效性的相關數據。

分別采用ACVG法進行防腐層破損點檢測，采用PCM法進行管道定位和整體防腐層評價測試，防腐層等級按照優、差、劣分級評定，并通過實際開挖進行驗證，具體結果見表2和表3所列。

表2 某單井到聯合站ACVG法檢測結果

表3 某單井到聯合站PCM法檢測結果

由表2可知，ACVG法共檢測出9個破損點，通過對全部破損點直接開挖驗證，所有破損點均存在不同程度的防腐層破損，未出現誤報現象，可適用于微小破損點的檢測(最小0.3 m)，且漏點尺寸基本與檢測值成正比，平均偏差0.25 m，定位精度滿足了后續的修復要求。ACVG法耗時52 min，檢測速度12.25 m/min，主要是由于ACVG法若要得到精確的防腐層破損點定位，需要縮短測試間距，增加了測試次數，同時ACVG法破損點定位需要在平行和垂直管道方向上均進行定位測試，這些都會增加測試時間。

由表3可知，PCM法共檢測出7段腐蝕缺陷，與ACVG法對比發現，ACVG法中檢測出的破損點位置和數量與PCM法檢測的防腐層等級并無直接對應關系。PCM法偏重于防腐層絕緣性能總體評價，需與A字架結合使用，同時結合1人即可完成管道路由探測和破損點檢測。

2.2 某聯合站間集輸管道(無陰保)檢測結果及分析

采用ACVG法進行防腐層破損點檢測，同時結合PCM法進行管道定位和整體防腐層評價測試，并通過實際開挖進行驗證，具體結果見表4和表5所列。

表4 某聯合站間ACVG法檢測結果

表5 某聯合站間PCM法檢測結果

由表4和表5可知，ACVG法共檢測出6個檢測點，PCM法共檢測出5段腐蝕缺陷，雖然管線較之前的單井到聯合站長度長，但總體腐蝕數量較少，同時微小腐蝕也較少，主要是由于輸送介質為純油，在管壁形成了一層油膜，可降低腐蝕速率。通過開挖驗證，破損點的定位和管道實際的破損點位置雖存在一定偏差，但未出現誤報現象，平均偏差0.21 m，定位準確率均達到100%，定位精度滿足了后續修復相關要求。

2.3 某聯合站間集輸管道(全線陰保)檢測結果及分析

DCVG法是操作人員攜帶DCVG接收機，手持探杖一前一后，保持1.5～2.0 m距離，沿管線路由方向前進，觀察DCVG接收機面板上指針擺動的大小，對漏點進行定位，隨后根據采集到的相關參數計算漏點的IR值，IR值綜合了對地電位以及漏點與測試樁之間距離等相關參數，IR值越大，腐蝕缺陷越嚴重。同時由于DCVG法對管道施加的是不對稱直流信號，間斷周期為1 s，其中斷陰極保護的時間約為0.67 s，通陰極保護的時間約為0.33 s，由此可以判斷電流是流入管道還是流出管道，由此對管道的腐蝕活性進行檢驗： 如果有電流流出管道則管體正在發生腐蝕；反之則管體未發生腐蝕。管道腐蝕一共有4種情況，其中最危險的是腐蝕活性為陰極/陽極(C/A)和陽極/陽極(A/A)，這兩種情況下，無論陰極保護是否起作用，管道都呈陽極，會造成管道失去電子，加速腐蝕。DCVG法最大的優點是能檢測管道是否正在發生腐蝕，并檢測腐蝕活性。CIPS法是通過對施加陰極保護的管線進行管地電位測量，實現對陰極保護有效性的判斷[3-4]，測量電位結果有2種，分別是陰極保護通電時的電位Von和陰極保護瞬間斷電時的電位Voff，其中Voff數值更有實際參考價值，Voff為實際有效電位。目前，國內外基本采用DCVG法加CIPS法對陰極保護管線進行腐蝕檢測和評價。

采用DCVG法進行防腐層破損點檢測，并檢測裸露管體處的腐蝕活性[5-6]；采用CIPS法檢測陰極保護有效性，當Voff≤0.85 V時有效；當Voff≤1.25 V時為過保護。由于檢測該段管線設有陰極保護測試樁5個，通過以往的測試數據，這5個測試樁受雜散電流干擾波動較大，波動幅度超過1 V，因此在采取排流保護措施之后進行測試，并通過實際開挖進行驗證，具體結果見表6和表7所列。

表6 DCVG法檢測結果

表7 CIPS法檢測結果

由表6可知，DCVG法共檢出10個破損點，現場對全部破損點進行開挖驗證，所有檢測出的破損點開挖后均存在防腐層破損，雖然破損點的定位和管道實際的破損點位置存在一定偏差，但未出現誤報現象，精度均滿足了后續的修復要求，且定位精度整體高于ACVG法。DCVG法相比ACVG法和PCM法，最大優勢是可以判斷破損點處的管體是否發生腐蝕，共發現6處C/N型破損點，該類破損點當陰極保護電流接通時可以受到保護，但在中斷時恢復自然狀態，消耗陰極保護電流，當陰極保護系統長期故障或停用時可能發生腐蝕；共發現4處C/A型破損點，當陰極保護電流接通的時候該類破損點處呈陰性，當陰極保護電流中斷或陰極保護系統停止運行時，該類破損點仍保持極化效應，消耗陰極保護電流，但不發生腐蝕。

由表7可知，CIPS法消除了土壤對IR降的影響，更加可靠地給出陰極保護系統有效性，其中5個陰極保護測試樁對應的管段均有不同程度的陰極保護失效情況，這也是導致外防腐層失效的原因之一。

3 結束語

通過對3段不同類型集輸管道外腐蝕檢測評價技術的應用，同時綜合考慮各項檢測技術的實施效果、操作難度、實施費用，可以得出： 對于無陰極保護的單井及站間管道的外腐蝕檢測技術可采用ACVG加PCM法(ACVG法進行破損點定位和評估破損大小，PCM法評估整體防腐層質量情況)；對于有陰極保護的站間管道采用DCVG法加CIPS法(ACVG法進行破損點定位、評估破損大小、評估管體腐蝕活性，CIPS法評估陰極保護有效性)。