PCM技術在原油管道外防腐層完整性檢測中的應用

(廣東省特種設備檢測研究院，廣東 佛山 528251)

對于埋地敷設的輸油或輸氣管道，合理地涂覆外防腐層是防止管道本體出現(xiàn)金屬損傷的重要措施。眾所周知，外防腐層應具有足夠的完整性；然而，在實際的管道敷設過程中，管道外壁涂覆的防腐層容易損壞。分析其原因，一是會因碰撞摩擦等原因造成缺損；二是隨著管道在土壤中長周期運行，受濕度、酸堿度及雜散電流等因素的影響也有可能造成外防腐層出現(xiàn)破損、剝離和穿孔等現(xiàn)象。管道外防腐層的完整性直接影響埋地長輸管道的本質安全[1]。

當前，針對埋地長輸管道外防腐層完整性檢測的主要技術手段有：皮爾遜檢測法、直流電位梯度法(DCVG)及多頻管中電流檢測法(PCM)等[2]。PCM檢測方法操作比較簡單，初學者較易上手[3]。PCM檢測法具有很強的管道定位功能，而且不會受到地形因素和防腐涂層材料等外界因素影響。由于該方法適用于地表環(huán)境復雜多變的埋地管道外防腐層檢測[4]，因此，被廣泛應用于埋地管道外防腐層完整性檢測。

1 PCM技術完整性評價原理

1.1 PCM檢測系統(tǒng)

整個檢測系統(tǒng)主要由：信號激勵裝置、接收機和A字架構成[5]。PCM檢測系統(tǒng)見圖1。利用PCM檢測系統(tǒng)可對管道進行定位及埋深勘測，同時，通過檢測管道經(jīng)過的電流可對外防腐層整體完整性做出判斷[6]。從理論上說，采用PCM技術對埋地管道外防腐層完整性的檢測不受管道敷設長度的影響，檢測系統(tǒng)可對30 km長的埋地管道實現(xiàn)一次性作業(yè)[7]。檢測過程中，根據(jù)觀察接收機記錄的電流幅值信號，一旦出現(xiàn)異常信號時，配合專用A字架，即可對異常信號位置進行厘米(cm)級誤差范圍內的精確定位。然而實際的工程實踐表明：由于受到地理環(huán)境因素、防腐層破損面積、管道彎頭、三通和直管等影響，檢測電流往往在埋地管線本體中傳播數(shù)公里后發(fā)生迅速衰減，從而致使檢測靈敏度大大降低。因此，采用PCM技術進行埋地管道外防腐層完整性檢測通常施行分段方式進行。

圖1 PCM檢測系統(tǒng)示意

1.2 PCM技術基本原理

PCM檢測技術的基本工作原理是通過信號激勵裝置向被檢管道傳輸多種頻率的電流信號，電流隨著管道軸向逐漸傳播，并隨距離的增加不斷衰減。電流幅值衰減的速率取決于埋地管道外防腐層電阻率，若防腐層平均電阻率高則衰減速率慢，反之則快[8]。被檢管道中電流衰減規(guī)律如式(1)所示。

I=I0e-ax

(1)

式中：I為被檢管道中任意一處檢測電流;I0為激勵單元供給被檢管道的電流信號;x為激勵單元至被檢管道點的距離;a為電流幅值衰減系數(shù)。

管道外防腐層在相同材質并且各管段外防腐層平均電阻率幾乎無區(qū)別條件下時，被檢管道中的電流強度的自然對數(shù)與激勵信號點位置的距離幾乎成線性關系，其斜率實質為電流衰減率。當管道外防腐層完整性出現(xiàn)異常時，電流通過異常位置會發(fā)生衰減，此處的值將發(fā)生突變增大；電流衰減率與距離之間的關系曲線示意圖將會出現(xiàn)一個明顯脈沖方波異常，以此表示該檢測點防腐層可能存在破損點。

2 管道外防腐層完整性檢測案例

2.1 檢測數(shù)據(jù)收集

采用PCM技術手段，對某煉化廠區(qū)內的某段埋地原油管道進行外防腐層完整性檢測。被檢管道及其外防腐層材質等相關數(shù)據(jù)見表1。

表1 被檢管道基本信息

為確保埋地管道的安全運行，不受外力破壞影響，依據(jù)輸油管道工程設計相關標準規(guī)范，管線的敷設深度必須滿足下列要求：根據(jù)管道經(jīng)過的地區(qū)等級、農(nóng)田耕作深度、凍土深度、地下水深度等因素，根據(jù)以往經(jīng)驗，一般情況下管頂?shù)母餐翆雍穸葢坏陀?.8 m。對現(xiàn)場待檢埋地管道進行隨機深度測試，采集32處檢測點，結果如圖2所示。管道深度范圍為1.55～5.88 m，符合一般施工要求。

在待檢原油管道周邊沿線的陰極保護測試樁引入發(fā)射源，信號激勵裝置一端接入待檢管道閥門，另一端接入大地，同時設定檢測頻率。專用A字架與信號接收機相連，根據(jù)已被確定好的管道走向，攜帶A字架沿管線進行檢測，并根據(jù)讀取A字架底端兩個探針之間獲取的dB值對管道防腐層完整性做出評估。結合以往檢測經(jīng)驗及有關技術規(guī)范，對于該條埋地原油管道外防腐層破損點評價的依據(jù)見表2。

圖2 管道埋深數(shù)據(jù)

表2 被檢管道外防腐層質量評估

該次檢測的原油管道長度為986 m，發(fā)現(xiàn)3PE外防腐層破損點27處，見表3。

表3 管道外防腐層破損點數(shù)量統(tǒng)計

2.2 數(shù)據(jù)開挖驗證

經(jīng)PCM檢測發(fā)現(xiàn)存在27處疑似破損點，考慮實際的破損點數(shù)量較多，因此采用隨機開挖抽查方式進行完整性檢測數(shù)據(jù)的有效性驗證。對6號及9號疑似破損點位置進行開挖驗證，經(jīng)開挖發(fā)現(xiàn)，6號檢測點處原油管段外防腐層已出現(xiàn)局部脫落，9號檢測點位置防腐層出現(xiàn)破損，兩處的管體均未發(fā)生金屬壁厚缺損(見圖3)。由圖3可以看出，采用PCM技術手段可對埋地金屬管道外防腐層完整性進行有效檢測。

圖3 6號和9號外防腐層破損點實物

3 結 語

應用PCM技術可對埋地金屬輸油管道外防腐層完整性進行有效評價。采用PCM技術既可對外防腐層破損點進行較為準確的定位，也可實現(xiàn)不停車在役檢測,從而有效地降低了企業(yè)實施開挖作業(yè)的成本。在埋地金屬管道實施PCM檢測前，作業(yè)人員需提前熟悉管道走向、測試管道深度及觀察管道周邊可能存在的干擾因素，從而確保PCM檢測數(shù)值的真實性和有效性。