埋地壓力管道破損點檢測技術的應用

徐 薇，吳智海

（吐魯番市特種設備檢驗檢測所，新疆吐魯番 838000）

研究方向：為達到對管道狀況有全面準確的了解，防止管道事故的發生，管道檢測可分為管道外檢測和管道內檢測，檢測設備放在管道外部來對相關的管道情況進行了解的為管道外檢測，如對管道的防腐層和地下埋深狀況的探測。

進展情況：各國政府處于安全與環境等方面的綜合考量，愈加重視管道內檢測，尤其是管道發達的西方國家，在20世紀50年代就開始采用漏磁檢測器對管道實施了內檢測。由于管道安全具有特殊的重要性，我國也陸續從國外引進一些先進的檢測技術和設備，但是相比于發達國家，依然存在一定的差距。我國管道檢測技術和設備依然處于發展階段。存在問題：①在檢測技術和設備的科研水平與世界先進水平有一定差距。②管道經營管理者對管道檢測的重要性認識不足。

選題的意義：利用漏磁檢測技術對管道實施了內檢測，對管道的狀況進行有效地掌握，并且及時了解管道腐蝕的規律，以便能對管道未來狀況進行科學的預測，并制定有效的應對措施，防止發生安全事故。

1 工程概況

受某某縣某某燃氣公司的委托，某某地區某某檢驗所對其天然氣管道進行檢測，同時對這部分管道進行評估。本次檢測工作于 2010-4-22日至2010-4-26日進行。

2 檢測技術依據及探測要求

2.1 工程檢測執行的規定和標準

（1）《鋼質管線及儲罐防腐與保護調查方法標準》（SY/T0087-2010）

（2）《埋地鋼質管道防腐層大修理技術規定》（SY/T5918）

（3）《地下管道防腐層破損地面檢測評價標準》

（4）《埋地鋼質管道防腐層絕緣電阻率現場測量技術規定》（SY/T6063-2010）

2.2 檢測范圍

根據合同范圍內的防腐層狀況檢驗，并對管道進行評估。

（1）使用管道防腐層絕緣電阻測量儀測試防腐層的絕緣電阻率。

（2）在非開挖前提下，利用埋地管道外防腐層狀況檢測儀測量防腐的漏點，確定挖坑檢測點。

（3）對于埋地管道用氣體檢漏儀進行天然氣泄漏檢測。

（4）對管道的壁厚進行超聲波檢測。

2.3 檢測要求

地下管道防腐層破損地面檢測評價標準見表1。

表1 地下管道防腐層破損地面檢測評價標準

SY/T0087-2010《鋼質管線及儲罐防腐與保護調查方法標準》和SY/T5918《埋地鋼質管道防腐層大修理技術規定》標準：

表2 SY/T0087與SY/T5918標準要求

3 檢測技術簡述

本次檢測主要是對合同范圍內的管道進行防腐層絕緣電阻的評估，對測區范圍內的地下管道防腐層缺陷檢測進行定位，同時用氣體檢漏儀進行氣體泄漏檢測，對管道壁厚進行常規檢測。

3.1 防腐層絕緣電阻的測量

防腐層的單位面積絕緣層電阻是絕緣電阻（率），絕緣層漏敷的數目和大小決定電阻的大小，可以通過電阻（率）對防腐層的質量進行反映。如果可以對防腐層絕緣層電阻進行精準的測量，便可以對埋地管道防腐層質量情況進行反映。對地下管道防腐層絕緣電阻的評估采用變頻選頻法，原理是向地下管道施加一定頻率的電磁信號，將信號的衰耗程度通過儀器收集，將得到的數據輸入計算機，就能準確計算出管道防腐層絕緣電阻值，從而對管道的防腐層進行定量的分析。

3.1.1 探管原理

將特定的高頻調制電磁波信號發射到地下管道，這時地下管線就可以帶電，并產生電磁場，在地表探測時，接收機可以接收到交變磁場的分布，在對地下管道的位置與走向等進行確定時，可以通過數據變化規律確定。

3.1.2 探管方法

3.1.2.1 定位方法

（1）極大值法：該方法就是對磁場水平分量的測量，這時便可以在目標管線正上方呈現極大值（見圖1）。

圖1 極大值法示意圖

（2）極小值法。該方法就是對磁場的垂直分量進行測量，在目標管線正上方呈現極小值或零值（見圖3.2）。

圖2 極小值法示意圖

上面說的兩種方法，在實際應用中效果比較明顯。極大值法在信號響應幅度上，呈現出大且寬的特征，目標容易被發現；極小值法的信號主要集中在目標附近，具有較高的定位精度。因此在對位置進行確定時，首先使用極大值法確定大概范圍，然后使用極小值法進行精準的定位。

3.1.2.2 管線位置、走向的探測

打開探管儀，拉伸探桿，保持長度為最佳長度，對螺桿進行順時針旋轉，旋緊。確定中心為發射機，半徑為20～30m，通過環形探測（極大值法或極小值），讓探管儀可以對最大或最小信號進行接收，然后確定管線位置。通過峰值法在管線的位置處對探頭進行轉動，然后通過角度對信號強度進行確定，則與探頭垂直的方向即為管線的走向。然后沿管線走向作“S”形向前探測管線。

3.1.2.3 測深方法

常用的管線測深方法有45°法、80%法和極值法。

45°法測深。在確定管線位置時，利用最大值法找到位置A，標記后對探頭的角度進行調整，讓探桿保持45°角，這時將探頭沿垂直管線方向一側移動，對信號最小的位置B進行確定，由圖3可知，管道中心為O，這樣△ABO為一等腰垂直三角形，所以AB=AO，即為埋土深度。

圖3 45°法測深原理示意圖

3.1.3 管道防腐層缺陷的檢測

3.1.3.1 檢漏原理

將特定的電磁波信號利用發射機向地下管道發射，當在地下的管道防腐層有破壞點時，就會與大地形成回路，并開始向地面輻射，信號最強的點便在破損點正上，通過這樣的方式確定破損點。

3.1.3.2 檢漏方法檢漏方法，采用“人體電容”法。它是用人體做檢測儀的感應元件沿管道走向檢測。

3.2 管道外防腐層破損點撿漏

3.2.1 檢漏原理

發射機向地下管道發送特定的電磁波信號，在地下管道防腐層破損點處與大地形成回路，并向地面輻射，在破損點正上方輻射信號最強，根據這一原理找出管道防腐層的破損點（見圖4）。

圖4 防腐層破損點檢測原理圖

3.2.2 檢漏方法

檢漏方法，采用“人體電容”法。它是用人體做檢測儀的感應元件沿管道走向檢測。

需要檢測人員2名，將金屬手表戴好，在表帶上戴上檢測線夾，2名檢測人員需要保持3m的距離，并且兩人成橫向，其中一個人需要在管線的正上方。檢測人員開始對靈敏度和增益大小進行調節，然后將檢測儀的靜態信號控制在合理范圍內，一般為0～50mV。，2名檢測人員在行走期間，對信號和音響的變化進行檢測，如果都比較小，這就說明防腐層并沒有損壞，如果聲音較大，這時就說明有破損，計數器計數一次（見圖5）。如果對所測漏點有疑問，可采用減小增益返回進行驗證。

圖5 “人體電容法”防腐檢測示意圖

3.2.3 漏點大小的確定

理想狀況下，根據檢測信號強弱，選擇不同的波段測出漏點處的電流，通過漏電電流大小來確定漏點的大小，漏點電流越大，漏點越大（見圖6）。

圖6 電磁場信號的地面形態與破損點關系示意圖

3.2.4 漏點個數的測定方法

當漏點異常被檢測儀檢測到后，脈沖信號會在儀器內產生，對所測管線的漏點總數可以通過計數器進行統計。

3.2.4.1 漏點處的電輻射分布

當地下管線被加入交變電流信號后，若在管道存在防腐層破損，該信號電流就會在破損處泄漏入大地，由于IR降的存在，在地底下的等電位分布是在以破損點正上方為中心呈平面圓形分布，其周圍電位分布呈等距離等電位，若兩名檢測人員站在離中心點等距離位置，接收機示值為零，即稱為等距離回零法，這種電位用萬用表也可以測到（見圖7～圖8）。

圖7 破損點電位梯度立面分布圖

圖8 地表等電位梯度平面分布圖

3.2.4.2 檢測儀的使用及漏點的確定驗證

（1）縱向法復測。采用縱向法檢測，前面的人探測管位，后面的人檢漏，當前面的人走到破損點時示值出現由小到大、又由大到小的變化過程，后面的人走到該處時，示值有同樣的反應，就可初步確定示值最大點即為破損點（見圖9）。

圖9 縱向法示意圖

（2）等距回零法：在驗證時使用等距回零法，就是將中心確定為漏點，2名檢測人員對于漏點的位置相等時，這時就發現在檢漏儀上的數值為0，這時定位則是準確的。而這個特征是點狀破損特有的。如果兩名檢測人員距漏點中心等距離，但是顯示值不能回0，就說明有連續的，大小不一致的破損點存在，且也有可能是小漏點。或者有連續大小不等的破損點。

（3）平行走向移動電位法采用此法驗證時，一人持接收機在管線一側4～6m距離，沿管道正上方與管線走向作平行移動，示值出現由小到大、由大到小的變化時，最大點就是防腐層破損點，即漏點。

更大漏點的二次測量：當存在特大漏點，顯示值為1，這時就要進行2次以上的測量，漏點實際測量值確定為疊加值，以漏點中心，在漏點附近有1名檢測人員時，示值已達到1 000mV，然后在距離漏點中心等半徑距離的位置，另一名檢測人員進行移動，示值在電位梯度圈時為0，并且就移動到中心點，示值又會變大，將兩次或多次所測的示值相加就是該漏點的實際信號值。

3.2.4.3 漏點的開挖驗證法

在確定泄漏點后，需要反復的驗證才可開挖，當破損在末端被挖到后，需要將管道挖到1m以上長度，懸空20m，這樣便可以將漏點的位置找到，如果沒有發現漏點，管道底部也有可能存在，也有可能是肉眼無法發現太小的漏點將原來挖的鐘形坑擴開成長方體坑，開挖過程中，管道處于懸空狀態，地面上就檢測不到泄漏電流，如果電流還能在地面上測到，說明定位點與開挖點不一致，在開挖坑的兩邊電位會不相等，可向電位高的那一邊繼續挖，便可挖到漏點。如果不能直接看到漏點，可用下面方法再進行驗證：

（1）高壓電火花檢測法。利用電火花檢漏儀的毛刷探頭，在已被挖掘的管道表面平刷，當高壓探極經過微小的破損點時，就會發生高壓擊穿，產生電火花放電，并同時發出聲光報警，此法很容易找出極小漏點。當在城市燃氣管道檢漏時，絕對不能用高壓電火花檢驗法，以防泄漏燃氣達到爆炸極限，引起爆炸。在成品油輸油管道也要注意。

（2）濕布手工觸摸法。用一濕布或濕海綿，將挖掘的管段濕潤，然后檢測人員將檢漏金屬線金屬魚夾與人體電性相連，再用手沿管線觸摸，摸到破損處時，儀器示值音響均會變大，再用放大鏡放大，以便觀察。

（3）鏡面反照法。在破損點位于管道底部，人眼不能直接觀察時，可用一面較大的鏡子，再用放大鏡放大，以便觀察。

（4）地表電位再測法。采取了上述三種方法仍不能找到破損點時，說明漏點定偏或開挖人員挖偏，在此種情況下地表仍有電位。破損點開挖驗證如圖10。

圖10 防腐層破損異常開挖示意圖

1、5地表泥土，當破損點在2處時，仍未被挖出，地表1的電位要比地表5一邊的電位大得多，3、4破損點在此處時，管道已被挖出懸空，不能通過土壤傳導電流，故1、5處地表無電位，破損點在3時，可以直接看出，破損點在4時，由于在管道中下部要用鏡片反照才能看出，太小時還需放大鏡才能看到。

3.2.4.4 管道氣體泄漏檢測

當輸送可燃性氣體的地下管道被腐蝕或破裂穿孔后，由于氣體具有擴散性，它從管線中泄漏后，要向四周擴散，故近泄漏點處濃度高，遠泄漏點處濃度低，利用氣敏探頭進行濃度探測，當接觸到可燃性氣體后，傳感器輸出電壓信號增大使得檢漏儀表頭指示迅速變大，并同時發出音響報警信號。

4 檢測儀器設備

（1）SL-2088地下管道防腐層探測檢漏儀（CHINA）

（2）SL-AY508管道防腐層絕緣電阻檢測儀（CHINA）

（3）SL-808氣體檢漏儀（CHINA）

（4）TT-100超聲波測厚儀（CHINA）

5 檢測成果

本次地下管道檢測的成果見表3。

表3 天然氣管道防腐層絕緣電阻測量結果

續表

6 結論與建議

在這次檢測中，根據檢測的數據得出這樣的結論：城區管網管道外防腐層的功效良好，用SL-2088檢測儀器未檢測出相對比較大的漏點。但是，在蒲昌路探測出管道埋深不夠，管道外防腐層已出現老化跡象。造成這種現象的主要原因是：

（1）管道建設在先，道路建設在后，將管道回填土部分去除。

（2）管道所埋地區土壤干燥，堿性較大。

（3）管道所埋地區地表環境溫度較高。

（4）燃氣公司巡檢措施及方法不到位。

根據檢測結果給出建議：在出現管道埋深不夠處，需進行檢查，常規巡檢時，注意人為的破壞。