管道外防腐層檢測與評價方法的研究與應用

孫雪峰 夏延海 程 寧

（中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司，山東 東營 257100）

0 引言

管道防腐層通過物理隔絕周圍環境達到管道防腐的目的，是防止和減緩埋地鋼制管道腐蝕的重要手段，配合管道的陰極保護使用，還能起到電化學保護效果。盡管防腐層破損，管道本體不一定發生腐蝕，但發生腐蝕處的防腐層一定失效。那么通過檢測管道外防腐層的破損點，進而找出管道本體的腐蝕點提供了技術上的可行性。在非開挖條件下對埋地鋼制管道外防腐層的有效性進行檢測是當前所有腐蝕檢測項目中最為有效、操作最為簡捷、應用最廣泛的方法，是當前管道工程檢測的切入點。

1 外防腐層檢測技術

外防腐層檢測方法和設備均有多種，原理上大體可分為電位梯度法和電流梯度法兩種。電位梯度法是當前使用的主要方法，也是NACE0502中推薦的方法，根據電流信號的不同分為直流電位梯度（ACVG）和交流電位梯度（ACVG）。其中直流電位梯度檢測技術，使用電流斷路器控制陰保電流的通斷，更適用于有外加電流陰極保護的管道，技術含量較高。

目前，國內防腐層檢測方法多采用交流電位梯度法-國產的人體電容法和PCM的A字架。國外的PCM（DM）儀器采用多頻管中電流法，可在不開挖的條件下，能夠對埋地管道的防腐層破損點進行精確定位，還可通過計算防腐層的絕緣電阻值，來判定管道防腐層的老化、破損狀況。國內的研發公司結合我國國情，通過二次開發，形成了一整套檢測與評價系統，其評價軟件支持GB/T 19285-2014《埋地鋼制管道腐蝕防護工程檢驗》中防腐層分級標準，是業內比較認可的評價系統。

其工作原理是：外業測量時由地下管線探測儀的發射機向管線上發射一個低頻的檢測信號電流，之后在管道上方地面上，用接收機確定管線的精確位置并測量出一組信號電流強度值I，逐點記錄檢測點距離Xi 及電流值Ii。計算各檢測點的電流衰減值 Y=△IdB/△X 后，Y-X 曲線是一條反映電流衰減率的變化曲線，正常情況下，它是一條近似水平的直線。實測的某一管段電流衰減率，反映該管段防腐層狀況的好壞，用軟件提供的電阻計算可以計算出該管段的防腐層絕緣電阻Rg（KΩ.m2），就可以判斷出該管段防腐狀況的老化程度。

當管道防腐層出現有破損時，檢測信號會在破損點上有額外的電流損耗，在相應位置上IdB-X曲線出現局部較陡的變化，同時Y-X曲線上出現明顯的波峰。通過加密檢測或使用A型架進行管道上方地面的泄漏電位測量,能夠準確地指出破損點的位置。

2 管道外防腐層檢測效率

管道運輸作為國民經濟五大運輸部門之一，目前，僅油氣管網規模已經超過16萬公里，油氣管網的雛形已經形成，新建管道正以幾何級數增長，檢測管道的數量也以幾何級數增長；按照行業標準，在役管道防腐層應進行定期檢測，檢測周期根據壓力、服役年限、腐蝕環境狀況等確定。當前專業檢測公司檢測埋地管道，一般以公里數計算費用，隨著競爭加劇，檢測費用不斷壓縮。在野外施工中，在保證質量的基礎上，每天的檢測公里數是主要考核目標，而生產中會遇到信號較弱和重復檢測路線等各類問題，因此，提高管道外防腐層檢測施工效率是當前形勢發展的需要。

根據野外檢測作業統計，外防腐層檢測的最耗時關鍵點是管道有效信號長度和檢測路線折返。從檢測基礎原理出發，通過技術創新，改進野外實用外防腐層檢測方法。

2.1 檢測信號

施加一次信號能將管道檢測完成，是最理想的狀態，而實際施工中，管道的長度遠大于電流衰減傳輸的距離，因此，將信號施加在待檢管道的中間，人員在管道的兩側都可以檢測，減少施工信號次數；另外，信號施加在管道中間，檢測人員可以從一端直接檢測到另一端，中間施加信號的位置需要做好標記，該方法省去了重新設置文件的過程，需要在評價的時候對數據采用合適的處理，實現內外結合提高生產效率。

管道檢測距離的長短與信號的強弱有直接的關系，信號越強，其在管道中傳輸的越遠。提高信號的強度是野外生產的關鍵。在干燥的地區，大地阻抗較大，信號施加非常困難，需要采用多種方法組合，提高檢測信號強度。

下面從這幾個方面進行工藝設計，增大回路信號。

（1）改善大地電學性質

接地優先考慮就地選擇，檢測管線附近有水域、建筑物接地線、避雷針地極、電線桿拉線等易導電的裝置，利用它是比較方便的選擇；對于干燥土壤，比如沙地、黃土塬等，保水、吸水能力弱，接地電阻大，致使檢測通路電流小。生產中，最直接的方法是使用鹽水澆濕土壤，能快速減弱土壤電阻，也可在土壤中加入食鹽、煤渣、炭末、爐灰等物質，提高土壤吸水率；

（2）雙側接地

地極材料可選用高壓電接地扁鋼，使用多根地極在管道雙側多點接地，根據回路電阻，設置兩側地極數量、地極與管道垂直距離、地極間距離、地極插入土壤深度等影響因素，通過單邊測量的方法，調節以上因素，使磁場分布對稱均勻，探測位置準確。應用該方法可使檢測信號強度平均提高2倍以上，進而使檢測距離增加2倍以上，同時提高了檢測精度；

（3）多機組合方法

在對一根較長的管道進行多臺發射機組合同步檢測中，各種頻率信號會產生互相干擾，通過信號選頻組合可以實現多機同步檢測；

首先確定一臺發射機在某一根長管道上能夠檢測的單側最遠距離，在管道約兩倍單側檢測距離處施加不同頻率的信號進行同步檢測，當接收機信號較弱時，切換到另一臺發射機信號頻率，重新建立檢測工程文件，進行數據采集；為了避免信號倍頻干擾，兩臺發射機的頻率應選擇差異較大，且不是倍數的關系。將混合頻率信號加載到檢測管道上，能夠解決多頻率干擾問題，實現多機組合同步檢測目的，該技術應用在管道定位及防腐層檢測項目中，檢測效率能提高許多。

圖1 管道檢測過河

2.2 檢測模式

野外檢測中時常會遇到以下兩種情況：

（1）在檢測過程中，檢測人員經常遇到繞行河溝、山坡等地形障礙物，由于架設信號站困難，數據檢測方向要一致，檢查人員將繞行幾公里找到下一個檢測點位，效率低下；或重新設置文件，容易出錯；

（2）油田集輸管道存在大量三通串聯管道，連接關系復雜。檢測數據必須分段記錄，以保證各段數據方向一致，但大量重新設置文件，容易出錯，耗時長。

圖2 管道串聯

為了提高檢測工效、降低作業強度，使野外檢測可以用任意快速、便捷的方式采集數據，創新了任意數據整體整理方法，只要檢測出管道每一段的數據，都可以通過內業數據處理，保證管道數據評價準確。

3 管道防腐層評價方法

通過以上方式檢測管道，在方便了野外采集同時，內業數據處理將不能按照以往的分段評價。我們通過開發數據預處理程序，將一條管道的數據整理后，能夠直接導入ESTEC軟件進行處理，達到整體評價的目的。

對處理的數據進行分析，我們歸納為一種圖形標識法，首先要野外人員詳細的注明每一段檢測數據位置，數據處理人員根據現場檢測的順序對數據進行分析，將每一段數據進行分割，再按照評價方向進行組合。在一張足夠大的紙上或軟件中畫出管線的草圖。在草圖上標出分段的大致情況以及各分段的信號供入點位置、測量方向、大致的測量距離和相應的基礎卷文件名。特別標注出測量有重疊的管段以及沒有進行測量的管段、需要分割的點號，對重疊部分需要刪除的點號標注清晰，兩段相接部分要做好連接處理。通過軟件進行計算檢查糾正，快速生成標準格式數據，完成后續評價。

4 結語

管道外防腐層檢測與評價方法在項目施工中能達到事半功倍的效果，尤其是在干旱等接地條件不好、管道地面環境復雜的地區，通過優化和創新檢測與評價方法，提高了檢測質量和工效，降低了作業強度和生產成本，適合在復雜檢測工程中推廣應用。