埋地金屬管道綜合檢測技術(shù)應(yīng)用研究
1、前言
隨著科技的進(jìn)步以及國家相關(guān)政策法令（如302號令）的出臺，埋地金屬管道使用單位對管道的安全性能越來越重視。隨著政府有關(guān)職能部門的改革，對埋地金屬管道的安全監(jiān)察也日益重視。經(jīng)過對舊管道的修復(fù)（Renovation）、修理（Repair）及更換（Replacement），（簡稱3R技術(shù)），通過進(jìn)行方案比較，發(fā)現(xiàn)主動進(jìn)行有計劃的“修復(fù)”比管道事故后的“修理”代價小得多，有效地避免了惡性事故的發(fā)生，大大地提高了社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。而修復(fù)的基本要求是對埋地鋼質(zhì)管道的走向與埋深、管道的腐蝕防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測與評價，其結(jié)果對的準(zhǔn)確性管道的安全運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。因而，如何進(jìn)行科學(xué)有效的檢測以及制定綜合檢測技術(shù)與方案，目前尚未全面解決城市埋地金屬管道腐蝕檢測問題的方法儀器與相應(yīng)的技術(shù)方案。因此，開展埋地金屬管道綜合檢驗(yàn)檢測技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義粘度計| 壓差計| 水活度儀| 邏輯分析儀| 扭力計| 色度計| 硬度計| 諧波分析儀| 張力計| 推力計/拉力計| 。
埋地鋼質(zhì)管道檢測技術(shù)包括內(nèi)部檢測與外部檢測，本文主要討論外檢測技術(shù)。外部檢測主要是指在地面不開挖條件下，對埋地鋼質(zhì)管道外覆蓋層以及陰極保護(hù)效果進(jìn)行檢測評價，同時，有效地檢測監(jiān)控管道經(jīng)過地區(qū)的環(huán)境條件，也是埋地金屬管道腐蝕防護(hù)檢驗(yàn)檢測評價的一個重要方面。
2、埋地金屬管道外覆蓋層檢測技術(shù)與儀器
埋地金屬管道防腐涂層檢測的方法很多，而且各具特色，但迄今為止，尚無綜合方法解決城市埋地燃?xì)怃撡|(zhì)管道的腐蝕與防護(hù)檢測問題�，F(xiàn)將國內(nèi)外常用檢測方法的原理、特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了研究。常用的管道外檢測技術(shù)有：標(biāo)準(zhǔn)管/地（P/S）電位測試、密間隔電位測試技術(shù)（CIPS）、直流電位梯度法（DCVG）、 Pearson測試技術(shù)、多頻管中電流衰減測試法、變頻選頻法、直流電流－電位法等(3，4，5，6，7)。
（1）管/地電位檢測技術(shù)
管/ 地電位檢測技術(shù)就是利用數(shù)字萬用表與Cu/CuSO4（CSE）硫酸銅參比電極對埋地管道自然電位和保護(hù)電位的測量，通過電位的數(shù)值間接評定涂層的質(zhì)量狀況。常用的有近參比法、地表參比法與遠(yuǎn)參比法。該種方法能快速測量管線的陰極保護(hù)電位，是目前通用的地面測量管道保護(hù)電位的方法，不能確定缺陷大小、位置以及涂層剝離。
（2）密間歇電位檢測（CIPS）
密間歇電位（有時也稱為近間距電位測試）檢測技術(shù)是當(dāng)今尖端的檢測技術(shù)之一，是一種用來提供管道對地電位與距離關(guān)系詳細(xì)情況的地面檢測技術(shù)。
CIPS 的含義是近間距管對地電位測量，它由一個高靈敏的毫伏表和一個Cu/CuSO4半電池探杖以及一個尾線輪組成。測量時，在陰極保護(hù)電源輸出線上串接斷流器，斷流器以一定的周期斷開或接通陰極保護(hù)電流。能指示管道沿線的CP效果，指出缺陷的嚴(yán)重性，并自動采集數(shù)據(jù)樣。缺點(diǎn)是檢測時需步行整個管線，檢測結(jié)果不能指示涂層的剝離，還可能受到干擾電流的影響，需拖拉電纜，使用范圍有一定的限制。
代表儀器是加拿大Cathodic Technology Company生產(chǎn)的Hexcorder CIPS。
（3）直流電壓梯度測試技術(shù)（DCVG）
當(dāng)直流信號象陰極保護(hù)電流一樣加到管道上時，在管道防腐層破損裸漏點(diǎn)和土壤之間存在電壓梯度。在接近破損裸漏點(diǎn)部位，電流密度增大，電壓梯度增大。一般地，電壓梯度與裸漏面積成正比例關(guān)系。直流電壓梯度檢測技術(shù)，就是基于上述原理而建立的。
DCVG方法是使用一個的毫伏表（先進(jìn)的DCVG儀器用數(shù)字液晶屏幕顯示所測的毫伏數(shù)），以及2個Cu/CuSO4半電池探杖插入檢測部位的地面進(jìn)行電位梯度檢測。
為了有利于對信號的觀察和解釋，在DCVG測量時，要在陰極保護(hù)輸出上加一個斷流器。在測量過程中，操作員沿管線以2m間隔用探杖在管頂上方進(jìn)行測量。
該方法能準(zhǔn)確地查出防腐層的破損位置，可估算缺陷大小，并通過IR％判定缺陷的嚴(yán)重程度。測試過程中不受交流電干擾，不需拖拉電纜，受地貌影響小，操作簡單，準(zhǔn)確度高。根據(jù)檢測結(jié)果可給用戶提供合理的維護(hù)和改造建議。但該方法不能指示管線陰極保護(hù)效果，不能指示涂層剝離，需沿線步行檢測；雜散電流、地表土壤的電阻率等環(huán)境因素會引起一定的測量誤差。
代表儀器是加拿大Cathodic Technology Company生產(chǎn)的HexcorderDCVG。
（4）Pearson檢測技術(shù)
該檢測技術(shù)也稱電壓差法，在管道與大地之間施加的交變信號通過管道防腐層的破損點(diǎn)處時會流失到大地土壤中，因而電流密度隨著遠(yuǎn)離破損點(diǎn)的距離而減小，在破損點(diǎn)的上方地表面形成了一個交流電壓梯度。檢測時，兩名操作者腳穿鐵釘鞋或手握探針，相距3~6m，將各自拾取的電壓信號通過電纜送接收裝置，經(jīng)濾波放大后，指示檢測結(jié)果。
可沿線檢測防腐層破損點(diǎn)和金屬物體，是目前國內(nèi)最常用的檢測技術(shù)。價格便宜，且在國內(nèi)有較成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，檢測速度較快，同時，該法具有識別破損點(diǎn)大小的功能，微小漏點(diǎn)均能測到，在長輸管道的檢測與運(yùn)行維護(hù)中的使用效果較好。但需要沿全線步行檢測，不能指示缺陷的嚴(yán)重程度、 CP效率和涂層剝離，易受外界電流的干擾，依賴操作者的技能，常給出不存在的缺陷信息，同時，勞動強(qiáng)度較大，對水泥或?yàn)r青地面產(chǎn)生了接地難的問題。
代表儀器為大慶市匯通無損檢測技術(shù)公司生產(chǎn)的HT系列地下管道防腐層探測檢漏儀。
（5）管內(nèi)&
#30005;流檢測技術(shù)
管內(nèi)電流檢測技術(shù)，又稱多頻管中電流法（又稱電流衰減法）。是采用等效電流原理，評價防腐層絕緣電阻。
檢測時由發(fā)射機(jī)向管道發(fā)射某一頻率的信號電流，電流流經(jīng)管道時，在管道周圍產(chǎn)生相應(yīng)的磁場；當(dāng)管道外防腐層完好時，隨著管道的延伸，電流較平衡，無電流流失現(xiàn)象或流失較少，其在管道周圍產(chǎn)生的磁場比較穩(wěn)定；當(dāng)管道外防腐涂層破損或老化時，在破損處就會有電流流失現(xiàn)象，隨著管道的延伸，其在管道周圍磁場的強(qiáng)度就會減弱。
這是目前國內(nèi)外應(yīng)用比較成熟的一種檢測方法，可長間距快速探測整條管線的防腐層狀況，也可縮短間距對破損點(diǎn)進(jìn)行定位，屬于非接觸地面測量，受地面環(huán)境影響較小。但測量結(jié)果不直觀，不能指示CP效率，不能指示涂層剝離，易受外界電流的干擾，且需預(yù)先獲得一些物理量，如管體的電阻、內(nèi)電感、外電感以及防腐層的電容率等。
主要代表儀器是英國公司生產(chǎn)的RD400-PCM檢測儀。
（6）變頻－選頻法
該方法是通過被測管路的某個標(biāo)樁向管體和大地之間加載一定功率的交流信號，在另一標(biāo)樁處檢測管體與大地之間同一頻率的信號，同步的改變發(fā)、收頻率直到接收功率是發(fā)射功率的5％以下即可認(rèn)為“信號損耗殆盡”，然后利用兩標(biāo)樁之間管體長度、管體直徑、管壁厚度、包覆層的材料損耗角正切、土壤特性阻抗等有關(guān)物理量計算兩標(biāo)樁之間管道包覆層的漏電阻。由于評價是以段為單位進(jìn)行的，實(shí)際上給出的是段內(nèi)平均漏電阻，不能指出具體的破損點(diǎn)位置。
這是國內(nèi)提出的一種檢測方法，能快速普查整條管道防腐層的綜合保護(hù)性能，受地面環(huán)境影響較小。但計算結(jié)果引入的人為因素多，誤差大，其線傳輸理論模型在管路復(fù)雜的情況下難以適應(yīng)，特別是對于城市埋地管線，且不能有效的判斷破損點(diǎn)的位置。
代表儀器是大慶市匯通無損檢測技術(shù)公司生產(chǎn)的HT系列地下管道防腐層絕緣電阻測量儀。
（7）管中電流－電位法
其原理是通過陰極電流測量電流衰減及電位偏移來計算其覆蓋層的絕緣性能參數(shù)，是測量覆蓋層絕緣性能的理想方法，但此法受到客觀因素的制約，如交、直流的干擾，儀器的專用性和響應(yīng)速度，電流測試樁的設(shè)置，電源的通/斷，30m管長的誤差及鋼材電阻率的取值等，都將影響其結(jié)果的正確性。
3、擬定的檢測與設(shè)備組合
根據(jù)對上述各種檢測方法原理分析，以及優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)，結(jié)合工程實(shí)際檢測以及對埋地金屬管道安全運(yùn)行管理的需要，本文作者提出了埋地金屬管道綜合檢驗(yàn)檢測技術(shù)組合方法，具體的應(yīng)用步驟如下：
（1）管線探尋
為了保證所進(jìn)行的檢測是在管道正上方，需要明確管線的位置與走向。對廠區(qū)內(nèi)的短距離管線，可選用RD4000-PDL，而長距離的管線，只能選用RD400-PCM進(jìn)行探測；而對于局部區(qū)域內(nèi)的復(fù)雜管線，可選用探地雷達(dá)，如PipeHawk地下管道探測雷達(dá)。 探地雷達(dá)的工作原理是：通過天線向地下發(fā)射一個快速上升的電磁脈沖，該脈沖被地下介質(zhì)介電常數(shù)的變化散射，這些由地下介質(zhì)介電常數(shù)的變化產(chǎn)生的散射將一小部分能量反射回到雷達(dá)天線。反射回來的信號由天線接收后傳送到數(shù)字信號處理硬件，經(jīng)計算機(jī)處理后就能得到管道的具體位置。國家質(zhì)檢總局鍋檢中心擁有國內(nèi)唯一的一臺設(shè)備。
（2）管線外覆蓋層安全質(zhì)量狀況檢測
采用管中電流測繪法評價管線外覆蓋層的安全質(zhì)量狀況�？刹捎肦D400-PCM以及變頻選頻儀，但目前比較常用的是RD400-PCM。通過檢測，可了解管段的整體安全質(zhì)量狀況。
（3）陰極保護(hù)效果檢測
對于管道外覆蓋層安全狀況較好的管段，可采用P/S管地電位測量方法，綜合評價管道的陰極保護(hù)效果。而對于外覆蓋層安全質(zhì)量狀況較差的管道，宜采用CIPS 測試其Von/Voff電位的分布情況，以判斷陰保效果，確保管道的安全運(yùn)行。而對土壤電阻率較高的地區(qū)，建議也采用CIPS測試P/S電位，以有效地消除IR降問題。
（4）破損點(diǎn)找尋、定位與大小估算
對外覆蓋層安全質(zhì)量狀況異常的管段，以及陰極保護(hù)效果檢測發(fā)現(xiàn)問題較多的管段，應(yīng)進(jìn)行破損點(diǎn)檢測與定位，并估算其大小。目前常用的檢測有：RD400-PCM帶A字架檢測儀以及大慶市匯通無損檢測公司的HT系列地下管道防腐層檢漏儀。HT系列檢漏儀的精度略高于A字架檢測儀。建議采用兩種方法進(jìn)行重復(fù)定位，以提高檢測準(zhǔn)確率。為了有效地評估缺陷或破損點(diǎn)的危害，在可能的條件下，應(yīng)明確外覆蓋層的破損點(diǎn)大小，可采用DCVG＋CIPS進(jìn)行涂層破損點(diǎn)大小的判斷。
（5）破損點(diǎn)嚴(yán)重性與陰陽極狀態(tài)判斷
有效判斷管線外覆蓋層破損點(diǎn)的嚴(yán)重性與陰陽極狀態(tài)是確保有缺陷的管道能否安全運(yùn)行的重要因素。采用DCVG、SCM雜散
電流測繪儀確定缺陷點(diǎn)的嚴(yán)重性與陽極/陰極狀態(tài)。在一般情況下，采用DCVG即可，而對于較復(fù)雜且重要的管線，建議采用SCM方法。因?yàn)�，對于有破損點(diǎn)的管段，SCM能更有效地進(jìn)行雜散電流測試，找出破損點(diǎn)屬于陽極傾向點(diǎn)還是陰極傾向點(diǎn)，為管道的運(yùn)行維護(hù)與排流改造提供較多的信息。
SCM的工作原理為：智能信號發(fā)送器發(fā)送獨(dú)特的電流信號，用SCM智能感應(yīng)器測量所選管道中流動的干擾電流，確定干擾電流流入目標(biāo)管道的流入點(diǎn)、方向、流出點(diǎn)。經(jīng)過以上檢測技術(shù)的組合，可以掌握地下鋼質(zhì)管道的走向與埋深、外覆蓋層安全質(zhì)量狀況、陰極保護(hù)電位分布、破損點(diǎn)大小與分布及位置、破損點(diǎn)的嚴(yán)重性與陰陽極趨向，從而為管道使用單位對管道進(jìn)行維修理與改造提供依據(jù)，為政府相關(guān)職能部門安全監(jiān)察提供參考。
4、結(jié)論
定期進(jìn)行埋地鋼質(zhì)管道檢驗(yàn)檢測是國外實(shí)現(xiàn)管道安全運(yùn)行與管理的重要措施，在實(shí)踐中得到了較好的應(yīng)用，而在我國，由于政府管理職能因素、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)的滯后以及技術(shù)方面等諸多原因，尚未完全開展埋地鋼質(zhì)壓力管道的定期檢驗(yàn)工作。埋地鋼質(zhì)管道，特別是城市埋地燃?xì)夤艿赖牡孛娣情_挖工程檢驗(yàn)檢測，尚有一些技術(shù)難題未完全解決，需要對現(xiàn)有的檢測方法進(jìn)行有效組合因此，本文在對國內(nèi)外埋地鋼質(zhì)管道的檢驗(yàn)檢測技術(shù)與方法原理進(jìn)行了分析以及總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，提出了綜合檢驗(yàn)檢測技術(shù)組合方法,并在大慶油田、齊齊哈爾天然氣公司等埋地金屬管道檢測中進(jìn)行了試驗(yàn)，具有可行性。
業(yè)務(wù)：