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我国目前,现有的地下金属管道大多数已服役20多年,在输送介质及外部环境的影响之下有不少地段已经存在不同程度的腐蚀、损坏。
因管道腐蚀破坏而造成的穿孔泄漏所引起的事故也时有发生。
这些易燃易爆流体因管道腐蚀穿孔发生跑、冒、漏,不仅使企业生产遭受直接损害,形成环境污染,而且可能引起爆炸和火灾,给国家和人民的生命财产带来不可估量的损失。
一、关于腐蚀环境的检测与评价目前人们对埋地金属管道腐损环境检测主要侧重于土壤腐蚀性检测和周围杂散电流腐蚀性检测两个方面,通过对检测结果进行综合性评价,以确定其对埋地金属管道所产生的腐蚀影响。
1.地质条件及其变化的影响主要体现在灾害地质条件、构造地质条件、沉积物地质条件、土壤地质条件及地形地貌条件,这些条件,对埋地金属管道的腐损影响常常是区域性的,而且有时是非直接性的,然而它们的存在确实可能对管道造成不同程度的破坏,加速腐损的进程。
例如:由于各类地质原因造成的地面不均匀下沉和土体的纵、横向位移就会使埋地金属管道发生弯曲变型而加速管道的损坏。
2.地球物理场方面的影响主要包括土壤介质的导电性能(电阻率)、工业游散电流和由于地下水流动等因素产生的自然电位,以及由于闪电、磁暴等原因造成大地电磁场局部变化所产生的感应电流等。
当防护层破坏时工业游散电流与地下水流动而产生的自然电位对埋地金属管道有局部腐蚀作用,当管道埋设位置正好在地下水面上下,则局部的自然电位变化就反映了管道的疑似腐蚀段。
据国外研究,地磁感应电流( Geomagneticallnduced current,GIC),对长输管道的腐蚀作用十分严重, Campbell(1980)讨论了Alaskan输油管道的GIC的电蚀作用,该管道近1000km长,管径1.22m,壁厚1.3cm,其总电阻为6Ω,由GlC引起的感应电流高达几百安培,而1A电流在1年内的电蚀量为10kg钢材,可见危害之大。
在中纬度地区,由于GIC产生的损坏比管道的直接腐蚀更厉害。
防腐层评价原理防腐层评价主要用来评价涂层整体质量、检测和比较不连续的涂层异常。
这项技术不需和土壤直接电性接触．因为磁场可以穿透冰、水和混凝土等表层来采集管道涂层的信息。
国内目前常用雷迪公司的PCM 、以及C-Scan 仪器进行交流衰减检测。
其基本原理是：由发射机向管道施加交流电信号，电流会通过管道经大地流回发射机，在管道里的流动随距离增加而衰减。
对于有一定长度的管道，电流I 随即离X 的增加呈指数衰减，即：xe I I α−=0 (3-2-33)式中。
α为衰减系数，与管道的电特性参数()L C G R g 、、、)有关。
电流通过管道时，在破损处有电流流失现象，有一部分电流流人大地，沿管道流动的电流在此处就会有陡变（图3-2-16），对检测到的电流经过我们专门编制的计算机专用软件处理，可以得到防腐层的防腐状况。
电流数值测量的原理和管线埋深测量原理相同，可以说是管线埋深测量原理的延伸。
下图（图3-2-15）为用两水平线圈测量管线电流的原理。
图3-2-15管线电流测量原理图3-2-16 通过电流衰减评价防腐层、查找破损点采用PCM发射机中独特的8Hz信号还可以观察到电流的方向。
这在管线探查中更为重要。
但是发射机输出的为交流信号，电子沿着管线导体做往复运动并维持在固定位置，怎么可能有方向呢？这里的方向不是电流流动的方向，而是电流谐波信号的相位。
如下图所示，如果发射机信号加在管线上以后，最初电流方向从南向北，然后从北向南，如此反复。
图3-2-17 PCM中的电流流动方向根据国家“十五”攻关成果，防腐层质量可根据电流衰减情况按下表分级：表3-2-1外覆盖层安全质量状况分级评价-电流衰减率防腐层属性良可差劣防腐层级别 1 2 3 4 Y≥0.011 0.011<Y≤0.0150.015<Y≤0.0230.023<Y电流衰减率Y(dB/m)这种分级指标的优点为：(1)抓住了覆盖层安全质量分级的根本，因为不管外覆盖层保护还是阴极保护，根本的目的是为了保护金属管体，延缓管体的腐蚀。
147管道作为石油和天然气输送的主要载体，在油田生产中起着重要作用。
PCM检测仪主要是测量管道中电流衰减梯度，因此使用该仪器的测量方法也叫电流梯度法。
该检测仪主要用于对管道防腐层使用状况评价、新建管道防腐层施工质量的验收、管道防腐层破损点的定位、管道阴极保护效果评估、目标管道与其它管道搭接点的查找和定位、盗接管道或分支管道的查找和定位、管道泄漏点的查找和定位以及对长输管道的探测及评价 [1] 。
1 PCM检测仪简介1.1 PCM检测仪的组成现阶段测试所用PCM检测仪包括大功率发电机、手持接收机、A字架以及为大功率发电机供电的发电机。
1.2 PCM检测仪的原理发射机通过发电机供交流电后通过2条信号线施加电流信号。
其中一条信号线连接地极，地极一般打在距检测管线垂直方向30～50m以外的地方，如果现场附近有池塘、水沟等易于导电的地方，地极最好选择这些地方。
另一条信号线连接于无防腐层的金属表面。
由于发射机2条信号线形成回路，如果遇到土壤导电性不好的情况，会导致回路电阻过大，这时PCM 发射机电压超限指示灯会亮起，提示信号施加存在问题，此时可考虑给地极浇水等降低接地电阻的方法，以求降低回路电阻。
由于发射机给管线施加了电流，根据电流磁效应原理，管线周围的空间将产生以管线为中心线的圆形磁场。
根据法拉第电磁感应现象，接收机内置的闭合回路线圈会产生感应电流，由于线圈配置方向不同，管线定位原理被分为峰值法和零值法。
峰值法是当接收机内的水平线圈轴线与通电管线垂直且处于通电导线正上方时，水平线圈信号最强。
零值法是当接收机内的垂直线圈与通电管线垂直且处于导线正上方时，垂直线圈信号最弱。
2 防腐层破损检测原理在具有防腐层的埋地管道上施加某一特定频率或多个频率的电流信号，电流信号自发射点开始将沿管道向两侧传输，所施加的电流信号强度沿管道随着距离的增长呈缓慢的指数衰减趋势。
利用管道上方接收机能准确地探测到经管道传送的电流信号，通过跟踪和采集该信号，测试并记录管道各处的电流强度。
一、埋地管道腐蚀评价与防腐层检测技术1、1防腐层检测技术及仪器的现状1) 变频—选频法上世纪90年末,东北输油管理局与邮电部第五研究所结合我国输油行业的管理模式,完成了长输管线上以测量单元管段防腐绝缘电阻、评价防腐层完好状况方法的研究。
该方法就是将一可变频率电信号施加到待测管道的一端,从另一端检测信号的衰减幅度,通过调节信号的频率使信号衰减达到一定范围(23dB)时,根据信号频率的高低来推断防腐层绝缘电阻值,因此称为“变频—选频法”。
此方法被列入石油天然气公司的SY/T5919-94标准,为我国管道防腐层评价的后续工作奠定了基础。
变频-选频测量方法特点就是:适合于长输管道的检测,具有使用简便,检测费用较低等优点;但该方法对操作人员要求较高,在使用之前需设定一些参数,较为复杂;所需与测量仪配合的设备较多;只能对单元管道(通常为1km)及有测试桩的管道进行绝缘电阻测量,无法判断破损点位置;当管段中有支管、阳极时须通过开挖检测点来分段检测。
2)直流电压梯度(DCVG)技术直流电压梯度技术的代表仪器就是加拿大Cath-Tech公司生产的DCVG。
它可对有阴极保护系统的管道防腐层破损点进行检测。
其原理就是:在管道中加入一个间断关开的直流电信号,当管段有破损点时,该点处管道上方的地面上会有球面的电场分布。
DCVG使用毫伏表来测量插入地表的两个Cu/CuSO4电极之间的电压差。
当电极接近破损点时,电压差会增大,而远离该点时,压差又会变小,在破损点正上方时,电压差应为零值,以此便可确定破损点位置。
再根据破损点处IR 降可以推算出破损点面积。
破损点形状可用该点上方土壤电位分布的等位线图来判断。
仪器优点:(1)灵敏度很高,可以精确地定位防腐层破损点;(2)采用了非对称的交变信号,消除了其她管中电流、土壤杂散电流的干扰,测量准确率很高;(3)可以区别管道分支与防腐层的破损点;(4)可以准确估算出防腐层面积。
并且也能对防腐层破损的形状进行判断。
地下管道防腐层破损检测的意义及技术原理管道腐蚀是管道主要危险因素之一，也是管道保护工作中为数不多的可控因素。
随着时间的推移，有些管段防腐层会出现老化、发脆、剥离、脱落。
管道防腐层破坏的安全隐患：由于施工质量、外力破坏、长期使用及地下环境等因素造成的管道防腐层破损、老化,使其防腐能力降低甚至失去保护作用。
管道的防腐层由于埋地时间长久而出现老化、发脆、剥落和脱落。
从而造成管道的腐蚀和穿孔，引起泄漏。
腐蚀问题可防可控，在非开挖的情况下，定期或针对性地进行管道防腐层检测，及时发现管道泄漏点，找出管道防腐层破损点，对管道防腐层的防腐性能做出综合评价，加强管道防腐层的维护，是保证管道正常运行的有效方法。
地下管道防腐层检测意义1、准确定位防腐层漏损点，并记录其坐标、相对位置、埋深等属性信息；2、按防腐层漏损点严重程度分类，确定防腐层漏损点的修复优先级别；3、检测外防腐层绝缘电阻、评价防腐层防护性能、判别防腐层老化程度。
4、根据外腐蚀缺陷尺寸评价每个外腐蚀缺陷等级，根据外腐蚀缺陷等级评价管道外腐蚀整体状况。
管道防腐层检测原理发射机向埋地管道施加一定的电流信号，电流强度会随着管道距离的增加而衰减，在管径、管材、土壤环境不变的情况下，管道防腐层对地绝缘越好，施加在管道上的电流损失越少，衰减亦越小；如果管道防腐层存在破损，电流信号将埋地管道防腐层破损点处与大地形成回路，会导致管道上的电流自破损点处漏失,并在破损点形成球形电场信号，且在破损点正上方时电场强度最强。
因外界电磁环境复杂，管道腐蚀并不是一种方法或一种仪器可以检测出来的。
金马管道安全卫士,为您保驾护航金马公司凭借多年的管道外防腐层检测经验，将多种检测方法相结合，总结出一套专有的外防腐层检测技术,可以在非开挖、不影响管道正常工作的情况下,采用先进的仪器和技术对外防腐层及管道本体上存在的缺陷进行全面系统检测，精准定位破损点，对管道风险、完整性及运行现状进行评估，分析管道腐蚀原因并提出修复建议，及时修补管道破损的防腐层，针对局部腐蚀严重管段进行维护和维修，延长管道寿命，在石化企业得到了广泛应用。
几种埋地管道防腐层破损检测技术的工作原理与应用
摘要：本文主要介绍了三种埋地管道防腐层破损检测技术的原理和检测仪器，以及在实际工作中的应用。
关键词：埋地管道；破损检测技术
1.埋地管道防腐层破损检测的重要性
1865年美国建成第一条输油管道至今，管道运输业已有近150年的历史了，世界上100%的天然气和85%以上的原油都通过管道进行运输。
管道运输业与铁路、公路、水运、航空一起并列为世界五大运输业，它是国民经济的命脉，在经济建设与国防工业中发挥着重要作用。
与先进国家相比，我国的管道运输业起步虽晚，但发展速度却是很快。
仅以天然气管道为例，根据《天然气发展“十二五”规划》中所指出的，“十二五”期间我国将新建天然气管道超过4.4万公里，届时天然气管网规模相比目前存量管网规模接近翻倍，年均新建管道长度接近9000万公里。
但是，与锅炉、压力容器相比，我国压力管道的安全管理工作明显滞后，由于历史、技术及管理等方面等诸多因素，我国压力管道的安全管理水平是很低的。
管道运输业的快速发展，随之而来的是管道管龄老化、人为破坏、施工缺陷、腐蚀等各种问题的发生。
这些问题所导致的事故会严重污染了人类的生存环境，给人民的生命财产安全造成巨大的威胁。
所以，埋地管道的维护管理、规范施工、防腐蚀等都已经成为了当前发展形势下极为重要的课题。
腐蚀是影响埋地管道使用寿命和可靠性的重要因素。
外部土壤的腐蚀环境，外防腐层的破损，阴极保护的失效以及管道内介质对管道的腐蚀都是造成埋地管道腐蚀的成因。
而其中外防腐层以及阴极保护（统称外检测技术）是可以得到有效控制的。
能够及时掌握埋地管道防腐层破损情况并且加以监控和及时开挖修复，对于保障埋地管道的安全运行有着至关重要的意义。
2.几种常用的埋地管道防腐层破损检测技术的原理
近年来，随着计算机技术的快速发展，国内外埋地管道外检测技术也得到了迅速发展，下面介绍三种国内常用的埋地管道防腐层破损检测技术。
2.1.Pearson法（又称地电位梯度法、人体电容法）
该方法由美国人Pearson提出而得名，工作原理为管道和土地之间加载一个1KHz的交流信号，此信号会在管道防腐层破损点处流失到土地之中，因而在破损点的正上方地表形成一个交流电压梯度。
实际操作时需有两个操作人员的人体代替两个电极，用人体对土地的耦合电容来检测电压梯度信号并由接受装置接受，经滤波放大由指示器指示检测结果。
此方法在我国运用广泛，其优点是应用经验丰富，配合管线仪一同使用工作效率较高，对于地表要求不大，在城市的柏油水泥路上也能进行。
缺点是受外界电流干扰及其他因素影响大，并且极度依赖操作者的熟练度，会给出的不准确信息较多，故此方法在国外已基本淘汰。
2.2.电流衰减法
电流衰减法利用的是交变电流梯度法，通过在管道和土地间施加任一频率的正弦电压，给埋地管道发射检测信号，在地面上由管道自身电流产生交变电磁场的强度及变化规律。
通过管道上方地面的磁场强度换算出管中电流的变化，据此判断管道的支线位置或破损缺陷等。
管道的防腐层和大地之间存在着分布电容耦合效应，信号电流在管道外防腐层完好时的传播过程中呈指数衰减规律，当管道防腐层破损后，管中电流便由破损点流入大地，管中电流会明显衰减，引发地面磁场强度的急剧减小，由此对防腐层的破损进行定位。
在得到检测电流的变化情况后，根据评价模型可推算出防腐层的性能参数值Rg。
推算出防腐层的性能参数值Rg，而且可对管道路由精确定位描述，测量深度。
配合A字架（ACVG）与GPS定位，可以精准定位埋地管道防腐层破损点。
下图1为整套电流衰减法检测设备。
此方法的特点是实用性强，定位准确，在国外已经得到较多的应用，缺点是该方法对地表有所要求，尤其是在配合A字架一同使用时；并且受管道自身条件约束，对于设有绝缘法兰的管道，有支线的管道，此方法运用比较繁琐。
2.3.CIPS和DCVG综合检测技术
CIPS（密间隔电位测试），此方法在检测前，需在阴极保护电源上加载电流中断器，测试时按规定的周期循环断开整流器。
读取通电电位和断电电位。
DCVG （直流电压梯度技术）也是在阴极保护电源上加载一个中断器，利用阴极保护电源周期的中断而产生一个叠加周期直流脉冲信号，通过两根相距1～2米的探棒在地面上进行测量，根据毫伏表的摆动情况确定缺陷的位置，估算缺陷的尺寸。
而所谓CIPS和DCVG综合检测技术是指先采用DCVG方法进行防腐层检测，再采用CIPS技术在缺陷位置测量开闭瞬时电位，确定出缺陷的大小、被腐蚀程度的大小及等级，减少了开挖量。
该方法优点是充分利用了二者的技术优点，能够评价管道的阴极保护效果，还能够进行缺陷定位和计算缺陷大小，测量的准确率较高。
该方法的缺点是对地表要求很高，测量程序较为复杂，操作人员需进行专业培训。
故此方法在国外已有广泛应用，而在我国还处于应用起步阶段。
3.结语
通过上面三种埋地管道防腐层破损检测技术的比较，不难发现，现有的各种埋地管道防腐层缺陷检测技术各有优缺点，没有一种技术是能够提供地下管道防
腐状况的全面信息的。
所以研究现有的国内外各种检测技术，对引进和开发新的检测技术和检测方法具有十分重要的意义。
而我们在实际工作中，会采用两种检测方法分别对埋地管道的防腐层破损情况进行检测，通过两种不同方法的检测结果，相互验证，从而可以适当避免检测过程中出现的不准确信息，减少不必要的开挖工作。
确保城市燃气管道的安全运行。
