天燃?xì)夤艿婪栏瘜硬婚_挖損傷檢測的方法

1、 天燃?xì)夤艿婪栏瘜硬婚_挖損傷檢測的方法1 引言1.1 選題依據(jù)及課題意義管道運(yùn)輸是燃?xì)廨斔筒捎玫闹饕绞健?0世紀(jì)70年代開始，我國油氣管道大規(guī)模建設(shè)到現(xiàn)在為止，據(jù)不完全統(tǒng)計，已建成的石油、天然氣管道總里程已超過了4萬公里，正在興建和擬建的管道也有近萬公里、油田集輸管網(wǎng)、煉廠、城市管網(wǎng)累計達(dá)數(shù)十萬公里。由于輸送管線穿越地域廣闊，服役環(huán)境復(fù)雜，位置隱蔽，一旦發(fā)生失效破壞，往往造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，導(dǎo)致人身傷亡等災(zāi)難性事故，對環(huán)境也會造成很大的破壞。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，每年因為管線老化造成的管道事故十分頻繁，存在著極大的潛在危險。在每年的燃?xì)夤艿佬孤┦鹿手泻艽蟊壤怯晒艿栏g引起的，其中包括管道內(nèi)腐蝕

2、和管道外腐蝕。燃?xì)夤艿拦芡飧g是所有管道自身事故中事故率最高的，也是造成燃?xì)夤艿雷陨硎鹿实淖钪饕?。即使管道在敷設(shè)、安裝運(yùn)行時達(dá)到了相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但管道的外防腐層老化是不可避免的。當(dāng)然管道腐蝕的檢測技術(shù)也在不斷的發(fā)展中。管道作為大量輸送石油、氣體等能源的安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸手段，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用，為了保障油氣管道安全運(yùn)行，延長使用壽命，應(yīng)對其定期進(jìn)行檢測，以便發(fā)現(xiàn)問題，采取措施。圖1.1 管道生命期模型圖1.2 管齡與管道發(fā)生事故可能性關(guān)系伴隨油氣田的開發(fā)，油氣管道的安全運(yùn)行越來越受到廣泛的重視。定期通過應(yīng)用各種方法檢測管道受腐蝕程度，可以有效地分析燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險和安全性。對于采取針對性

3、地對策和措施，防患于未然，保障燃?xì)夤艿赖陌踩?yīng)等有著重大和積極的作用。圖1.3 管道檢測經(jīng)濟(jì)效益比較埋地管道外防腐層不開挖損傷檢測可在役非開挖的情況下，完成對管道的相關(guān)檢測，得到了廣泛的應(yīng)用，可以準(zhǔn)確檢測出出現(xiàn)損傷的位置，再由相關(guān)人員進(jìn)行修復(fù)，保證管道的安全運(yùn)行，避免管道事故的發(fā)生。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢適用于制造行業(yè)的“浴缸”事故概率曲線同樣適用于管道工程?，F(xiàn)在我國對長輸管道的檢測多采用傳統(tǒng)的管道外檢測技術(shù)，如：以“金屬蝕失量”和“平均剩余管壁厚度”評價埋地管道腐蝕狀況；以“防腐層絕緣電阻”評價防腐層老化程度。工作原理是：無論是電腐蝕還是自然腐蝕，其結(jié)果都是金屬量蝕失、腐蝕產(chǎn)物垢

4、積，造成埋地鋼管的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率下降。因此，只要檢測出因腐蝕所致的這一物理性質(zhì)的變異部位和變異程度，經(jīng)過與已知(已發(fā)生腐蝕和未發(fā)生腐蝕)的情況對比，就可以指出腐蝕地段并對腐蝕程度做出評價?？梢愿鶕?jù)蝕失量(或平均剩余管壁厚度)和絕緣電阻的大小及其隨年度的變化速率評價埋地管道腐蝕程度和防腐狀況，預(yù)測在線管道的壽命。還可以在現(xiàn)場通過地面無損檢測手段直接對防腐層破損點、管道泄漏點等缺陷精確定位。檢測數(shù)據(jù)由專用處理軟件進(jìn)行處理和分析，并給出量化結(jié)果。綜上所述，燃?xì)夤艿栏g可有多種方法進(jìn)行檢測。管道外部檢測主要是指在地面不開挖條件下，采取外檢測技術(shù)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。2o世

5、紀(jì)8o年代中期，國內(nèi)才開始實施管道外檢測技術(shù)。近幾年，隨著國家及民眾安全意識的逐步提高，在國家政府的大力支持下，相關(guān)企業(yè)通過與國外管道公司交流，在開發(fā)國內(nèi)檢測技術(shù)及儀器的同時，引進(jìn)了國外先進(jìn)的管道外檢測技術(shù)與設(shè)備。目前，這些先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備己廣泛應(yīng)用于國內(nèi)的油氣管道防腐層檢測中，在實際操作中應(yīng)用較為廣泛的外檢測技術(shù)主要包括：標(biāo)準(zhǔn)管地電位檢測、皮爾遜檢測、交流電流率減法、變頻一選頻法、密間距電位測試(cis、cips)、直流電位梯度測試(dcvg)、雜散電流檢測技術(shù)、電化學(xué)暫態(tài)技術(shù) ；代表儀器分別為：ht系列和sl一2098埋地管道外防腐層狀況檢測儀、rd400-pcm和c-scan埋地管道外防腐

6、層狀況檢測儀、cath-tech型dcvg直流電壓梯度測量儀、scm雜散電流檢測儀、阻抗分析儀。這些方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)在不開挖、不影響正常工作的情況下對埋地管道進(jìn)行檢測，但都屬于間接檢測管道腐蝕的方法，而且得到的原始數(shù)據(jù)往往需要工作人員的仔細(xì)分析和校驗；有的管外檢測技術(shù)還不適用于公路、鐵路、海洋等區(qū)域下的管道，無法實現(xiàn)對管道的全面檢測。當(dāng)前, 國內(nèi)外防腐層檢測大多采用電磁法, 其原理上大體可分為電壓梯度法和電流梯度法兩種。電壓梯度法比較多地應(yīng)用于有陰極保護(hù)的管道上, 在管線簡單情況下的準(zhǔn)確率比較高, 但儀器本身不具備定位功能, 須與定位儀配合使用, 檢測工作量較大, 而當(dāng)檢測現(xiàn)場復(fù)雜時則束手無策

7、, 因此更適合于對長輸管道的定期監(jiān)測。有的產(chǎn)品中使用全球定位系統(tǒng)同步的斷流器控制電流開/ 斷, 技術(shù)含量比較高, 但價格過高難于普及。一些應(yīng)用電流梯度法的儀器使用gps技術(shù), 也存在價格高的問題。而國內(nèi)生產(chǎn)的儀器往往在抗干擾、測量精度及儀器穩(wěn)定性上與國外產(chǎn)品存在一定差距, 管道檢測工作尚屬起步階段,已檢測的管道數(shù)量不足管道總量的1/ 10 ,而且尚未對任何管道進(jìn)行再檢測。由于各方面原因,某些管道經(jīng)營管理者對管道檢測的重要性認(rèn)識不足,沒有充分認(rèn)識到管道事故的危害性。我們要加強(qiáng)管道檢測重要性的宣傳,政府有關(guān)部門應(yīng)盡快制定管道安全檢測有關(guān)法規(guī),根據(jù)優(yōu)選方案制定全國管道檢測計劃,力爭盡快對全部管道實施

8、內(nèi)檢測,并且定期進(jìn)行管道再檢測,建立管道檢測信息數(shù)據(jù)庫,從中找出各條管道的腐蝕規(guī)律,從而對管道現(xiàn)狀及未來安全狀況做出科學(xué)預(yù)測,采取有效措施,避免管道事故的發(fā)生。同時,還要加快智能檢測器的國產(chǎn)化步伐,盡快趕上國際管道檢測先進(jìn)水平。針對管外檢測技術(shù)存在的問題，德國、美國、日本和加拿大在這方面的研究起步較早，且已結(jié)合此項技術(shù)研制了各種智能檢測爬行機(jī)(intelligent pig 或smart pig)，簡稱爬行機(jī)，并獲得了成功的經(jīng)驗。1.3 本文的研究內(nèi)容了解天然氣管道的構(gòu)造和工作環(huán)境，天然氣管道主要由鋼制管體和外防腐層，以及用來檢測的檢測樁和測試管道壓力的連體表盤，我們的研究主要涉及到檢測樁和外

9、防腐層。其中主要介紹一下管道外防腐層。管道外涂層（防腐層）主要是由成膜物質(zhì)、顏料以及稀釋劑、催干劑、固化劑等組成，是防止外部介質(zhì)腐蝕的第一道屏障。好的外涂層能隔絕管道外表面與外界土壤介質(zhì)的直接接觸，阻斷電解質(zhì)對鋼制表面的腐蝕，使埋地管線得以保護(hù)。但是如果外涂層一旦遭到破壞就會使被保護(hù)管道形成大陰極、小陽極的腐蝕，此時不但得不到有效的保護(hù)，還會使局部腐蝕加劇，所以外涂覆蓋層一般都要求具有良好的絕緣性、高強(qiáng)度性、化學(xué)穩(wěn)定性。目前主要采用的防腐涂料有石油瀝青、聚乙烯膠帶、熔結(jié)環(huán)氧粉末、煤焦油瓷漆和環(huán)氧煤瀝青等?？梢愿鶕?jù)實際情況選擇實用、經(jīng)濟(jì)的外防腐涂層。圖1.4 油氣管道的基本結(jié)構(gòu)工作環(huán)境主要是考慮

10、到管道所處的環(huán)境是否給檢測外防腐層帶來了影響，例如城市地下管道的檢測，由于城市環(huán)境錯綜復(fù)雜，就會給檢測增加難度。學(xué)習(xí)相關(guān)管道外防腐層檢測的原理，在了解外防腐層檢測原理的情況下，再進(jìn)一步分析由其衍生的檢測方法，比較其優(yōu)缺點，并適當(dāng)借鑒，試著設(shè)計出自己的檢測方法，并結(jié)合實際設(shè)計出一個合理的實驗進(jìn)行驗證。本實驗屬于探索性試驗，需要記錄多組實驗數(shù)據(jù)，并對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的分析和處理。主要是看其能否完成以下四個實驗任務(wù)：1、利用導(dǎo)體電阻的相關(guān)物理原理，假設(shè)出土壤的電阻率，進(jìn)而計算出電阻與檢測點距漏點土壤的厚度的關(guān)系，便于對檢測電路進(jìn)行分析。2、跟據(jù)第一項任務(wù)的計算結(jié)果，確定電路中的相關(guān)參量，并由此計算出

11、該實驗檢測的另一個重要參量靈敏度。3、完成對外防腐層漏電的定位，或者證明此處存在防腐層漏點，這也是外防腐層檢測的最基本任務(wù)。4、更高級的是能完成漏電面積的確定，這需要更加高端的技術(shù)水平，只能試著去去研究。 2 防腐層不開挖檢測方法的比較及檢測方法的選擇2.1 防腐層不開挖檢測的相關(guān)知識介紹2.1.1 埋地管道外腐蝕的原因埋地鋼質(zhì)管道處于土壤這種非單一性介質(zhì)中，土壤中溶解的各種電解質(zhì)對管道外表面形成電化學(xué)腐蝕，這也是埋地管道遭受的最主要的腐蝕形式。埋地管道的應(yīng)力腐蝕是外加應(yīng)力或殘余應(yīng)力與腐蝕聯(lián)合作用導(dǎo)致材料破壞，在防腐層剝離部位由應(yīng)力腐蝕開裂引發(fā)的事故是埋地管道的主要破壞形式之一。其次，埋地管道

12、還可能受到由于物質(zhì)差異和環(huán)境引起的各種長線宏電池腐蝕，如氧濃差電池、差異電池、鹽濃差電池和溫差電池等。此外，埋地管道還可能受地面雜散電流腐蝕，土壤中微生物的侵蝕、地表植物根系對防腐體系的破壞等一系列外來影響引起的各種腐蝕。所以合理選擇防腐形式、防腐材料，提高埋地管道的使用年限就顯得格外重要。埋地管道外防腐的主要措施在我國現(xiàn)階段埋地鋼制管道外防腐運(yùn)用最為廣泛的是外涂覆蓋層和陰極保護(hù)相結(jié)合的形式，本文主要討論鋼制管道外防腐技術(shù)。2.1.2 管線防腐層絕緣電阻檢測及土壤電阻率測試基于與管線位置探查相同的機(jī)理，利用管線總距離或百米電磁感應(yīng)強(qiáng)弱信號下降幅度，確定管線防腐層質(zhì)量狀況。采用總測試距離法和百米

13、磁場下降法對防腐層絕緣電阻進(jìn)行測量。該方法經(jīng)和變頻選頻法，試布法，電壓差法等多種計算法和測試法對比。為了下述的管線腐蝕狀況評估的需要，應(yīng)對管線外環(huán)境予以明確。用接地電阻測試儀每隔100200 m左右測試一組數(shù)據(jù)，在管地電位異常段加密測點，每3050 m測試一組數(shù)據(jù)。2.1.3 防腐層不開挖檢測檢測方式的優(yōu)缺點(1)優(yōu)點 防腐層破損主要是施工中磕碰引起的檢測發(fā)現(xiàn)破損點后可以立即將該部位管道挖出進(jìn)行修補(bǔ)，全部回填完畢檢測再將管道挖出，減少大量土方。避免不必要的工程費(fèi)用支出，同時又不影響管道施工組織，保證了整個工期進(jìn)度。(2)缺點 回填一段檢測一段的檢測方法固然能及時發(fā)現(xiàn)問題，但也有局限性。a因管線

14、較長，分段檢測無形之中增加了檢測次數(shù)，加大了檢測成本。b先回填的管段一般是直管段，容易操作，出現(xiàn)問題的可能性一般較小：而彎管段管道連接時不易操作，固定口防腐出現(xiàn)問題的可能性較大。由于施加信號和管段位置識別困難該管段完整性檢測出現(xiàn)錯誤判斷的可能性較大。2.2 防腐層的各檢測方法比較2.2.1 防腐層不開挖檢測電壓法和電流法 以“金屬蝕失量”和“平均剩余管壁厚度”評價埋地管道腐蝕狀況；以“防腐層絕緣電阻”評價防腐層老化程度。工作原理是：無論是電腐蝕還是自然腐蝕，其結(jié)果都是金屬量蝕失、腐蝕產(chǎn)物垢積，造成埋地鋼管的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率下降。因此，只要檢測出因腐蝕所致的這一物理性質(zhì)的變異部位和變異程度，經(jīng)過與

15、已知(已發(fā)生腐蝕和未發(fā)生腐蝕)的情況對比，就可以指出腐蝕地段并對腐蝕程度做出評價?？梢愿鶕?jù)蝕失量(或平均剩余管壁厚度)和絕緣電阻的大小及其隨年度的變化速率評價埋地管道腐蝕程度和防腐狀況，預(yù)測在線管道的壽命。還可以在現(xiàn)場通過地面無損檢測手段直接對防腐層破損點、管道泄漏點等缺陷精確定位。檢測數(shù)據(jù)由專用處理軟件進(jìn)行處理和分析，并給出量化結(jié)果。燃?xì)夤艿劳夥栏瘜油暾詸z測的方法很多，比較常見的主要包括以下兩類：電壓法基本原理：當(dāng)一個交流信號加在金屬管道上時，在防護(hù)層破損點便會有電流泄漏入土壤中。這樣在管道破損點和土壤之間就會形成電位差。并在破損點的正上方輻射的信號最強(qiáng)，可用儀器在埋設(shè)管道的地面上檢測到這

16、種電位變化。從而發(fā)現(xiàn)管道防腐層的破損點 電壓法包括標(biāo)準(zhǔn)管地電位法、密間隔管地電位法(cis、cips)、直流電壓梯度法(dcvg)、變頻一選頻法、電位差法、近電位勘測法等。電流法基本原理：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)生一相應(yīng)磁場，當(dāng)管道完好時。無電流流失現(xiàn)象或流失較少，在管道周圍產(chǎn)生的磁場比較穩(wěn)定：當(dāng)防護(hù)層破損或老化時。在破損處就會有較大的電流流失現(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 與前面檢測的電流讀數(shù)進(jìn)行比較。發(fā)現(xiàn)明顯陡降，可以對外防腐層破損點進(jìn)行實時定位檢測人員在管道上方用地面專用儀器對管道周圍的磁場進(jìn)行接收處理。可以直接讀出該處管道數(shù)據(jù)

17、和管道深度電流法包括皮爾遜法(pearson)、管中電流法(pcm)、c掃描(c-scan)、間歇電流法等。2.2.2 多頻管中電流衰減法(pcm)pcm 系統(tǒng)分為兩部分, 超大功率發(fā)射機(jī)向管道供入一個頻率接近直流的電信號, 手提式接收機(jī)沿管線路由進(jìn)行管道定位、管中信號電流的測量。當(dāng)管道防腐蝕層性能均勻時, 管中電流的數(shù)值與距離成線性關(guān)系, 其電流衰減率取決于涂層的絕緣電阻, 根據(jù)電流衰減率的大小變化可評價防腐蝕涂層的絕緣質(zhì)量。若存在電流異常衰減段, 則可認(rèn)為存在電流的泄漏點, 再使用a 字架檢驗地表電位梯度, 即可對涂層破損點進(jìn)行精確定位。該法適合于埋地鋼管防腐蝕層質(zhì)量檢測評價、破損點定位、

18、破損點大小估計、管線走向及埋深檢測、搭接定位檢測以及陰極保護(hù)系統(tǒng)有效性檢測。操作簡單, 廣泛應(yīng)用于管道檢測工作。1.pcm系統(tǒng)的組成目前國內(nèi)外常用的檢測儀器是英國雷迪公司的rdpcm,以此為例, 主要有發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、強(qiáng)磁力儀(磁靴)、a字架(精確定位)、地極、可充電式24v蓄電池、管道檢測數(shù)據(jù)處理軟件等構(gòu)成。2.pcm檢測技術(shù)的基本原理向管道施加lt和elf( 4hz和128hz) 幾種單頻和混合頻率的電流,對施加在管道上的電流進(jìn)行追蹤。電流在管道走向傳送過程中,在管道周圍形成電磁場,電流的衰減變化與管道的外防腐蝕層損壞狀況有關(guān)。衰減變化關(guān)系式為:式中: i為管道任一點電流值a;i0為發(fā)射供

19、電點電流值a;x為測量點離供電點距離m;a為衰減系數(shù), 與防腐蝕層、管道材質(zhì)有關(guān)。電流強(qiáng)度的對數(shù)與距離構(gòu)成電流衰減曲線,管道防腐蝕層均勻,電流下降較小,電流強(qiáng)度的對數(shù)與距離成線性關(guān)系,其斜率取決于防腐蝕層的電阻率和單位距離的衰減率。單位距離的電流變化率與距離之間的關(guān)系是一條水平直線, 即y= in(i1-i2)/x式中: y為單位距離管道中電流變化率( db/km 或db/m);x為檢測管道電流兩點間的距離(km或m); i1為檢測管道中前點的電流強(qiáng)度值(a); i2 為檢測管道中后點的電流強(qiáng)度值。當(dāng)管道防腐蝕層整體狀況較差時,電流衰減較大;當(dāng)管道上存在泄漏點時,該處的電流向管外傳播,電流強(qiáng)度

20、陡降。通過連續(xù)測量,根據(jù)相應(yīng)解釋處理軟件分析電流衰減變化規(guī)律,對管道防腐蝕層進(jìn)行評估,結(jié)合/ a0字架可確定破損點的位置。3.pcm檢測過程的注意事項(1)收集并查看被檢測管道的原始資料: 熟悉管道的分布、管道運(yùn)行狀況、穿跨越地段、被檢管道區(qū)域內(nèi)的其他管線分布、閥門、管線陰極保護(hù)測試樁及其他一些相關(guān)信息。(2)地極的選擇: 接地極一般打在垂直管道方向30 50 m以外的地方,地極不能接在其他管道或金屬構(gòu)架之上,以免信號傳入測量區(qū)產(chǎn)生干擾。接好地極之后,應(yīng)檢查接地回路電阻,回路電阻應(yīng)在數(shù)十至數(shù)百8之間。(3)信號接入點的選擇:原則是盡量使管道上有較強(qiáng)的信號電流, 使相鄰伴行管線上盡量沒有信號,

21、或使其它管線上的信號最小。當(dāng)被檢管道有多個供入點可供選擇時,要盡量選擇管道分布最稀疏、防護(hù)層狀況較好的位置靠近信號輸入點的附近位置不能進(jìn)行檢測,至少應(yīng)該在10m以外。(4)發(fā)射機(jī)的使用: 管線檢測的工作頻率一般選用128hz, 檢測電流一般選用300ma。(5)/a字架0的使用: 當(dāng)用/a字架0對可疑管段進(jìn)行復(fù)測時, 在破損點附近, 接收機(jī)面板讀數(shù)一般在40-60 db, 漏點很大時可能大于70 db。以1m的間隔沿管線的走向進(jìn)行檢測, 則db值讀數(shù)上升后,短暫下降, 又上升,之后數(shù)值會逐漸下降;當(dāng)箭頭改變方向,說明破損點就在附近位置,然后重新以更小的間隔進(jìn)行前后檢測, 直到找到電流方向的變化

22、點、毫伏分貝讀數(shù)最低的位置,此時可以肯定破損點就在/a字架0的中點位置。(6) 管道檢測過程: 測量過程中增益一般保持在小于、等于75,過大或過小, 都會影響檢測的精度。用峰值探測管線的位置和方向,用零值進(jìn)一步驗證管線位置, 當(dāng)峰零值定位基本重合時,說明管線附近沒有其他管線的干擾或者干擾很小,當(dāng)峰零位置不一致時(峰零值所定的管線位置間隔大20cm時),表示被檢管線存在干擾,此時的峰零值點均不能準(zhǔn)確指示管線的位置,實際的管線在靠近峰值的一側(cè),且是在峰零值間距一半靠近峰值一側(cè)的位置上。對于有三通的管線,首先確定主管線的路徑并做標(biāo)記,再以一定間距讀取信號電流值,在出現(xiàn)電流衰減的管段探測支管出現(xiàn)的位置

23、,具體做法為旋轉(zhuǎn)接收機(jī)90度,距離管線3m以外進(jìn)行搜索,即可發(fā)現(xiàn)支管上的信號,從而確定支管出現(xiàn)的位置, 而對三通進(jìn)行檢測時,最可靠的方法是將發(fā)射機(jī)信號加在支管上,信號電流由支管流到主管線上,然后由三通點向主管線的兩個方向傳導(dǎo),令接收機(jī)的寬面與主管線成直角,搜索該信號,主管線上的三通分支點處將顯現(xiàn)零值。管道拐彎的檢測方法:首先沿管線追蹤檢查,當(dāng)檢測到管線拐點處,則繼續(xù)沿剛剛追蹤管線的路由向前就檢測不到管線,在管道信號消失處,做半徑為5m的圓形搜索,可確定管線拐向。(7)防護(hù)層缺陷的判定和定位:防護(hù)層質(zhì)量分為局部缺陷和整體老化?？筛鶕?jù)值遞減與局部缺陷之間的對應(yīng)關(guān)系判定防護(hù)層缺陷類型,同樣的值并不一

24、定能說明二者破損程度相同,因為埋深不同、土壤的水含量不同,周圍環(huán)境等都會對其產(chǎn)生影響。因此db值只是從量的角度說明破損的程度,不能一概而論。多頻管中電流法可快速、經(jīng)濟(jì)地找出電流信號漏失較嚴(yán)重的管段, 并通過計算機(jī)分析評價防腐層的狀況, 再使用pcm儀器的“a”字架檢測地表電位梯度,精確定位防腐層破損點。該方法優(yōu)點是: 檢測方法簡單,需要人員少; 不受管線中支管影響;適于不同規(guī)格、材料的管道, 可長距離地檢測整條管道, 受防腐層材料、地面環(huán)境變化影響小; 可對管道進(jìn)行精確定位及跟蹤, 測定管道的走向及埋深,并且可計算出管段防腐層絕緣電阻rg 值; 適合于復(fù)雜地形并可對管道防腐層劃分技術(shù)等級, 提

25、出防腐層維護(hù)方式; 采用專用的藕合線圈, 還可對水下管道進(jìn)行防腐層檢測。缺點是: 抗干擾性不強(qiáng),不適用于高土壤電阻率的埋地鋼質(zhì)管道外覆蓋層檢測; 等效電流衰減率不是傳播常數(shù), 需要經(jīng)驗指定所必需的物理量, 如管體的電阻、內(nèi)電感、外電感以及防腐層的電容率等; 對穿孔過多或管道設(shè)施過多的管道, 如集油環(huán)管道或雙管流程集、摻水管道,pcm系統(tǒng)的檢測解析結(jié)果誤差較大; 在凍土季節(jié)難于檢測; 不能判斷防腐層是否存在剝離。2.2.3 pearson 法該方法是以1940年技術(shù)發(fā)明人pearson命名的檢測法, 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蝕層的破損點時會流失到大地土壤中, 因而

26、電流密度隨著遠(yuǎn)離破損點的距離而減小, 在破損點的上方地表面形成了一個交流電壓梯度, 通過接收器接收涂層缺陷部位漏到大地的電壓梯度, 來確定缺陷部位。皮爾遜法是用來找出防腐層缺陷和缺陷區(qū)域的方法。這種檢測方法的優(yōu)點是: 檢測成本低; 檢測速度快; 破損點位置檢測準(zhǔn)確、便于管線維修;檢測不受有無陰極保護(hù)設(shè)施影響, 且在國內(nèi)有較成熟的使用經(jīng)驗; 該法具有識別破損點大小的功能, 微小漏點也能檢測到。缺點是: 不同的土壤和防腐層電阻都能引起信號的改變, 抗干擾性較差; 不能指示產(chǎn)生屏蔽的剝離防腐層; 不能指示陰極保護(hù)效率; 不能評定破損點的等級; 判斷缺陷以及缺陷大小依賴于操作員的經(jīng)驗; 由于發(fā)射功率較

27、小, 測量范圍有一定的限制, 對于城市埋地管線的檢測誤判率較高, 并且因為信號傳輸距離較近,要不斷更換發(fā)射點位置; 勞動強(qiáng)度較大, 對水泥或瀝青地面產(chǎn)生了接地難的問題。2.2.4 標(biāo)準(zhǔn)管/地電位檢測法(p/s)這是一種為了控制管道外壁腐蝕, 監(jiān)控陰極保護(hù)效果的測試技術(shù)。可用來了解陰極保護(hù)系統(tǒng)及管道防腐蝕層的狀況。其特點是能在陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下, 沿管線測量測試樁處的管地電位。通常是在陰極保護(hù)狀態(tài)下, 間隔1km到1.5 km沿管道布置的測試點處測量管對地電位。但在某一測試點測得的電位值是靠近測試點布置的參比電極附近的若干防腐蝕層缺陷電位的綜合值。標(biāo)準(zhǔn)管/地電位檢測技術(shù)主要用于監(jiān)測陰極保護(hù)效

28、果的有效性, 采用萬用表測試接地cu/cuso4 參比電極與金屬管道表面上某一點之間的電位, 通過電位距離曲線了解電位分布情況, 用以區(qū)別當(dāng)前電位與以往電位的差別。當(dāng)管地電位相對cu/cuso4 參比電極的電位為- 850-1250mv 時, 認(rèn)為管道處于保護(hù)狀態(tài); 當(dāng)管地電位-850 mv 時,管道處于未保護(hù)狀態(tài),此時在管道表面可能有腐蝕發(fā)生; 而當(dāng)管地電位值 r0，由得l=0.1m。如果rarb r0，此時應(yīng)調(diào)節(jié)限流電阻r0，并調(diào)節(jié)電源的電壓值。例如將r0降為6，電源電壓值為6v。這種條件下同樣可算出檢測電路的靈敏度。 綜上所述，檢測電路的檢測靈敏度在0.1m-0.2m之間，具有較高的靈敏

29、度4 防腐層不開挖檢測的試驗研究4.1 檢測的試驗步驟試驗開始前，制作出模擬的油氣管道的模型，并在油氣管道的防腐層上制作出，不同形狀的腐蝕點，包括點狀和條狀缺陷，且管道的埋深為一米，暫不在管道下方設(shè)置缺陷。并保持檢測樁與管體金屬部分相連，且其外部未與電路連接部分的外部同樣覆蓋防腐層，保證其與土壤絕緣，以防電路發(fā)生短路。按以下電路圖連接試驗裝置，開始試驗，手持探針沿管線方向貼地移動，找到當(dāng)電流表達(dá)到最大值的檢測點。圖4.1 實驗電路連接圖找到當(dāng)電流表取到最大值的點后，以此點為圓心以大于該檢測方法的靈敏度0.3m為半徑畫一個圓，在該圓上選出均勻的8個檢測點a，b，c，d，e，f，g，h其中圓的頂點

30、記為a,從此點順時針命名其余各點。分別對這8個點進(jìn)行檢測，分別記錄電流表的示圖4.2 檢測點的分布圖值，填寫到表中。以下是兩組試驗數(shù)據(jù):表（一）abcdefghi（a）0.360.360.360.360.360.360.360.36表（二）abcdefghi（b）0.360.380.380.380.360.360.360.36如果記錄的實驗數(shù)據(jù)中出現(xiàn)檢測圓的右半圓檢測點的電流取值與圓心的一樣（b，c，d），則可判斷出此缺陷為長條形缺陷，這樣再沿著管線的方向向左或向右找到電流值與其余電流值相同的點，記錄數(shù)據(jù)。4.2 實驗數(shù)據(jù)分析 以上兩組數(shù)據(jù)分別是點狀和條狀腐蝕點的電流表檢測數(shù)據(jù)，下圖就是點狀和

31、條狀腐圖4.3 不同形狀缺陷電流值梯度圖圖4.4 電流值波形圖蝕點的處在電流值的點所構(gòu)成的圖形，及其電流取值的波形圖，通過這兩種數(shù)據(jù)處理方式，便能對腐蝕點進(jìn)行基本定性，完成對油氣管道的外防腐層不開挖的檢測。4.3 缺陷處理對檢測進(jìn)行評估如果進(jìn)行油氣管道的外防腐層不開挖檢測后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷出改處存在缺陷，根據(jù)檢測結(jié)果，挖出相應(yīng)位置的管道檢查，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)段管線已發(fā)生輕微腐蝕，驗證檢測結(jié)果真實準(zhǔn)確，評估如下：a管線防腐層的破損等缺陷較多，防腐層完整性差。防腐層絕緣電阻率等級為劣應(yīng)盡量修復(fù)防腐層并增加陰極保護(hù)系統(tǒng)，或及時采取其他更為安全的措施。實踐證明，在地下狀況復(fù)雜的城市中使用外防腐層和犧牲陽

32、極的聯(lián)合電保護(hù)措施效果明顯。b目前管線防腐層大多已處于老化降級速度較快階段，易形成局部防腐層缺陷已大量存在的和即將形成的防腐層局部缺陷，加之普遍較強(qiáng)土壤腐蝕性將加速管道的局部腐蝕，最終導(dǎo)致管道穿孔破壞。在雜散電流存在的地區(qū)，這些缺陷處還可能導(dǎo)致雜散電流電解腐蝕破壞，應(yīng)引起重視，并加強(qiáng)檢測。c在防腐層破損處，管體已發(fā)生輕微腐蝕，多表現(xiàn)為表面有浮銹、一定范圍的麻點腐蝕和潰瘍狀腐蝕防腐層的局部破損易造成孔蝕等局部腐蝕破壞，本工程暫沒發(fā)現(xiàn)明顯影響管道安全運(yùn)行的孔蝕現(xiàn)象。對運(yùn)行一定時間的埋地管道應(yīng)加強(qiáng)腐蝕控制檢測，完善腐蝕控制系統(tǒng)，特別是完善防腐層和陰極保護(hù)的聯(lián)合保護(hù)技術(shù)，對保證管道的安全運(yùn)行，抑制各種

33、腐蝕的發(fā)生發(fā)展有十分重要的作用。4.4 完整性檢測中需注意的問題在燃?xì)饴竦劁撝乒艿赖耐暾詸z測過程中，還發(fā)現(xiàn)了一些檢測的局限性，使檢測報告對管道防腐質(zhì)量判別產(chǎn)生直接的影響。4.4.1 對非開挖、穿跨越管段的檢測(1)頂管、淺埋暗挖隧道穿越由于檢測儀器對非金屬管道不敏感。在采用鋼筋混凝土套管頂管、淺埋暗挖隧道穿越鐵路、公路、河流等特殊地段的管段，其本身結(jié)構(gòu)對檢測信號有屏蔽作用。穿越此類地段進(jìn)行檢測較困難，無法提供檢測報告該管段的材料通常會提高安全等級，施工時要注意對防腐層的保護(hù)。在確保施工質(zhì)量的前提下，如果出現(xiàn)極其特殊情況需要檢測該段管道的防腐層，可以采用開挖豎井方式進(jìn)入套管或隧道內(nèi)進(jìn)行直觀檢查

34、。(2)夯管穿越。由于夯管一般使用沒有防腐層的鋼套管，會對檢測儀器有干擾，極有可能檢測到的是鋼套管的數(shù)據(jù)，無法得到套管內(nèi)燃?xì)夤艿赖姆栏瘜訑?shù)據(jù)。此處形成了一定的檢測盲區(qū)，只能在套管內(nèi)穿燃?xì)夤艿罆r避免損傷防腐層，加裝帶狀陽極專門電保護(hù)，否則此段管線將是后期運(yùn)行比較難檢測和評判的部位。(3)定向鉆穿越。由于定向鉆段管道高程變化比較大，對檢測儀器的功率和精度要求相對較高。(4)過河抗浮塊管道直埋過河設(shè)置的抗浮塊對檢測儀器有屏蔽作用，且管線投產(chǎn)后穿越河道檢測比較困難。所以在電保護(hù)設(shè)計中應(yīng)考慮在河底或河兩岸增加犧牲陽極，在施工中注意不能損傷抗浮塊內(nèi)管道防腐層。(5)蓋板保護(hù)溝管道覆土淺等特殊地段通常加設(shè)管

35、道承重保護(hù)溝，管溝的鋼筋混凝土蓋板結(jié)構(gòu)對檢測儀器有一定干擾。這種情況下，檢測人員的經(jīng)驗對檢測報告準(zhǔn)確性具有很重要的意義。4.4.2 其他地下管線對檢測的干擾地下交叉管道情況比較復(fù)雜的管段，可能會有其他金屬管道或金屬物體接觸了被測管道，而使電流非正常擴(kuò)散，對儀器造成嚴(yán)重干擾，將無法得到真實數(shù)據(jù)4.4.3 檢測報告對管道修復(fù)方式的影響對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并得出報告，防腐層狀況的評價結(jié)果與真實狀況的吻合程度決定了是否進(jìn)行修復(fù)和具體選擇修復(fù)方法如發(fā)現(xiàn)防腐層破損，但管道沒有發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。根據(jù)土壤測試報告并通過評估，僅對防腐層進(jìn)行修復(fù)即可。而當(dāng)發(fā)現(xiàn)防腐層剝離且管道金屬表面出現(xiàn)凹坑腐蝕，并通過計算認(rèn)為管道剩余

36、壁厚不能滿足強(qiáng)度，嚴(yán)重影響管道安全運(yùn)行時，應(yīng)立即更換該段管道檢測結(jié)果直接影響處理方法的選擇和發(fā)生的費(fèi)用，務(wù)必盡可能保證檢測結(jié)論的準(zhǔn)確。無論使用何種修復(fù)方法都應(yīng)該盡量保證不影響用戶的正常用氣，采用最合理、最安全的方案進(jìn)行。4.5 檢測和試驗方法中需要改進(jìn)的地方（需進(jìn)一步討論的問題）4.5.1 土壤電阻問題a當(dāng)管道的表面存在腐蝕點，既土壤導(dǎo)電時，土壤的電阻與探針距腐蝕點的距離圖4.5 土壤電阻分析示意圖的關(guān)系。由于導(dǎo)體導(dǎo)電時，電子是以在探針與漏點之間最短距離運(yùn)動，故土壤中導(dǎo)電部分的長度就是探針與漏點之間的最短距離。由于在同一電阻率的土壤中進(jìn)行討論，故土壤的電阻與探針距腐蝕點的距離成正比。b當(dāng)管道的

37、覆蓋土壤是分層的時候，討論此時土壤的電阻。覆蓋土壤有電阻率為2 = 200m，和電阻率1 = 100m 的土壤。圖4.6 分層土壤電阻分析示意圖 土壤的電阻等于兩個土層電阻串聯(lián)起來，當(dāng)探針在腐蝕點缺陷正上方時既在a點,此時土壤的電阻流過實驗電路中的電流為 當(dāng)探針移動至b點時，此時土壤電阻此時流過實驗電路中的電流為 由于電流表的最小刻度為0.01a，所以只有當(dāng)ia-ib0.01a，既當(dāng)兩檢測點的距離l滿足下式 同樣假設(shè)出rarbr0，由以上公式便能算出此時檢測電路的靈敏度，在進(jìn)行油氣管道防腐層的不開挖檢測，方法類似。4.5.2 檢測電路靈敏度問題（電表）根據(jù)論文中所設(shè)計的檢測電路圖，準(zhǔn)確地說計算

38、檢測靈敏度應(yīng)根據(jù)以下示意圖計算出來，更具有一般性或者普遍性。應(yīng)在腐蝕點正上方以外的土壤表面選取兩個檢測點，進(jìn)行計算，其它條件均與文中計算靈敏度的條件一樣。當(dāng)探針在腐蝕點缺陷正上方時既在c點,此時土壤的電阻圖4.7 檢測靈敏度分析示意圖當(dāng)探針移動至d點時，此時土壤電阻 由于電流表的最小刻度為0.01a，所以只有當(dāng)ic-id0.01a，既當(dāng)兩檢測點的距離l滿足下式 設(shè)rarbr0，即即可求出如此算法下的檢測靈敏度l，實驗完成后，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，電流梯度圖和波形圖應(yīng)如下圖。但這種算法較為麻煩，在保證檢測到缺陷，并能判斷出腐蝕缺陷的形狀圖4.8 電流取值的波形圖圖4.9 電流表取值的梯度圖的情況下，先

39、前的辦法雖不是很嚴(yán)謹(jǐn)，但是已夠用。另外，本電路圖中也采用了電壓表，利用電位梯度的變化來檢測缺陷以及判斷缺陷的形狀，其電位波形圖應(yīng)如下，但是明顯采用電位法靈敏度較低，而且該種檢測方法靈敏度較為繁瑣，比較之下還圖4.10 高阻抗電壓表示值波形圖是選擇采用電流表作為度量。5 結(jié)論為了實現(xiàn)對埋地油氣管道外防腐層實現(xiàn)不開挖檢測，通過比較現(xiàn)存的各種防腐層不開挖檢測方法，設(shè)計出自己的檢測方法和試驗方法，進(jìn)行試驗研究。（1）通過對目前常用的幾種對埋地油氣管道外防腐層實現(xiàn)不開挖檢測方法的分析，每種方法都有各自的特點，有的檢測方法不能確定缺陷形狀及位置，而且測量結(jié)果不直觀，有些方法易受外界電流的干擾，不能快速測量

40、管線的腐蝕狀況。通過對比較各種防腐層層檢測技術(shù), 采用類似于dc電壓梯度檢測技術(shù)電流信號檢測方法, 可準(zhǔn)確地確定出涂層缺陷的位置方面。本試驗電路基于基本的電學(xué)原理，采用較簡單的儀器儀表，即可實現(xiàn)對防腐層漏點的檢測，并能控制檢測靈敏度在0.5m以內(nèi)。電路中采用電流信號作為主要參考參數(shù)，相對于電壓梯度法具有靈敏度高，可較精確定位出缺陷所在的位置。（2）優(yōu)化設(shè)計一種埋地油氣管道外防腐層不開挖檢測的方法，檢測精度控制在0.5m以內(nèi)，由于電流表最小可估計到0.01a，有相關(guān)電路原理計算出檢測電路的靈敏度為0.1m-0.2m。而后使用此種檢測方法對模擬埋地油氣管道模型進(jìn)行檢測，記錄每個檢測點下的電流值，對

41、通過電流梯度法和波形圖進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判斷缺陷的形狀。參考文獻(xiàn)1 莫誠生,韓建彬.長輸天然氣管道在線檢測技術(shù)研究j.廣西輕工業(yè),2010,136(3):3133,432 朱其康.埋地液化氣管道外防腐層檢測及評價j.化工設(shè)備與管道,2008, 45(4)：6567 3 黃煥東,陳定岳,馬維.淺談城市燃?xì)怃撡|(zhì)埋地管道安全檢測技術(shù)j.腐蝕與防護(hù), 2009,29(6):3343364 龔 明,孫明燁,陳 敏,張鐵程.燃?xì)饴竦劁撝乒艿劳夥栏瘜油暾詸z測的應(yīng)用及j.城市燃?xì)?2008,404(1):15175 蔣承君,巨西民.油氣管道檢測技術(shù)發(fā)展和現(xiàn)狀j.內(nèi)蒙古石油化工,2008,(3):83856 于培

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