管道外防腐層PCM檢測技術(shù)

1、管道外防腐層PCM檢測技術(shù)郭勇 刑輝斌(鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，山東青島266071)摘要 : 本文介紹了管道防腐層無損檢測的應(yīng)用概況，通過介紹PCM儀器的工作原理， 管道定位、防腐層檢測方法、檢測結(jié)果處理及應(yīng)用中存在的問題等，闡述 PCM的應(yīng)用技術(shù)，給工程應(yīng)用提供參考，提高防腐層檢測的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞 : PCM；無損檢測；外防腐層External Anticorrosive Coating of the Pipeline for PCM testing technology Guo Yong Xing Huibing(Central Iron&Steel Reseach Instit

2、ute QingDao Research Institute For Marine Corrosion,Shandong Qingdao,266071 )Abstract: This article describes the nondestructive testing of pipeline coatings application, by introducing the principle of PCM equipment, piping location, coating testing methods, the results of treatment and application

3、 of existing problems, and explains PCM application technology ,the reference for engineering applications, to improve the accuracy of detection of anti-corrosion layer.Key Words: PCM;Nondestructive testing; External Anticorrosion Coating前言隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，油氣的供用量不斷增大，鋪設(shè)了大量管道。一般來說，對于成品油管道或者天然氣管道，內(nèi)腐蝕并不嚴(yán)重，而管道

4、罐壁的外腐蝕問題日益突出。 防腐層防腐是最為常用的防腐蝕方式，并且在應(yīng)用中取得了良好的保護(hù)效果， 隔離了腐蝕環(huán)境與管道，有效的阻止了腐蝕的進(jìn)行。管道防腐層的完好程度間接反映腐蝕的狀態(tài)，因此埋地管道外防腐層的檢測提升到日程上來。埋地金屬管道外防腐層檢測技術(shù)方法很多，如今防腐層狀況檢測技術(shù)大多是通過管道上方地面測量，通過相關(guān)參數(shù)反映管道外防腐層的狀態(tài)。對管道防腐層的檢測技術(shù)成熟，應(yīng)用比較廣。常用的檢測技術(shù)包括：多頻管中電流法（PCM）、皮爾遜檢測方法（Pearson） 、直流電位梯度法（DCVG）以及密間隔電位測試（CIPS）等。皮爾遜檢測方法（Pearson） 由美國人 Pearson提出，它是

5、在管道施加典型值為1000HZ 的交流信號，該信號通過防腐層破損點(diǎn)處時(shí)會流失到大地土壤中，因而電流密度隨著遠(yuǎn)離破損點(diǎn)而減小，就在破損點(diǎn)的上方地表面形成了一個(gè)交流電壓梯度。檢測時(shí)由兩名操作者手握探針，他們之間保持36m的距離，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，由指示電路顯示檢測結(jié)果。由于在該檢測方法中以兩個(gè)操作人員的人體代替接地電極，故該方法又稱“人體電容法（SL）；直流電位梯度法（DCVG）則是利用防腐層破損時(shí)， 陰極保護(hù)電流從破損點(diǎn)周圍流向破損處的管體，其電流密度與土壤電阻按照歐姆定律在破損點(diǎn)處形成電位梯度分布。利用電位梯度的異常點(diǎn)，可以測出防腐層破損點(diǎn)；密間隔電位測試（

6、 CIPS） 技術(shù)是在有陰極保護(hù)系統(tǒng)的管道上測量管道的管地電位沿管道長度方向的變化（一般間隔1-5 米測量一個(gè)點(diǎn)）來分析判斷防腐層的狀況和陰極保護(hù)的有效性，通過分析管地電位沿管道的變化趨勢可知道管道防腐層的總體平均質(zhì)量優(yōu)劣狀況。防腐層檢測各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中皮爾遜檢測方法是交流電在地表形成的電壓梯度， 受到土壤、操作人員與地之間的接觸電阻等因素的影響，也易受外界電流的干擾， 往往會形成誤檢；而且在水泥或?yàn)r青地面上檢測時(shí)有接地困難的問題；直流電位梯度法和密間隔電位測試技術(shù)的前提是管道施加陰極保護(hù)，否則無法測試。一、PCM檢測原理PCM管道防腐層檢測技術(shù)是利用交變電流梯度法，它是通過在管道和大地之間施

7、加某一頻率的正弦電壓，給待檢測的管道發(fā)射檢測信號電流，在地面上沿路由檢測由管道電流產(chǎn)生交變電磁場的強(qiáng)度及變化規(guī)律。通過管道上方地面的磁場強(qiáng)度換算出管中電流的變化，據(jù)此可以判斷出管道的支線位置或破損缺陷等。PCM檢測的基本應(yīng)用原理是：管道的防腐層和大地之間存在著分布電容耦合效應(yīng)， 且防腐層本身也存在著弱而穩(wěn)定的導(dǎo)電性，使信號電流在管道外防腐層完好時(shí)的傳播過程中呈指數(shù)衰減規(guī)律，當(dāng)管道防腐層破損后，管中電流便由破損點(diǎn)流入大地，管中電流會明顯衰減，引發(fā)地面的磁場強(qiáng)度的急劇減小，由此可對防腐層的破損進(jìn)行定位。在得到檢測電流的變化情況后，根據(jù)評價(jià)模型可推算出防腐層的性能參數(shù)值Rg。采用這種方法不但可以對防

8、腐層的破損進(jìn)行定位，推算出防腐層的性能參數(shù)值 Rg，而且可對管道路由精確定位描繪，測量深度。本測試方法還在很大程度上排除了大地的電性和雜散電流的干擾，具有很好的實(shí)用性。PCM儀器在管道防腐層檢測的應(yīng)用，對埋地管道防腐層狀況的檢測應(yīng)用， 操作具體方法是：在現(xiàn)場工作時(shí)先用發(fā)射機(jī)將一個(gè)檢測信號供入被測管道，如圖1所示， 然后在地面上沿管道線路進(jìn)行測量，記錄下該管道中各檢測點(diǎn)流過的電流值。 檢測數(shù)據(jù)處理可運(yùn)行管道防腐層計(jì)算軟件，可以方便地得到防腐層絕緣電阻計(jì)算結(jié)果與對應(yīng)的直觀計(jì)算結(jié)果圖形，軟件的計(jì)算功能可以得到防腐層絕緣電阻Rg，根據(jù)埋地鋼質(zhì)管道瀝青防腐層大修理技術(shù)規(guī)定SY/T 5918-94 中關(guān)于

9、防腐層老化狀況等級的劃分，就可得到管道的防腐層準(zhǔn)確狀況。1 向埋地管道供入信號電流利用交變電流梯度法對管道外防腐層情況進(jìn)行綜合評價(jià)，首先要計(jì)算管道各分段外防腐層絕緣電阻率，對于管道分段絕緣電阻率較低區(qū)域進(jìn)行標(biāo)定，劃定破損嚴(yán)重區(qū)，最后對管道漏點(diǎn)進(jìn)行精確定位。二、防腐層露點(diǎn)檢測采用埋地管道電流測繪系統(tǒng)（PCM）對管道防腐層漏點(diǎn)的檢測定位，管道的防腐層和大地之間存在著分布電容耦合效應(yīng)，信號電流在管道外防腐層完好時(shí)的傳播過程中呈指數(shù)衰減規(guī)律，當(dāng)管道防腐層破損后，管中電流便由破損點(diǎn)流入大地， 管中電流會明顯衰減，引發(fā)地面的磁場強(qiáng)度的急劇減小，由此可對防腐層的破損進(jìn)行定位。在得到檢測電流的變化情況后，裝配

10、A型架后，儀器便具備了FFL的功能（即外皮破損點(diǎn)定位功能），其工作原理是皮爾松法，也叫地面電場法。地面電場法的原理是指當(dāng)管道或電纜絕緣層有破損時(shí)，給管道施加的電流信號泄漏于周圍土壤中，并且在地面上產(chǎn)生散發(fā)性的電場分布，此時(shí)用A型架接觸地面，接收機(jī)便可測量到這種電場，并能追蹤到破損點(diǎn)的電位。三、檢測結(jié)果處理（ 1） PCM軟件結(jié)果處理原理由 PCM發(fā)射機(jī)向管道施加多個(gè)頻率的電流信號, 使用接收機(jī)接收同頻率的發(fā)射機(jī)信號。電流在沿管道傳送的過程中, 電流的逐漸衰減變化與管道防腐層的絕緣電阻率有關(guān), 反映電流衰減變化的關(guān)系式為： TOC o 1-5 h z I I0 e x（ 1）式中，I0：距離為0

11、 時(shí)的管道電流值；mAx：距離，m：衰減系數(shù)，=F（R,G,C,L,f） 與管道防腐層類型、管道直徑、厚度，材質(zhì)等有關(guān)R：管道縱向電阻率；mG：橫向電導(dǎo)率，S m-1C：管道與大地間的分布電容，F(xiàn) m-1L ：管道的自感，mH m-1f：外加電流頻率，Hz將公式（ 1）取對數(shù)，再兩邊微分，得d ln I dx，通過測定一系列距離下的電流值，可以求得。用來表征管道外涂層絕緣電阻的特征參數(shù)“Rg”定義為：R：管徑，mgG而 Rg=F（ , ），根據(jù)相關(guān)軟件和經(jīng)驗(yàn)公式，可以求得Rg。（ 2）處理結(jié)果分析PCM配套的軟件對處理結(jié)果進(jìn)行分析，依據(jù)電流的衰減變化值，計(jì)算Rg值，通過Rg，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管道防

12、腐層絕緣電阻率計(jì)算等級劃分如下：級別絕緣電阻率Rg （ m2）防腐層老化狀況一級（優(yōu)）10,000基本無老化二級（良）5,000 10,000輕微老化，無剝離或損壞三級（可）3,000 5,000老化較輕，基本完整，瀝青發(fā)脆四級（差）1,000 3,000老化較嚴(yán)重，有剝離較嚴(yán)重吸水現(xiàn)象五級（劣）1,000老化和剝離嚴(yán)重，輕剝即掉四、檢測中注意的問題（ 1） 信號回路：PCM檢測需要有發(fā)射機(jī)向管道施加輸出信號源，一般選取管道沿線的測試樁、閥井處和裸露在外部的金屬設(shè)施等，接地極可選取沿線的犧牲陽極，或者單獨(dú)設(shè)置的接地極，有些土壤干燥的區(qū)域，需加水降低土壤的電阻率，也可促使接地極和土壤良好接觸。（

13、 2）發(fā)射機(jī)提供的管中信號電流大小依據(jù)時(shí)間情況確定，如防腐層老化嚴(yán)重，電流衰減快，需要加大信號的輸出，否則發(fā)射信號范圍短，影響檢測效率，一般情況下，PCM接收機(jī)檢測到信號小于10mA，應(yīng)更換信號輸入點(diǎn)。（3）PCM地極一般在距檢測管線的垂直方向30 50 m以外的地方, 除非可以確定與目標(biāo)管線絕緣良好, 一般不能將其他管道、金屬構(gòu)架作為地極使用，但是可利用池塘、水溝、建筑物的接地線、避雷針地極等。5 結(jié)束語（1）PCM檢測的工程應(yīng)用很大程度上取決于工程技術(shù)人員的素質(zhì)和熟練程度，因此在了解PCM儀器使用后，實(shí)際應(yīng)用中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能提高認(rèn)識。（2） 新建管道防腐層PCM檢測，對露點(diǎn)的檢測準(zhǔn)確度比較高，但是對舊管道檢測過程中，因防腐層老化，不存在個(gè)別的露點(diǎn)，如果是大面積的脫落，這樣PCM檢測出現(xiàn)困難，但信號衰減嚴(yán)重。（3）PCM管道外防腐層檢測受到外界干擾，如高壓線、并行的管道、交叉或并行的電纜等， 因此實(shí)際檢測過程遇到很多問題，特別是在管網(wǎng)復(fù)雜的地段，管道之間有電連接，交互干擾嚴(yán)重，給實(shí)際檢測帶來很大困難。參考文獻(xiàn)劉周，張鵬，彭星煜等. PCM技術(shù)及其在蘭成渝管道上的應(yīng)用J . 管道技術(shù)與設(shè)備，2009, ( 5)：47-54高天青.PCM在地下管線探測中的應(yīng)用J. 福建地質(zhì)，2005, ( 3)：189-192何