摘　要：對(duì)埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿劳飧g間接檢測(cè)技術(shù)的原理、特點(diǎn)、適用性進(jìn)行了分析，篩選出適用于檢測(cè)外防腐層缺陷、陰極保護(hù)效果的間接檢測(cè)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿?；間接檢測(cè)；外防腐層；陰極保護(hù)

Applicability Analysis of Indirect Detection Technologies of Buried Steel Gas Pipeline

Abstract：The principle，characteristics and applicability of indirect detection technologies of external corrosion of buried steel gas pipeline are analyzed．The indirect detection technology suitable for the detection of external anticorrosive coating defects and cathodic protection effect is screened out．

Keywords：buried steel gas pipeline；indirect detection；external anticorrosive coating；cathodic protection

1　概述

燃?xì)庾鳛槌鞘邪l(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市環(huán)境改善起到了促進(jìn)和保障作用。由于燃?xì)鈱僖兹家妆橘|(zhì)，在運(yùn)行期間泄漏易造成燃燒、爆炸、中毒等危害，直接關(guān)系社會(huì)公共安全和居民的人身、財(cái)產(chǎn)安全。埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿?span lang="EN-US">(以下簡(jiǎn)稱(chēng)燃?xì)夤艿?span lang="EN-US">)安全運(yùn)行故障種類(lèi)較多，故障原因也比較復(fù)雜，但從統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果來(lái)看，約30％的運(yùn)行故障和安全事故與燃?xì)夤艿劳夥栏?dǎo)致的燃?xì)庑孤┯嘘P(guān)。因此，對(duì)燃?xì)夤艿啦扇〉耐夥栏胧┑耐旰贸潭冗M(jìn)行日常檢測(cè)及修復(fù)具有十分重要的意義。

對(duì)于燃?xì)夤艿劳飧g，通常采取雙重防腐措施：外防腐層、陰極保護(hù)。外防腐層是第一道屏障，對(duì)防止燃?xì)夤艿劳飧g起到重要作用，隨著外防腐層性能的下降，陰極保護(hù)的作用逐漸加強(qiáng)，但仍無(wú)法替代外防腐層對(duì)管道外防腐的作用。因此，燃?xì)夤艿赖耐飧g檢測(cè)應(yīng)包括外防腐層的檢測(cè)以及陰極保護(hù)效果檢測(cè)。

管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)(External Corrosion Direct Assessment，ECDA)是結(jié)合當(dāng)前各種埋地管道檢測(cè)工具，基于檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確地定位外腐蝕破損點(diǎn)，評(píng)價(jià)并降低外腐蝕對(duì)管道完整性的影響，從而提高管道安全狀況的方法。ECDA包括預(yù)評(píng)價(jià)、間接檢測(cè)、直接檢測(cè)、后評(píng)價(jià)4個(gè)步驟。間接檢測(cè)為現(xiàn)場(chǎng)非開(kāi)挖檢測(cè)，檢測(cè)管道外腐蝕行為和查找外防腐層的破損點(diǎn)。直接檢測(cè)主要是為了驗(yàn)證(采取直接開(kāi)挖驗(yàn)證)間接檢測(cè)的正確性，并收集管道腐蝕數(shù)據(jù)^[1-2]。

本文主要討論間接檢測(cè)技術(shù)的適用性。間接檢測(cè)可采用的檢測(cè)技術(shù)包括標(biāo)準(zhǔn)管一地電位檢測(cè)技術(shù)、密間隔電位(CIPS)檢測(cè)技術(shù)、直流電壓梯度(DCVG)檢測(cè)技術(shù)、皮爾遜(Pearson)檢測(cè)技術(shù)、變頻選頻檢測(cè)技術(shù)、管中電流檢測(cè)技術(shù)等^[3-4]。不同檢測(cè)技術(shù)對(duì)外防腐層狀況、陰極保護(hù)效果的檢測(cè)能力不同，抗干擾能力也不同，因此實(shí)施間接檢測(cè)時(shí)通常需要采用2種或2種以上檢測(cè)技術(shù)。

2　適用性分析

①標(biāo)準(zhǔn)管——地電位檢測(cè)技術(shù)

標(biāo)準(zhǔn)管—地電位檢測(cè)技術(shù)是使用數(shù)字萬(wàn)用表與便攜式銅—飽和硫酸銅參比電極，通過(guò)檢測(cè)樁檢測(cè)施加有陰極保護(hù)管道的保護(hù)電位，通過(guò)分析保護(hù)電位的分布，間接評(píng)定燃?xì)夤艿劳夥栏瘜拥臓顟B(tài)。

標(biāo)準(zhǔn)管—地電位檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能快速測(cè)量燃?xì)夤艿赖年帢O保護(hù)電位，是目前通用的地面測(cè)量燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)電位的方法。缺點(diǎn)是不能確定外防腐層缺陷大小、位置以及剝離情況，易受客觀(guān)因素影響(包括交直流干擾，儀器的專(zhuān)用性和響應(yīng)速度，檢測(cè)樁的設(shè)置，鋼材電阻率的取值等^[5])。

標(biāo)準(zhǔn)管—地電位檢測(cè)技術(shù)適用于野外或郊外等易于開(kāi)挖地段，不適用于城市燃?xì)夤艿溃枧渲?span lang="EN-US">1名操作人員，檢測(cè)能力為5～8km／d。

②密間隔電位檢測(cè)技術(shù)

密間隔電位(Close Interval Potential Survey，CIPS)檢測(cè)技術(shù)是一種用于提供燃?xì)夤艿缹?duì)地電位與距離關(guān)系詳細(xì)情況的地面檢測(cè)技術(shù)。密間隔電位檢測(cè)裝置由一臺(tái)靈敏的交流電壓表(mV級(jí))、一根銅一飽和硫酸銅半電池探杖及一個(gè)電纜繞線(xiàn)輪組成。測(cè)量時(shí)，在陰極保護(hù)電源輸出線(xiàn)上串接斷流器，斷流器以一定的周期斷開(kāi)或接通陰極保護(hù)電流。

密間隔電位檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能指示燃?xì)夤艿姥鼐€(xiàn)的陰極保護(hù)效果，指示缺陷的嚴(yán)重性，并自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)是是檢測(cè)時(shí)需步行整條管道，檢測(cè)結(jié)果不能指示外防腐層的剝離情況，易受到干擾電流的影響，需拖拉電纜^[6]。

密間隔電位檢測(cè)技術(shù)適應(yīng)不同的現(xiàn)場(chǎng)條件，需配置2名操作人員，檢測(cè)能力為3～6km／d。

③直流電壓梯度檢測(cè)技術(shù)

直流電壓梯度(Direct Current Voltage Gradient，DCVG)檢測(cè)技術(shù)利用已有的陰極保護(hù)直流電信號(hào)或臨時(shí)向管道施加直流電信號(hào)，可在外防腐層缺陷位置檢測(cè)到管對(duì)地電位的異常，從而確定外防腐層破損點(diǎn)和破損程度。當(dāng)直流信號(hào)施加到燃?xì)夤艿郎蠒r(shí)，在外防腐層破損點(diǎn)與土壤之間存在電壓梯度。在外防腐層缺陷位置附近，電壓梯度增大，電壓梯度一般與缺陷大小成正相關(guān)關(guān)系。直流電壓梯度檢測(cè)裝置由一臺(tái)電壓表(mV級(jí)，帶數(shù)字顯示屏)，以及兩根銅一飽和硫酸銅半電池探杖組成。在測(cè)量過(guò)程中，操作人員沿管道以2m為間隔用探杖在管頂上方進(jìn)行測(cè)量。

直流電壓梯度檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能準(zhǔn)確地查找出外防腐層的缺陷位置，可估算缺陷大小，并通過(guò)IR降電位判定缺陷的嚴(yán)重程度。檢測(cè)過(guò)程不受交流電干擾，不需拖拉電纜，受現(xiàn)場(chǎng)條件影響小，操作簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高。檢測(cè)結(jié)果可為用戶(hù)提供合理的維護(hù)和改造建議。缺點(diǎn)是不能指示燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)效果，需沿線(xiàn)步行檢測(cè)；雜散電流、土壤電阻率等環(huán)境因素易引起一定的測(cè)量誤差^[6]。需配置l名操作人員，檢測(cè)能力2～12km／d。

④皮爾遜檢測(cè)技術(shù)

皮爾遜(Pearson)檢測(cè)也稱(chēng)交流電壓梯度檢測(cè)，在燃?xì)夤艿琅c大地之間施加的交變信號(hào)通過(guò)燃?xì)夤艿婪栏瘜拥娜毕菸恢脮r(shí)會(huì)流失到大地中，電流密度隨著離缺陷位置的距離增大而減小，在缺陷位置的上方地面形成了一個(gè)交流電壓梯度。檢測(cè)時(shí)，兩名操作人員腳穿鐵釘鞋或手握探杖，相距3～6m，將各自拾取的電信號(hào)通過(guò)電纜送至接收裝置，經(jīng)濾波放大后，由指示電路指示檢測(cè)結(jié)果。

皮爾遜檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是在國(guó)內(nèi)有較成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，檢測(cè)速度較快。缺點(diǎn)是需要沿線(xiàn)步行檢測(cè)，不能指示缺陷的嚴(yán)重程度、陰極保護(hù)效果和外防腐層剝離情況，易受外界電流的干擾。依賴(lài)操作者的技能，常給出不存在的缺陷信息，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。

皮爾遜檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)深度大于5m，適用于城市燃?xì)夤艿赖臋z測(cè)，需配置2名操作人員，檢測(cè)能力為3～6km／d。

⑤變頻選頻檢測(cè)技術(shù)

變頻選頻檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)被測(cè)燃?xì)夤艿赖哪硞€(gè)檢測(cè)樁向燃?xì)夤艿琅c大地之間加載一定功率的交流電信號(hào)，在另一檢測(cè)樁處檢測(cè)管體與大地之間同一頻率的信號(hào)。同步地改變發(fā)射、接收頻率直到接收功率為發(fā)射功率的5％以下，即可認(rèn)為“信號(hào)損耗殆盡”。然后根據(jù)兩檢測(cè)樁之間的管道長(zhǎng)度、管道直徑、管壁厚度、外防腐層的材料損耗角正切值等物理量，計(jì)算兩檢測(cè)樁之間管道外防腐層的平均絕緣電阻。由于變頻選頻檢測(cè)是以管段為單位進(jìn)行的，實(shí)際上給出的是管段外防腐層平均絕緣電阻，因此不能指示具體的缺陷位置。

變頻選頻檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能快速普查整條管道外防腐層的綜合保護(hù)性能，受地面環(huán)境影響較小。缺點(diǎn)是計(jì)算結(jié)果引入的人為因素多，誤差大，線(xiàn)傳輸理論模型對(duì)復(fù)雜管道難以適應(yīng)，特別是對(duì)于支線(xiàn)較多的城市燃?xì)夤艿?，無(wú)法得到有效檢測(cè)結(jié)果。

變頻選頻檢測(cè)技術(shù)適用于干擾較少且并不復(fù)雜的燃?xì)夤艿溃枧渲?span lang="EN-US">2名操作人員，檢測(cè)能力為15～20km／d。

⑥管中電流檢測(cè)技術(shù)

管中電流檢測(cè)技術(shù)(又稱(chēng)電流衰減檢測(cè)技術(shù))是采用地面檢測(cè)等效電流的原理，評(píng)價(jià)外防腐層絕緣電阻以及確定防腐層缺陷位置的方法。檢測(cè)時(shí)由發(fā)射機(jī)向燃?xì)夤艿腊l(fā)射某一頻率的電流，電流流經(jīng)管道時(shí)，在管道周?chē)a(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)。當(dāng)管道外防腐層完好時(shí)，隨著管道的延伸，無(wú)電流流失現(xiàn)象或流失較少，在管道周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)比較穩(wěn)定。當(dāng)管道外防腐層存在缺陷或老化時(shí)，在缺陷處就會(huì)有電流流失現(xiàn)象，隨著管道的延伸，管道周?chē)艌?chǎng)的強(qiáng)度會(huì)減弱。

管中電流檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用成熟，可快速檢測(cè)管道的防腐層狀態(tài)，受地面環(huán)境影響較小。測(cè)量結(jié)果直觀(guān)，綜合評(píng)價(jià)準(zhǔn)確。不易受外界電流的干擾，只需預(yù)先獲得一些管道相關(guān)的物理量(如管道直徑、壁厚等)。缺點(diǎn)是不能指示陰極保護(hù)效果，不能指示外防腐層剝離情況。

管中電流檢測(cè)技術(shù)適用于城市燃?xì)夤艿劳夥栏瘜拥臋z測(cè)，需配置2名操作人員，檢測(cè)能力為3～7km／d。

3　檢測(cè)方法組合

①外防腐層檢測(cè)

a.防腐層狀況檢測(cè)。采用管中電流檢測(cè)技術(shù)對(duì)燃?xì)夤艿劳夥栏瘜拥臓顟B(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

b．缺陷定位與大小估算。對(duì)外防腐層狀態(tài)異常的管段，以及陰極保護(hù)效果檢測(cè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題較多的管段，應(yīng)進(jìn)行缺陷檢測(cè)與定位，并估算大小。目前常用的檢測(cè)方法有管中電流檢測(cè)技術(shù)、直流電壓梯度檢測(cè)技術(shù)，建議采用這兩種方法進(jìn)行重復(fù)檢測(cè)，以提高檢測(cè)準(zhǔn)確率。

②陰極保護(hù)效果檢測(cè)

對(duì)于外防腐層狀況較好的管段，可采用標(biāo)準(zhǔn)管一地電位檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)電位，進(jìn)而評(píng)價(jià)陰極保護(hù)效果。對(duì)于外防腐層狀況較差的管段，宜采用密間隔電位檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)陰極保護(hù)效果，確保管道的安全運(yùn)行。對(duì)于土壤電阻率較高的地區(qū)，建議也采用密間隔電位檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)管一地電位，以有效消除IR降電位。

4　結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)不同檢測(cè)技術(shù)的組合，可以掌握燃?xì)夤艿赖淖呦蚺c埋深、外防腐層狀況、陰極保護(hù)電位、缺陷大小與位置、缺陷的嚴(yán)重程度，從而為使用單位對(duì)燃?xì)夤艿肋M(jìn)行維護(hù)與改造提供依據(jù)。

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本文作者：張繼亮

作者單位：泰能天然氣有限公司