論文埋地金屬管道綜合檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究范磊 林輝 (大慶市匯通無損檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司) 摘要：隨著技術(shù)的進(jìn)步以及國家能源政策的調(diào)整，埋地管道的安全運(yùn)行日益得到了管道使用單位和政府相關(guān)職能部門的重視。本文綜述了目前國內(nèi)外常用的埋地金屬鋼質(zhì)管道檢驗(yàn)檢測(cè)方法的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合作者的研究成果，提出埋地金屬管道綜合檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)組合方法。 關(guān)鍵詞：埋地金屬管道、檢測(cè)技術(shù)、比對(duì)研究、方法組合 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(hào)令(1)）的出臺(tái)，埋地金屬管道使用單位對(duì)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(duì)埋地金屬管道的安全監(jiān)察也日益重視(2)。經(jīng)過對(duì)舊管道的修復(fù)（Renovation）、修理（Repair）及更換（Replacement），（簡稱3R技術(shù)）(3)，通過進(jìn)行方案比較，發(fā)現(xiàn)主動(dòng)進(jìn)行有計(jì)劃的“修復(fù)”比管道事故后的“修理”代價(jià)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。而修復(fù)的基本要求是對(duì)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(cè)與評(píng)價(jià)，其結(jié)果對(duì)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(cè)以及制定綜合檢測(cè)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(cè)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(cè)技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義(4)。埋地鋼質(zhì)管道檢測(cè)技術(shù)包括內(nèi)部檢測(cè)與外部檢測(cè)，本文主要討論外檢測(cè)技術(shù)。外部檢測(cè)主要是指在地面不開挖條件下，對(duì)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(cè)評(píng)價(jià)，同時(shí)，有效地檢測(cè)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(cè)評(píng)價(jià)的一個(gè)重要方面。 2、埋地金屬管道外覆蓋層檢測(cè)技術(shù)與儀器 埋地金屬管道防腐涂層檢測(cè)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(cè)問題�，F(xiàn)將國內(nèi)外常用檢測(cè)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(cè)技術(shù)有：標(biāo)準(zhǔn)管/地（P/S）電位測(cè)試、密間隔電位測(cè)試技術(shù)（CIPS）、直流電位梯度法（DCVG）、Pearson測(cè)試技術(shù)、多頻管中電流衰減測(cè)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(cè)技術(shù) 管/地電位檢測(cè)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(duì)埋地管道自然電位和保護(hù)電位的測(cè)量，通過電位的數(shù)值間接評(píng)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(cè)量管線的陰極保護(hù)電位，是目前通用的地面測(cè)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(cè)（CIPS） 密間歇電位（有時(shí)也稱為近間距電位測(cè)試）檢測(cè)技術(shù)是當(dāng)今尖端的檢測(cè)技術(shù)之一，是一種用來提供管道對(duì)地電位與距離關(guān)系詳細(xì)情況的地面檢測(cè)技術(shù)。 CIPS的含義是近間距管對(duì)地電位測(cè)量，它由一個(gè)高靈敏的毫伏表和一個(gè)Cu/CuSO4半電池探杖以及一個(gè)尾線輪組成。測(cè)量時(shí)，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(dòng)采集數(shù)據(jù)樣。缺點(diǎn)是檢測(cè)時(shí)需步行整個(gè)管線，檢測(cè)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(cè)試技術(shù)（DCVG） 當(dāng)直流信號(hào)象陰極保護(hù)電流一樣加到管道上時(shí)，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(cè)技術(shù)，就是基于上述原理而建立的。 DCVG方法是使用一個(gè)的毫伏表（先進(jìn)的DCVG儀器用數(shù)字液晶屏幕顯示所測(cè)的毫伏數(shù)），以及2個(gè)Cu/CuSO4半電池探杖插入檢測(cè)部位的地面進(jìn)行電位梯度檢測(cè)。 為了有利于對(duì)信號(hào)的觀察和解釋，在DCVG測(cè)量時(shí)，要在陰極保護(hù)輸出上加一個(gè)斷流器。在測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)；雜散電流、地表土壤的電阻率等環(huán)境因素會(huì)引起一定的測(cè)量誤差。 代表儀器是加拿大Cathodic Technology Company生產(chǎn)的HexcorderDCVG。（4）Pearson檢測(cè)技術(shù) 該檢測(cè)技術(shù)也稱電壓差法，在管道與大地之間施加的交變信號(hào)通過管道防腐層的破損點(diǎn)處時(shí)會(huì)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(gè)交流電壓梯度。檢測(cè)時(shí)，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(hào)通過電纜送接收裝置，經(jīng)濾波放大后，指示檢測(cè)結(jié)果。 可沿線檢測(cè)防腐層破損點(diǎn)和金屬物體，是目前國內(nèi)最常用的檢測(cè)技術(shù)。價(jià)格便宜，且在國內(nèi)有較成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，檢測(cè)速度較快，同時(shí)，該法具有識(shí)別破損點(diǎn)大小的功能，微小漏點(diǎn)均能測(cè)到，在長輸管道的檢測(cè)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(cè)，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(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，對(duì)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(cè)技術(shù)公司生產(chǎn)的HT系列地下管道防腐層探測(cè)檢漏儀。（5）管內(nèi)電流檢測(cè)技術(shù) 管內(nèi)電流檢測(cè)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(píng)價(jià)防腐層絕緣電阻。 檢測(cè)時(shí)由發(fā)射機(jī)向管道發(fā)射某一頻率的信號(hào)電流，電流流經(jīng)管道時(shí)，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(shí)，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(shí)，在破損處就會(huì)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(huì)減弱。 這是目前國內(nèi)外應(yīng)用比較成熟的一種檢測(cè)方法，可長間距快速探測(cè)整條管線的防腐層狀況，也可縮短間距對(duì)破損點(diǎn)進(jìn)行定位，屬于非接觸地面測(cè)量，受地面環(huán)境影響較小。但測(cè)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(cè)儀。（6）變頻－選頻法 該方法是通過被測(cè)管路的某個(gè)標(biāo)樁向管體和大地之間加載一定功率的交流信號(hào)，在另一標(biāo)樁處檢測(cè)管體與大地之間同一頻率的信號(hào)，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(hào)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(jì)算兩標(biāo)樁之間管道包覆層的漏電阻。由于評(píng)價(jià)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(cè)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(jì)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(duì)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(cè)技術(shù)公司生產(chǎn)的HT系列地下管道防腐層絕緣電阻測(cè)量儀。（7）管中電流－電位法 其原理是通過陰極電流測(cè)量電流衰減及電位偏移來計(jì)算其覆蓋層的絕緣性能參數(shù)，是測(cè)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(cè)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(cè)與設(shè)備組合 根據(jù)對(duì)上述各種檢測(cè)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(cè)以及對(duì)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(cè)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(cè)是在管道正上方，需要明確管線的位置與走向。對(duì)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(cè)；而對(duì)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(cè)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(gè)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(hào)由天線接收后傳送到數(shù)字信號(hào)處理硬件，經(jīng)計(jì)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(tái)設(shè)備。（2）管線外覆蓋層安全質(zhì)量狀況檢測(cè) 采用管中電流測(cè)繪法評(píng)價(jià)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(cè)，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(cè) 對(duì)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(cè)量方法，綜合評(píng)價(jià)管道的陰極保護(hù)效果。而對(duì)于外覆蓋層安全質(zhì)量狀況較差的管道，宜采用CIPS測(cè)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(duì)土壤電阻率較高的地區(qū)，建議也采用CIPS測(cè)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(duì)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(cè)發(fā)現(xiàn)問題較多的管段，應(yīng)進(jìn)行破損點(diǎn)檢測(cè)與定位，并估算其大小。目前常用的檢測(cè)有：RD400-PCM帶A字架檢測(cè)儀以及大慶市匯通無損檢測(cè)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(cè)儀。建議采用兩種方法進(jìn)行重復(fù)定位，以提高檢測(cè)準(zhǔn)確率。為了有效地評(píng)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(cè)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(duì)于較復(fù)雜且重要的管線，建議采用SCM方法。因?yàn)�，�?duì)于有破損點(diǎn)的管段，SCM能更有效地進(jìn)行雜散電流測(cè)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(hào)發(fā)送器發(fā)送獨(dú)特的電流信號(hào)，用SCM智能感應(yīng)器測(cè)量所選管道中流動(dòng)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(cè)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(duì)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(cè)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(cè)，尚有一些技術(shù)難題未完全解決，需要對(duì)現(xiàn)有的檢測(cè)方法進(jìn)行有效組合因此，本文在對(duì)國內(nèi)外埋地鋼質(zhì)管道的檢驗(yàn)檢測(cè)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(cè)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(cè)中進(jìn)行了試驗(yàn)，具有可行性。