埋地管道音频检测施工技术

刘　洁　张　伟　龚永玲　张惠荣　殷苏敏

[摘要]管道音频检测施工技术是近年来采用的管道检测技术，阐述音频检测在埋地管道施工中对管道的腐蚀环境、防腐层状况、管体腐蚀状况、阴极保护运行状况、管线的埋深等进行检测方面的施工技术。

[关键词]埋地管道音频检测

中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：1671-7597(2009)061 0097-03

一、引言

石油、天然气和城市燃气埋地管道腐蚀与保护越来越引起人们的重视，管道防腐层由于埋地时间长久而出现老化、发脆、剥离、脱落、造成管道的腐蚀、穿孔，引起泄漏，给国民经济造成不可估量的损失。采用音频检测方法，可以为新铺设管道防腐层施工质量验收以及在役管道防腐层的运行状况提供真实有效的技术参数和技术分析。

二、工艺原理

在待检测管道上加一个电流，通过发射机施加到管线上一个或几个特定频率的检测信号，通过对该信号强弱、方向的测定，完成对管道的精确定位、测深、防腐层检测等工作。

使用接收机对目标管线进行精确定位，水平天线在管道正上方给出最大响应，垂直天线在管线正上方给出最小的信号响应。使用不同的定位模式，通过接收机测出目标管线的精确位置。

1．近直流信号。采用4Hz的信号电流，来完成埋地管道防腐层的检测。在管道上的传输特性与阴保电流相近，对阴保系统的有效性评估及查找故障十分有效，故称之为近直流信号。接收机检测4Hz的电流读数也称PCM电流。

2．定位电流。发射机发射128Hz或640Hz的检测电流，来完成对埋地管道的定位检测。接收机检测128Hz或640Hz的电流读数称之为定位电流。

3．ELF信号。发射机在ELF信号档发射128Hz的定位电流信号。ELF频率信号是超低频信号的英文缩写(Extra Low Frequency)。适合最大距离的埋地管道定位及防腐层检测。接收机检测128Hz的电流读数称之为定位电流。

三、工艺特点

利用A型架对管道进行精确的测量：

用来进行埋地管道外防腐层及电缆外皮破损点的精确定位。

1．使用时需将A型架的两个探针与大地良好接触。

2．电流方向(CD)功能，PCM接收机面板上的前后箭头可直观指示出漏点的方向。

3．PCM接收机面板上还显示出A型架的两个探针之间电位差的毫伏分贝值(dB)，该数值用来比较不同外防腐层故障检测电流泄露的差异，以确定破损的严重程度。

用木桩或油漆记下故障点的位置。比较漏点的严重程度。

四、工艺流程

线路分段→发射机连接→拉地线连接→设备自检→管线定位→管线走向定位→防腐层检测→管线埋深检测→疑似点复测→位置标记→数据记录

五、施工要点

1．PCM发射机

(1)连接信号输出线

白色信号线直接与管道连接(阀门、测试桩、凝水缸等)。

绿色信号线接在合适的地线(地极、阴保系统的阳极或跳接管道绝缘法兰)上。

(2)选定检测频率

连接电源。如果连接直流电源，请检查蓄电池的电压，必要时进行更换。

设定电流强度。注意过大的输出会影响蓄电池的使用时间。

2．PCM接收机

(1)检查电池。当电量不足时，更换新电池。

(2)设定探测频率，必须与发射频率工作在同一频率上。

(3)置于峰值定位方式。

3．管道的精确定位

所谓精确定位是指被测管道的位置已经有了大致的了解，而用精确定位法确定出管道确切的位置。精确定位管线非常重要，因为仪器测出的深度及电流值均受管道定位精度的影响。

(1)峰值法。将接收机的灵敏度放在大致一半的位置上，若此时模拟指针满刻度，则逆时针方向调节增益，使指针在大致60％的位置。整个测量过程需及时调整灵敏度，使仪器的模拟指针保持在可观察范围以内，如图1。

(2)零值法。在峰值法上的记号点将接收机设置为工作零值方式，如图2。

根据左／右方向箭头指示，在管道上面再找到一个最小响应点。如果此点与峰值法重合，说明管道已被精确定位；如不重合，说明管道位置尚未“精确”地找到，或有干扰存在。两种方法定出的位置都偏离在管道的同一侧，那么该管道的真实位置应该接近峰值法所定的位置。

当峰值法与零值法两者测得的位置差距在15cm以内，说明测量结果是可以接受的。

图3表示，有平行管道或闸阀时，对两种方法产生的影响。进行管道搜索定位，遇到有“T”型或“L”型管道或集结点而产生干扰，无法作出正确判断时，则需要用左图列出的方法进行扫描。将接收机增益开至50％左右，在该区进行加密测量。此时请注意接收机测量方向，并切记不要将接收机平面与管道同向。

4．测深和电流测量

(1)测深和测电流时注意：接收机必须放置在与管道垂直90。的上方。

(2)确定磁靴上的方向箭头与管线的走向一致。

(3)磁力仪允许与支架(磁靴底端)有一角度的倾斜。

(4)在坡地上测深，必须保持接收机及磁力仪放置图4位置。

(5)如果接收机放置如4图第③种位置，则测得的深度和电流值是不

六、检测应用分析

(一)城市管网(有一段并行管道，见图5)

测量一新管道，而新管道的一侧埋设有旧管道，大约相距30cm。给目标管道施加了1A的检测电流。为了便于说明，将被测管道分成A、B两段。

A段：用峰值和零值定位重合情况良好，电流读数值表明防腐层状态良好。

B段：用峰／零值定位不重合，峰值位置偏向老管道一侧，电流读数也有明显下降。

图5中情况是：老管涂层不良并与新管有搭接现象，为电流入地提供一个良好通道。

这种情况的表现是该处管道的峰值位置偏向一侧。而电流读数急剧下降。用图来分析，曲线拐点即是故障点。

为了验证这一假设，将发射机接到被测管道的另一端。

将同样1A电流施加到管道另一端，获得以下读数。

A段：用峰值／零值定位重合良好，其读数正常下降。

B段：用峰值及零值定位重合不佳，而且电流读数下降。

C段：起始点电流急剧下降，几乎消失，据此断定此处有搭接。

这是由于旧的废弃管道自搭接点处，与目标管道的电流方向相反，提供检测电流返回地极的最好通路，使得目标管道上的电流几乎为零。

(二)城市管网(一段伴行短管道典型应用，见图6)

为方便说明，在图7中对目标管线分A、B、C三段。在目标管道上施加1A电流，沿最大电流流向的一侧管段进行检测。

A段：用峰值及零值法定位重合良好，这一电流读数比较稳定，说明管道保护层完好。

B段：用峰值／零值法定位发现重合不好，间距超过15厘米时，而且读数有明显降落。

C段：用峰值及零值法定位重合良好，而且电流读数稳定。

说明邻侧有另一金属管道在B段上产生一个不大的反向电流，所以在新管道上引起了一股抵消作用，造成新管上的电流读数下降。

图6说明有邻管影响所引起的曲线凹缺。

典型测量示例：

在发射机的一侧发现异常方向信号电流时的检测，连接发射机，选择1A档供入信号电流。在电流方向箭头指向发射机的位置，测得电流值为900mA。在发射机连接点的另一侧，不但发现用峰／零定位重合不好，而且电流方向异常(离开发射机的)，再往远处情况依然如此。

检测发现邻近有其它的金属管道不但与被测管道搭接，而且管段的部分走向与目标管道平行。而由于目标管道上的信号电流比起相邻管道的电伴行短管道典型应用)检测图示。

(三)有均压电缆长输管道的检测

在距目标管线大约3m远的位置有一废弃的管道，两管道之间有一均压电缆连接，将发射机分别置于目标管道的两端进行检测，可以区分出旧管道对检测电流读数的影响。

PCM发射机连接到这条管道的阴保整流器的位置，测得检测电流为800mA，并已确定出电流流向。

在距发射机3km以外的地方，测得两个管道上都有很好的电流读数，目标管道300mA，旧管为100mA，电流方向表明在3km以内的某处，两条管道有搭接情况。

将发射机接到管道的另一端时，各测量点均在相同位置，而在目标管线上信号供入点附近，也测得800mA电流，但在旧管道上测不出电流读数。

一系列电流读数表明：当接近均压电缆时，在两管上均有电流读数，但电流方向相反，指示连接点在前面。

在测得电流值为500mA处，发现搭接点，并继续测得在整流器附近还有其它故障。

(四)如何避开干扰源获得准确的检测数据

检测过程中，时刻关注峰／零值位置的一致情况是十分必要的。如果对检测中的埋深测量值有疑问，可以采取提高接收机(如0.5m)重新测深，通过观察重测值是否有相应的加大，来判断测得的埋深是否可靠。

由于PCM使用的是极低的检测频率，大大地减少了出现检测错误的机会。但是，仍有因现场的干扰导致检测错误的可能性。

出现下列情况时表示有干扰存在

1．峰值法、零值法定位点偏差超过15cm以上时。

2．测得的埋深值不合理。

3．接收机读数不稳定。

4．接收机面板显示11到29号错误“ERR”。

使用ELF／LF信号定位过程中的信号干扰，可能导致PCM电流的检测错误，这是由于进行4Hz信号的电流测量过程要依赖于使用ELF／LFN号测深的结果。

(五)电流检测的结果解释

PCM是采用了近直流的检测信号(4Hz)，优点是检测过程中几乎可以不考虑管道防腐层的分布电容的影响，对其它相近的管道上的信号感应也几乎为零。

检测信号的衰减几乎全部是由防腐层电导引起的，也就是防腐层的性能下降或存在着与其它埋地金属结构搭接而产生的导电通路。

典型的检测结果如下图，它的解释是：

在上图中的A曲线，表示了一个典型破损点的电流流失点处，理想的信号反映。但图中没有考虑流入大地的漏点电流影响。

但实际的检测结果是有变化的，因为接收机检测到的电磁场不可避免地会受到大地中其它导电通路流动的检测电流产生电磁场的影响，也包括漏点周围防腐层变化的影响。

图中给出的B曲线是考虑了大地中漏点电流影响的理论曲线。注意，在漏点处，两个方向的电流通过防腐层的漏点流入管道，使得漏点处的电磁场受到不同的干扰。在发射机方向，漏点处的电流对管中电流起到抵消作用；而在反方向，漏点处的电流对管道内的电流会产生叠加作用。在距离漏点的一定距离内，大地的漏点电流保持了基本的稳定强度。

图中C曲线给出的曲线为PCM检测一个实际管道漏点的真实情况。

根据漏点的情况，泄漏电流对管道上检测电流的影响会体现在漏点两侧的2-10m范围内。具体情况完全取决于漏点的形态和严重程度。

如果管道防腐层的破损是由于管道与其它金属结构的搭接所引起的，如与其它管道或电缆有连接现象，这样的漏点电流只会在漏点处对管道电流产生影响，而不会像单纯的破损点那样对较长的距离产生影响。

在目标管道的漏点两侧进行短距离的详细检测时，这个现象则会表现的更为明显。

七、结束语

埋地管道音频检测可以对管道的腐蚀环境、防腐层状况、管体腐蚀状况、阴极保护运行状况、管线的埋深等进行检测，不仅为新铺设管道防腐层施工质量验收提供真实有效的技术参数和技术分析，确保了管道的施工质量，也为在役管道防腐层的运行状况提供了分析依据，具有较好的经济效益和社会效益。