埋地管道外防腐蚀层检测技术

张炜强 郭晓男 陈圣乾 李彦醇 卢新鹏

(中海油能源发展股份有限公司上海采油技术服务分公司,上海 200032)

埋地管道外防腐蚀层检测技术

张炜强 郭晓男 陈圣乾 李彦醇 卢新鹏

(中海油能源发展股份有限公司上海采油技术服务分公司,上海 200032)

介绍了国内外管道外防腐蚀层缺陷检测的几种检测技术,包括多频管中电流衰减法(PCM),Pearson法、标准管地电位法、近间距电位法、电流梯度法、直流电位梯度法等,重点介绍了PCM技术的检测原理及其在检测过程中的主要影响因素和注意事项。

埋地管道 防腐蚀层 检测技术

腐蚀是在役管道失效中最常见的问题之一,当防腐蚀层因老化、剥离及破损等缺陷形式破坏后,管道主体会逐渐发生腐蚀,甚至造成腐蚀穿孔、应力腐蚀开裂等严重事故。埋地管道防腐层检测是一种经济可行的管道外防腐蚀绝缘性评价方法,它能有效地检测出埋地管道外壁防腐蚀层破损情况,在不开挖管道的情况下找到管道外壁防腐蚀层破损点并评估管道外防腐蚀层总体状况,对管道大修和改造方案的制定以及输油、输气等管道的安全生产具有重要的意义。

1 管道外防腐蚀层检测技术

1.1 多频管中电流衰减法(PCM)

PCM系统分为两部分,超大功率发射机向管道供入一个频率接近直流的电信号,手提式接收机沿管线路由进行管道定位、管中信号电流的测量。当管道防腐蚀层性能均匀时,管中电流的数值与距离成线性关系,其电流衰减率取决于涂层的绝缘电阻,根据电流衰减率的大小变化可评价防腐蚀涂层的绝缘质量。若存在电流异常衰减段,则可认为存在电流的泄漏点,再使用 A字架检验地表电位梯度,即可对涂层破损点进行精确定位。该法适合于埋地钢管防腐蚀层质量检测评价、破损点定位、破损点大小估计、管线走向及埋深检测、搭接定位检测以及阴极保护系统有效性检测。操作简单,广泛应用于管道检测工作。

1.2 Pearson法

该方法是以 1940年技术发明人 Pearson命名的检测法,也称电压差法。在管道与大地之间施加的交变信号通过管道防腐蚀层的破损点时会流失到大地土壤中,因而电流密度随着远离破损点的距离而减小,在破损点的上方地表面形成了一个交流电压梯度,通过接收器接收涂层缺陷部位漏到大地的电压梯度,来确定缺陷部位[1]。

1.3 标准管/地电位检测法(P/S)

这是一种为了控制管道外壁腐蚀,监控阴极保护效果的测试技术。可用来了解阴极保护系统及管道防腐蚀层的状况。其特点是能在阴极保护系统运行状态下,沿管线测量测试桩处的管地电位。通常是在阴极保护状态下,间隔 1～1.5 km沿管道布置的测试点处测量管对地电位。但在某一测试点测得的电位值是靠近测试点布置的参比电极附近的若干防腐蚀层缺陷电位的综合值。

1.4 近间距电位测量法(CIPS)

与标准管/地电位检测相似,主要用来评估管道沿线阴极保护状态与受杂散电流干扰情况,同时能发现涂层漏点。它由 1个高灵敏的毫伏表、1个Cu/CuSO4半电池探杖以及 1个尾线轮组成。测量时,在阴极保护电源输出线上串接断流器,断流器以一定的周期断开或接通阴极保护电流,采集器能自动记录保护电位和自然电位。通过 CIPS的检测结果可以很直观地判断阴极保护的有效性。

1.5 电流梯度检测法(ACVG)

对管道施加一个交流电流信号,通过沿管道检测该电流信号在管道中的衰减状况,来确定防腐蚀层破损位置。沿管道流动的电流信号大小取决于管道的自身性质与管道防腐蚀层状况,当管道防腐蚀层状况良好时,电流信号将按一恒定的衰减率减小。当防腐蚀层有破损时,由于管道与大地土壤直接接触,信号电流将由此大量流出管道,造成沿管道流动的信号电流衰减率突增,电流信号突然减小,由此来确定管道防腐蚀层破损位置。

1.6 直流电位梯度法(DCVG)

当直流信号加到管道上时,由于防腐蚀层的破损处与土壤间的电阻比防腐蚀层完整处与土壤间的电阻要小,故流经管道破损处的电流较大,因而在土壤中便产生了一个电位梯度场。防腐蚀层破损面积越大,电流越大,电位梯度也越大、越集中。一般电位梯度与裸漏面积成正比。直流电位梯度法就是采用高阻抗毫伏表测量地面上位于电位梯度场内的两参比电极间的电位差。参比电极之间的极性可用来确定产生所得电位梯度电流的方向。追踪电流的轨迹可确定缺陷的位置。该方法能准确地查出防腐蚀层的破损位置,可估算缺陷大小,并通过通断之间电位差判定缺陷的严重程度。DCVG测试技术是最准确的管道防腐蚀层缺陷定位技术之一,在国外已经得到广泛应用,而在国内埋地管道防腐蚀层缺陷检测中的研究和应用尚处在起步阶段[2]。

1.7 变频 -选频法

变频 -选频法是向地下金属防腐蚀管道施加一个电信号,通过测量电信号的传输衰耗求出管道防腐蚀层的绝缘电阻值。可用于连续管道中任意长管段绝缘电阻的测量,适用于长输管道防腐蚀层质量检测,在阴极保护设计、保护效果评估等方面也是一项实用技术。该技术已在东北、京秦、大港、中原、华东、四川等地的输油 (气)管道及北京、成都、大连的城市煤气管道中得到应用,取得了良好的社会效益及经济效益[3]。

1.8 电火花检测法

利用电火花检测仪器对各种导电基体防腐蚀层表面施加一定量的脉冲高压,当防腐蚀层有质量问题(如针孔、气泡和裂纹)时,脉冲高压经过就会形成气隙击穿而产生火花放电,同时给报警电路送去一脉冲信号,使报警器报警,从而达到检测防腐蚀层的目的。由于是用蓄电池供电,故电火花检测法特别适用于野外作业。

2 多频管中电流衰减技术(PCM技术)

2.1 PCM系统的组成

目前国内外常用的检测仪器是英国雷迪公司的 RD-PCM,以此为例,主要有发射机、接收机、强磁力仪 (磁靴)、A字架 (精确定位)、地极、可充电式 24 V蓄电池、管道检测数据处理软件等构成。

2.2 PCM检测技术的基本原理

向管道施加LT和 ELF(4 Hz和 128 Hz)几种单频和混合频率的电流,对施加在管道上的电流进行追踪。电流在管道走向传送过程中,在管道周围形成电磁场,电流的衰减变化与管道的外防腐蚀层损坏状况有关[4]。衰减变化关系式为:

式中:I——为管道任一点电流值A;

I0——为发射供电点电流值 A;

x——为测量点离供电点距离m;

a——为衰减系数,与防腐蚀层、管道材质有关。

电流强度的对数与距离构成电流衰减曲线,管道防腐蚀层均匀,电流下降较小,电流强度的对数与距离成线性关系,其斜率取决于防腐蚀层的电阻率和单位距离的衰减率[5]。单位距离的电流变化率与距离之间的关系是一条水平直线,即 Y=In(I1-I2)/X。式中:Y为单位距离管道中电流变化率(dB/km或 dB/m);X为检测管道电流两点间的距离(km或 m);I1为检测管道中前点的电流强度值(A);I2为检测管道中后点的电流强度值。

当管道防腐蚀层整体状况较差时,电流衰减较大;当管道上存在泄漏点时,该处的电流向管外传播,电流强度陡降。通过连续测量,根据相应解释处理软件分析电流衰减变化规律,对管道防腐蚀层进行评估,结合“A”字架可确定破损点的位置。

2.3 PCM检测过程的注意事项

(1)收集并查看被检测管道的原始资料:熟悉管道的分布、管道运行状况、穿跨越地段、被检管道区域内的其他管线分布、阀门、管线阴极保护测试桩及其他一些相关信息。

(2)地极的选择:接地极一般打在垂直管道方向 30～50 m以外的地方,地极不能接在其他管道或金属构架之上,以免信号传入测量区产生干扰。接好地极之后,应检查接地回路电阻,回路电阻应在数十至数百Ω之间。

(3)信号接入点的选择:原则是尽量使管道上有较强的信号电流,使相邻伴行管线上尽量没有信号,或使其它管线上的信号最小。当被检管道有多个供入点可供选择时,要尽量选择管道分布最稀疏、防护层状况较好的位置。靠近信号输入点的附近位置不能进行检测,至少应该在 10 m以外。

(4)发射机的使用:管线检测的工作频率一般选用 128HZ,检测电流一般选用 300 mA。

(5)“A字架”的使用:当用“A字架”对可疑管段进行复测时,在破损点附近,接收机面板读数一般在 40～60 dB,漏点很大时可能大于 70 dB。以1 m的间隔沿管线的走向进行检测,则 dB值读数上升后,短暂下降,又上升,之后数值会逐渐下降;当箭头改变方向,说明破损点就在附近位置,然后重新以更小的间隔进行前后检测,直到找到电流方向的变化点、毫伏分贝读数最低的位置,此时可以肯定破损点就在“A字架”的中点位置。

(6)管道检测过程:测量过程中增益一般保持在小于、等于 75,过大或过小,都会影响检测的精度。用峰值探测管线的位置和方向,用零值进一步验证管线位置,当峰零值定位基本重合时,说明管线附近没有其他管线的干扰或者干扰很小,当峰零位置不一致时 (峰零值所定的管线位置间隔大于20 cm时),表示被检管线存在干扰,此时的峰零值点均不能准确指示管线的位置,实际的管线在靠近峰值的一侧,且是在峰零值间距一半靠近峰值一侧的位置上。对于有三通的管线,首先确定主管线的路径并做标记,再以一定间距读取信号电流值,在出现电流衰减的管段探测支管出现的位置,具体做法为旋转接收机 90度,距离管线 3 m以外进行搜索,即可发现支管上的信号,从而确定支管出现的位置,而对三通进行检测时,最可靠的方法是将发射机信号加在支管上,信号电流由支管流到主管线上,然后由三通点向主管线的两个方向传导,令接收机的宽面与主管线成直角,搜索该信号,主管线上的三通分支点处将显现零值。管道拐弯的检测方法:首先沿管线追踪检查,当检测到管线拐点处,则继续沿刚刚追踪管线的路由向前就检测不到管线,在管道信号消失处,做半径为 5 m的圆形搜索,可确定管线拐向。

(7)防护层缺陷的判定和定位:防护层质量分为局部缺陷和整体老化。可根据值递减与局部缺陷之间的对应关系判定防护层缺陷类型,同样的值并不一定能说明二者破损程度相同,因为埋深不同、土壤的水含量不同,周围环境等都会对其产生影响。因此 dB值只是从量的角度说明破损的程度,不能一概而论。根据经验总结:dB值的大小与局部缺陷的关系见表 1。

表1 dB值递减与局部缺陷之间的关系

2.4 影响 PCM检测结果的主要因素

(1)管道埋深:在管道直径与其中心埋深相比不可忽视的情况下,管道中心埋深不同,在电位和电位差曲线上的分布形状就会不同。

(2)土壤影响:电位分布与电位梯度法基于“点电流源”的电位分布理论。因此,无论采用交流信号或直流信号进行检测,其电位分布都与介质的均匀程度密切相关。

(3)地形地貌影响:当破损缺陷点的埋深、测量电极之间距离的尺寸大小与地貌、地形的变化幅度相当时,电位、电场的分布状态和数值都会受到畸变,影响破损点的识别和准确定位。

(4)地面电磁干扰的影响:由于趋肤效应,大地表面总是有各种频率成分的电磁干扰信号,对破损点检测结果造成影响。

(5)阴极保护线影响:检测过程中偶尔会遇到破损点偏离管道正常走向较为严重的情况,多数情况下可能为阴极保护线的影响造成了破损点的“偏移”,而非管道实际破损点的位置。

(6)相邻破损点的影响:在现场检测中经常遇到管道的两个破损点距离很近,稍不注意就会造成其中一个“漏检”,而由于两个相邻的破损点的间距一般小于 2倍埋深,其异常响应“混为一体”,区分与定位异常困难。因此把间距小于 2倍埋深的两个破损点当作一处来检测就具有重要的实际意义。

3 结束语

(1)评价过程中的数据来自检测,数据的准确性取决于检测方法是否得当以及检测仪器操作是否规范;

(2)PCM检测技术能够精确定位防护层破损点,早发现早修复,及时地了解管道的安全状况,有助于管道的科学管理,降低运营成本;

(3)PCM检测技术不能判断破损点面积的大小,目前趋向于将各种检测技术综合使用,优势互补,对防腐蚀层综合状况进行全面检测,如 P/S与DCVG技术结合、CIPS与 DCVG相结合都取得了较好结果;

(4)定期对埋地管道外防腐蚀层检测是实现管道安全运行和管理的重要措施之一。

1 NACE Standard RP0502-2002.Pipeline External Corrosion Direct Assess mentMethodology[S]

2 秦国治,丁良棉,田志明.管道防腐蚀技术.北京:化学工业出版社,2003.277

3 苑绍成.变频选频法— —埋地管道防腐层质量检测技术[J].管道技术与设备,1999,(4):36-37

4 吕德东.油田埋地管道防腐层破损点检测及影响因素.管道技术与设备 ,2007,(3):39

5 周小博.PCM在埋地管道检测中的应用[J].科技情报开发与经济,2009,19(2):161-163

Abstract:The detection technologies for the underground pipeline coating deficiency including PCM detection,Pearson detection, P/S detection,CIPS detection,ACVG detection,DCVG detection,etc are introduced.The detection principles of PCN detection, the main influence factors and the precautions in the inspection are highlighted.

Keywords:underground pipeline,corrosion-resistant coating,detection technology

Detection Technology for Underground Pipeline Coating Deficiency

Zhang Weiqiang Guo Xiaonan,Chen Shengqian,Li Yanchuen,Lu Xinpeng
Shanghai Oil Production Technology Services of CNOOC Energy Development Co., Ltd. (Shanghai200032)

TE980.3

B

1007-015X(2010)03-0052-04

2009-10-13;

2010-03-13。

张炜强 (1985-),男,2007年毕业于中国石油大学 (华东)材料物理专业,助理工程师,现在中海油能源发展采油技术服务分公司从事腐蚀与防护工作。