埋地钢管外防腐层检测方法

滕兴林

（绥化市特种设备检验研究所，黑龙江 绥化 152000）

为了保证管道的安全运行，延长管道的使用寿命，埋地钢管一般都有防腐层和阴极保护组成的防护系统。防腐层和阴极保护起着一种互补作用，防腐层的破损会引起保护电流的流失，使保护效果降低，甚至失效。阴极保护效果的降低或失效，又会加剧管道的腐蚀，引起防腐层的剥离、龟裂。对外防腐层的检测，尤其是对管道外防腐层破损点的精确定位，确定破损点的大小，筛选出最大破损点和腐蚀穿孔泄漏点，进行开挖，重新涂敷和堵漏，是管道业主最为关心的问题。下面对外防腐层破损的检测方法进行分析论述。

1 交流电流法

交流电流法在国际上通常被称为皮尔逊检测法(PearsonSurvey)。其基本原理是：当用一个信号发射机把特定频率的交流信号通过导线施加在金属管道上时，这种特定频率的交流信号就会沿管道向前传播，并在无穷远处与发射机的地线形成回路。如果管道的外防腐层完好，由于管道电阻的原因，管道中交流信号是沿程均匀衰减的；如果管道的外防腐层有破损或绝缘不好，在外防腐层破损点便会有电流泄漏入土壤中，这样如果沿程测量管道中的电流信号，在破损点附近，就会有一个管中电流的陡降；同时在管道破损点和土壤之间也会形成电压差，且在接近破损点的部位电压差最大，用仪器在埋设管道的地面上可检测到这种电流或电位异常，即可发现管道外防腐层破损点。特别指出的是，皮尔逊检测是一种检测方法和基本原理，不是具体的某种设备，把基于以上原理的检测设备与一种检测方法混为一谈是不恰当的。皮尔逊检测法最大的特点是向管道施加特定频率的交流信号，然后在防腐层破损点检测到电流或者电压的异常。

基于皮尔逊检测法的设备，由于接收机轻便，检测速度较快，自带信号发射机，可以检测没有阴极保护(CP)的管道，因此目前国内仍较普遍使用，受现场检测人员的欢迎。但是这些设备使用局限性也很大：操作者的经验技能特别重要，没有现场经验的人不易查找到涂层缺陷的位置，或者是常给出不存在的缺陷信息；很难指示涂层剥离但管道不漏铁的破损点；不能指示CP效率，易受地电场干扰。

2 直流电压法

外防腐层破损检测和管道腐蚀状态评价的另一个前沿研究领域就是直流电压梯度法(DCVG)，其特点是利用现有的阴极保护直流信号或临时向管道施加直流信号，然后在防腐层破损点检测到管对地极化电压的异常，从而确定破损点和破损程度。而采用密间隔电位法(CIPS)全面测量，有助于评估管道整体阴极保护的情况。这两种技术的结合(DCVG+CIPS)代表了这一领域的发展方向，也符合国际防腐蚀工程师协会 (NACE)标准RP0502-2002的基本要求。

2.1 密间隔电位测量法

密间隔电位法CIPS主要用于测定CP系统的效果，间接反映防腐涂层状况。CIPS法沿管道以间隔1.0～1.5m采集数据，绘制连续的开/关管地电位曲线图，反映管道全线阴极保护电位情况。当防腐层某处存在缺陷时，该处电流密度增大，使保护电位正向偏移，当这种偏移达到一定数量，在地表就可检测到，当电位(铜/硫酸铜参比电极)低于-850mV时，管道就会发生腐蚀。

CIPS法不能检出涂层破损的准确位置，实际上是一种管地电位检测技术并非涂层缺陷检测技术，涂层状况是通过电位分析获得的，因此通常要与DCVG配合使用。用CIPS判定CP不足或过保护具有独到之处。

2.2 直流电压梯度法

直流电压梯度法 (DCVG)是由JohnMulvaney在澳大利亚首先提出，最初应用在通信电缆外护套破损的确定，而后广泛地应用在埋地钢管外防腐层破损的直接检测和评价领域，至今已经有逾30年历史。其基本原理是当把一个直流信号(比如阴极保护信号)施加到带防腐层的管道上，就能在管道的防腐层破损点裸露的管体和大地之间，由于土壤的电阻作用，建立起电压梯度，即土壤的电压降ΔU。依据土壤的电压降占管道对地电压的百分比来计算涂层缺陷的大小和破损点的严重程度，越靠近管道的破损点电压的梯度越大，流失的电流也越大。其判断标准为：小破损点：(0～15%)ΔU；中破损点：(16%一 35%)ΔU；大破损点：(36%～100%)ΔU。

依据此原理，直流电压梯度法使用高灵敏度的电压表头在管道防腐层破损点上方的地面上测量两个铜/硫酸铜半电池电极的电位差。如果在一个电压降之内两个电极有一段距离(1～2m)，一个半电池电位比另一个电位要高，这样就可以确定电位梯度的大小和电流的方向。

为了更容易区分管道上其他直流信号，如长线电池、杂散电流以及其他阴极保护系统，应用直流电压梯度法测量时，要通过特殊设计的中断器，以1/3S(开)和2/3S(关)的比例，向管道施加一种不对称的直流信号。这种直流信号可以从现有的阴极保护系统起点的变压整流器(T/R)上注入。如果管道不带阴极保护，则可以在管道的测试中，用电池或直流发电机临时建立这种系统。

测量时把一个电极探头放在管道正上方，另一个探头放在管道的一侧，两探头相隔1～2m，沿管道走向每隔一定的距离测量一组数据。如果测量到离防腐层破损点足够近，就可以检测到直流电压梯度，并且越接近破损点，高灵敏度的表头对开/关(ON/OFF)脉冲电流反应越强烈，越过最强点后，电压降逐渐减少，退回以不同的角度重做圆形探测，两个电极探头电位平衡点之间中点就是破损点中心。

先进的DCVG检测设备带有数据存储功能和GPS引擎，既能存储测量数据，也能存储地理坐标(经纬度)数据。所有这些数据都能传输到计算机中，专用的分析软件可直观地显示测量结果和防腐层异常情况。这方面的专业设备和软件的开发，是我们今后的一个发展方向。

DCVG法对于准确确定破损点位置和破损的程度非常有效，但要全面掌握管道的腐蚀情况，还要用CIPS法对管道阴极保护状态进行测量。

现在国际上最前沿的技术是把直流电压梯度法和密间隔电位测量法结合起来使用，即DCVG+CIPS技术。一旦对选定的管道作一系列这样的检测，就能够对破损点的严重程度和整个管道的腐蚀状况作一个评估。

3 结论

3.1 只有对所有的检测方法有了清晰系统的认识，才能结合实际选择合适的方法或者方法组合。每一种检测技术都有它的优点和局限性，了解各种检测技术的局限性有助于现场人员提高检测效率。选择那一种技术最好，完全由用户的认识决定。

3.2 任何检测方案的实施，都需要有科学的理论指导。希望国外的外防腐层涂层破损直接检测和评价技术能够对我国相关技术规范的修订起到借鉴作用。只注重设备的引进，而不注重相应的技术方法和规范的引进、消化、吸收，设备也不能发挥应有的作用。

3.3 目前我国在这一领域基本上处于设备引进和应用阶段。引进、消化和自主创新是赶超国外先进水平的必由之路。

4 结语

通过对埋地钢管外防腐层破损的检测分析，可了解管道腐蚀控制的现状，为科学合理地、有针对性地制订管道运营维护管理方案提供依据，也为下一步的项目设计、施工提供参考数据。

[1]米琪.管道防腐蚀手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1994.