杂散电流干扰下管道CIPS/DCVG组合检测实践

赵晋云，滕延平，张 丰，王巨洪，冷旭跃，罗志国

（1.中国石油管道科技研究中心，河北廊坊 065000；2.中国石油管道公司大连输油气分公司，辽宁瓦房店 116300）

0 引言

外腐蚀直接评价方法 （ECDA）可以评价外腐蚀对管道完整性的危害[1]。应用ECDA技术的关键问题是由间接检测获得数据的准确性，常用的间接检测方法有管中电流衰减法 （PCM）、密间隔电位法 （CIPS）、直流电位梯度法 （DCVG）和皮尔逊法等。

密间隔电位测试 （CIPS）是目前检验管道阴极保护水平和腐蚀风险的最有效办法。CIPS检测能够同时测量管道沿线的通电电位和断电电位，这个断电电位是消除了土壤IR降的真实管地电位，可以有效评价整条管道的阴极保护效果。当管道防腐层破损时，电流通过管道破损点向土壤中流失，由于土壤电阻的存在，因此在破损点周围的土壤中形成电位梯度。除了高接触电阻或严重杂散电流干扰情况外，几乎在所有地区，DCVG测试可以成功识别、定位涂层缺陷位置和估计涂层缺陷的大小，但不能指示阴极保护水平[2]。NACE SP0207-2007《埋地或水下管道CIPS与DCVG检测操作规程》[3]给出了加强测量法的定义，即同时测量管地电位与垂直方向上土壤电位梯度的技术，可识别防腐层缺陷，并能够计算出缺陷处消除了IR降后的电位。两者有效结合使用，可以同时得到同一位置处两种方法的检测数据，通过两种数据对应解释，更有利于涂层缺陷或阴极保护水平的判别。但是当杂散电流或地电流引起管地电位波动时，很难正确解释检测结果[4]。

铁大线管道于1975年正式投产输油，长期低输量运行，没有进行过内检测，迫切需要开展外腐蚀直接评价工作来确定管道腐蚀控制情况。铁大线鞍山—大石桥管段既与鞍大线管道近距离平行，又受到并行的哈大电气化铁路的干扰，且该管段沿线地区环境复杂，多次穿过城郊区、河流、公路和铁路。在这样复杂环境下开展ECDA相关工作，如何保证其检测结果能真实反映管道实际阴极保护效果和防腐层缺陷情况，是值得研讨的重要课题。

1 检测过程

铁大线管道全线采用石油沥青防腐层和外加电流阴极保护进行联合保护，少量防腐层大修段和改线段为聚乙烯冷缠带或聚烯烃防腐层。本检测管段选在鞍山站与大石桥站间T176#～T226#测试桩之间，鞍山站、大石桥站及海城河的阴保间均设有恒电位仪对该段管道进行保护，该管段沿线安装有13个排流装置进行杂散电流排流保护。铁大线穿越海城河处，在南岸和北岸均采用电绝缘设施，并在北岸安装有恒电位仪保护穿越段管道。并行的鞍大线采取了并联阴极保护的方式，并与铁大线约每2 km采用均压线连接。鞍大线在海河穿越处没有进行电绝缘，但由于与铁大线之间跨接线的作用，使铁大线的南端与北端处于电连接。

结合现场情况，确定了以CIPS/DCVG检测为主，雷迪RD-PCM检测为辅的检测方案。考虑同步瞬间中断所有的电流，可以测量管道真实的极化电位，即使难以达到这种理想情况，也可以减小测量误差以获取足够准确的测量值。测试前，在鞍山站、海城河和大石桥站恒电位仪输出端串接GPS同步断流器，从而周期性中断所有电流，并调节要中断的恒电位仪，增加其电流输出，从而提供更大的电压梯度[5]，以便更好地识别涂层缺陷。设定电流中断器周期为1 s，300 ms断；设置恒电位仪每天从早上6点至晚上8点通断，晚上则保持稳定的电流输出，减少管道去极化。测试时，无需中断管道沿线的杂散电流排流装置。

检测时，前面一人使用RD-PCM检测仪以25 m间距探测管道位置和埋深，其后两名测试人员采用加拿大阴极技术公司的 HEXCORDER MILLENNIUM测试仪器同时进行管地电位和土壤纵向电位梯度组合测试，这两名测试人员相距5～6 m，测试时应保证始终有探杖置于管道正上方并且前后移动，每隔1～2 m间距，待4个探杖与地面充分接触并显示的数据稳定后，再手动存储测试数据。 通电电位 （Von）、 断电电位 （Voff）、 电位梯度出现异常要进行判断分析。如确认由破损点引起，则停止向前检测，对疑似破损点再采用DCVG技术进行精确定位。随着测试人员接近破损点，纵向电位梯度先增大；在测试人员沿管路继续前行时，纵向电位梯度减小后又达到反向最大；随着测试人员远离破损点，纵向电位梯度又恢复到零，即在破损点前后出现一个波峰和波谷[6]。

在动态杂散电流影响管道的区域，应进行杂散电流校正以提供管道真实瞬间断电电位。在杂散电流区至少设置两个智能记录器，其间距不超过2 km，同步记录附近测试桩处杂散电流和地电流对管地电位的影响，利用这些数据对CIPS数据中动态杂散电流电位偏移进行校正。为使补偿有效，智能记录器的设置完全与测试主机相同，两者记录电位要精确同步。所有测试数据都标有UTC时间。

2 数据处理和分析

将CIPS/DCVG检测结果和智能记录仪记录的管地电位通过超级终端下载到计算机，将所得数据导入EXCEL表格进行处理。

首先处理智能记录仪记录的数据，计算测试桩上管地电位 （P/Son、P/Soff）的平均值及各时刻相对平均值偏差△P/Son、△P/Soff，用以修正CIPS结果。图1为智能数据记录仪在T187#测试桩处测得的管地电位。可以看到由于该管段与哈大电气化铁路平行，存在较严重的杂散电流干扰，管地电位波动比较大。

利用EXCEL表格中的Lookup函数功能，用CIPS测量结果中的通电电位和断电电位减去智能数据记录仪中对应的相同UTC时间的电位偏差△P/Son、△P/Soff，得到管道真实的Von和Voff，即完成了管地电位的校正。图2和图3分别给出T187#～T186#段校正前后的CIPS/DCVG测试曲线，主纵轴为通/断管地电位，副纵轴为电位梯度，图中最下面曲线为电位梯度曲线。图2中测试曲线，由于受到杂散电流干扰，通/断电电位波动较大，难以判断阴极保护水平和防腐层缺陷情况。

图3为T187#～T186#段校正后的管地电位，电位曲线较平滑，消除了大部分杂散电流等因素对管地电位的干扰，有利于防腐层缺陷点的识别。图中显示T187#-136 m和T187#-158 m两处，通/断电电位均正向偏移，均未达到-850 mV准则，阴极保护不足。两处电位梯度均呈现先负向增大后减小到零，又正向增大再减小，判定有防腐层破损点2处，其IR%为分别为31%和28.8%。根据NACE RP0502标准，将间接检测结果指示按严重性进行分类，两处破损点处的断电电位均正于阴极保护电位准则，并结合IR%大小，最终两处均列为中等指示。

3 开挖验证

项目组对以上两处均进行了开挖验证。

T187#-136 m位于五道河防洪堤内田地边，开挖过程中发现有大块水泥支撑物即固定墩，无法进行相关检验。其他多处检测到的防腐层缺陷处开挖也发现为水泥支墩，说明水泥支墩处防腐层质量差。

对T187#-158 m进行了开挖检查，该处土壤电阻率处于20～50 Ω·m内，土壤电阻率中等偏小；土壤pH值为6.4，略呈酸性；土壤含水量为18%，土壤含盐量为1.64‰，含盐量高；管材自腐蚀电位为-579 mV，氧化还原电位为362 mV，细菌腐蚀倾向轻微，管道暴露后用近参比法和地表参比法分别测得管道保护电位为-0.913 V和-0.895 V，土壤腐蚀性中等。该处防腐层原为三油三布普通级石油沥青防腐层，开挖段管顶防腐层无明显破损，部分无聚氯乙烯工业膜，管体中下部防腐层周围土壤环境中存在白色结晶物，管体防腐层整体老化破损严重，部分位置厚度不符合最小厚度 （4 mm）要求。使用3 kV电压进行电火花检测，出现普遍击穿现象。防腐层清除后，管体呈现大面积均匀腐蚀，有红褐色腐蚀产物，初步判定为Fe2O3和Fe3O4。彻底清除防腐层后未发现腐蚀坑，为均匀腐蚀。管体最小剩余厚度为8.73 mm，大于设计厚度 （9 mm）的90%，腐蚀程度属于I级，即腐蚀很小，不需要维修，可以继续使用。

开挖验证结果表明，对于受杂散电流干扰影响的铁大线管道，采用的CIPS/DCVG组合检测方法有效，防腐层缺陷定位准确，且该管体外腐蚀危害轻。

4 结束语

（1）针对检测结果，对于阴极保护不足管段，应调节恒电位仪工作参数，使管道达到最低保护电位要求，防腐层改造时应优先考虑阴极保护不足段管道。

（2）CIPS/DCVG组合检测可以全面检测外防腐层的状况和有效评价阴极保护的效果，确定和识别由防腐层缺陷或破损造成的阴极保护不足的位置，便于评价管道腐蚀防护系统完整性情况，为管道的维护、维修与监控提供准确的科学依据。

（3）在杂散电流干扰地区，利用智能记录仪记录的数据对CIPS数据进行校正，能有效排除杂散电流对CIPS检测数据的影响，获得更加准确的极化电位从而可用于评价阴极保护水平，并结合电位梯度有效判别防腐层破损点的位置和大小。

[1]NACE RP0502-2002，Pipeline External Corrosion Direct Assessment Methodology[S].

[2]Peter Nicholson.Combined CIPS and DCVG Surveys for Improved Data Correlation[A].NACE Corrosion 2007[C].Nashville,TN:NACE，2007.Paper 07181.

[3]NACE SP 0207-2007，Performing Close-Interval Potential Surveys and DC Surface Potential Gradient Surveys on Buried or Submerged Metallic Pipelines[S].

[4]Peter Nicholson.Correcting CIPS Surveys for Stray and Telluric Current Interference[A].NACE Corrosion 2007[C].Nashville,TN:NACE，2007.Paper 07182.

[5]涂明跃，葛艾天.陕京管道外腐蚀直接评价（ECDA）实践[J].腐蚀与防护，2007，（7）:369-372.

[6]Segall S M,Eng P.Use of an Integrated CIPS/DCVG Survey in the ECDA Process[A].NACE Corrosion 2007[C].Nashville,TN:NACE，2007.Paper 06193.