基于PCM+的埋地钢管防腐层破损检测机理与应用

张勇芳 曾凡小 罗更生

摘要：本文首先对PCM+用于防腐层破损点检测的机理进行了介绍，然后用具体的检验案例来说明检验缺陷的判断步骤，列出了原始检验数据，给出了开挖验证的结果。案例证明，PCM+系统用于防腐层完好性检测具有较高的检测灵敏度，检测结果可靠，不失为埋地钢管防腐层破损检测的有效手段。

关键词：PCM+;埋地钢管;防腐层;破损点检测

英国雷迪公司生产的管道电流测绘系统（PCM+）为故障定位和防腐层破损检测提供了一种新的方法，检测系统由大功率发射机、信号接收机和定位用A字架组成，能在地下管线复杂的情况下准确的定位管线并绘制管线图，配合使用A字架，能精确的找出钢质管道防腐层的破损点，从而评估管道的防腐状况。

1.防腐层破损点检测与定位的工作机理

电流流过直埋导电物体时，能产生与所施加电流强度成正比的磁场，通过在地面上分析磁场的分量即可测定原始电流。PCM+系统的核心是发射机给管道施加接近直流的测绘信号电流，在非常低的频率上（4赫兹）管线电流衰减和分布的电气特性与整流器发出的CP电流的电气特性实际上是相同的。PCM+接收机有一个被称作磁力仪的精密、高性能探头，它能远距离探查和测量甚低频磁场，采用相应的信息处理技术，就能测到近乎直流的信号电流和方向。

PCM+发射机向管道施加电流，其电流强度从发射机开始随距离的增大而减小，衰减率与管线保护层状况、地面电阻率，和管道电阻状况有关。PCM+接收机能补偿深度变化，即使管道深度改变时，电流读数仍保持不变，当遇到管道故障时，接收到的信号电流迅速下降，故障是由防腐层损坏以及与其它金属设施触碰等而引起的，由此来判断管道防腐层的破损情况与破损的位置。

为了更准确的定位缺陷位置，PCM+系统设计了A字架来精确查找防腐层破损点。由于防腐层破损点存在的电流泄漏，电流方向在故障点的两侧会发生变化，A字架连接到接收机后，反复前后移动进行测量，找到箭头刚发生变化的位置，此时微伏dB读数最低，这样就能判定故障点就在A字架中央正下方。

2.PCM+系统防腐层破损检测的实践

2.1现场检验数据

2013年湖南省特种设备检验检测研究院负责省内醴陵市境内某长输管道检验时采用PCM+系统成功检出防腐层破损点多处，现以其中最有代表性的一处为例来说明检验过程。该管线管体材料为L245，3PE防腐钢管，管道规格为：Φ273×5mm，检验该管段时信号电流输入点为附近一分输阀室（定为距离0点、GPS 0点），输出电流为600mA，管道为东西走向，向东侧检验时某管段的检测数据如表1所示：

表1 检测数据

序号

埋深（m）

检测电流（mA）

GPS点

距起点距离（m）

数据1

数据2

1

1.2

258

257

8

402

2

0.72

256

257

9

451

3

1.57

255

256

10

509

4

1.26

253

254

11

556

5

1.0

211

213

12

608

6

0.66

212

212

13

642

7

0.6

210

209

14

698

8

0.56

208

211

15

743

从上表中可以看出，检测电流在GPS 11点和12点之间发生了突变，在52m的距离内信号电流衰减了42dB，即损失了16.7%，IdB-X分段示意图如图1所示：

图1 IdB-X分段示意图

依据SY/T5918-2011标准，对检测数据处理得到该段管线防腐层状况等级如表2所示：

表2 检测数据处理结果

距离X1（m）

距离X2（m）

管段长（m）

Y（mB/M）

平均电阻

Rg（KΩ*㎡）

防腐层等级

402

451

49

0.69

≥10.0

优

451

509

58

0.585

≥10.0

优

509

556

47

1.452

≥10.0

优

556

608

52

29.076

≤0.1

劣

608

642

34

1.202

≥10.0

优

642

698

56

1.84

≥10.0

优

698

743

45

0.461

≥10.0

优

数据处理结果显示在距离556m～608m之间管道防腐层等级为“劣”，且该管段内无分支，初步判断该管段存在防腐层破损点。

2.2缺陷定位过程

将A字架与接收机连接好，调整接收机至缺陷查找模式，A字架沿管道走向放在管道上方，带绿色标记的脚钉在发射机的反方向，带红色标记脚钉面向发射机。将A字架脚钉插入地面后，接收机上箭头指向为埋地管道上电流的方向，并指向故障方向，如果没有箭头显示，就证明附近没有故障，或者因为电流太小，无法激发故障方向箭头，也有可能A字架恰巧在故障点正上方。如果在第一个位置电流指向前，而第二个位置电流指向后，就证明这两点间存在破损点，数字微伏dB读数增大、减小，又增大，然后逐渐减小，电流方向在故障点的两侧也发生变化。旋转A字架90度，使它横跨管道，分别在两侧移动进行测量，找到箭头刚发生变化的位置，其特征将与平行管线测量时吻合，当出现上述特征时即可判定缺陷点就在A字架正下方。在该管段探查缺陷时，在GPS 11点和12点之间距离信号电流输入点578.2m处发现了电流方向变化点，接收机微伏dB读数为57.2，确定此处为防腐层破损点，要求使用单位进行开挖检测。

2.3开挖检测结果

按照长1.5m、宽1m的尺寸开挖至管道深度并悬空管道20cm，用水冲洗干净后，肉眼即可发现明显的6处防腐层破损点，如图2所示：

图2 防腐层破损点照片                图3阴保桩接线处补伤结构

通过开挖发现防腐层破损区域为阴极保护测试桩与管道的连接处，图中3号裸露点即为阴极保护桩接线点，通过使用单位了解到，阴极保护测试桩施工时先在管道上去除防腐层，接好电缆线后再局部补伤，结构形式如图3所示，局部施加的防腐层与管道上原有的防腐层粘结不牢固，造成局部管体裸露。经测量，各破损点的面积如表3所示：

表3 各破损点的面积

破损点

1

2

3

4

5

6

面积（cm2）

5.4

1.5

0.75

3.1

1.0

0.8

3.PCM+系统检测时的注意事项

用PCM+系统检测防腐层完好性时须注意如下方面：

（1）信号输入点的选取。信号输入点一般选取在门站、分输阀室或阀门井处，但应尽量避开管道分支处，因为信号输入点附近管道如有分支，信号电流将部分流入分支管道，造成主管道信号电流降低，影响主管道每次输入信号电流的检验长度，若分支管道有绝缘法兰等绝缘设施时可不作此考虑。

（2）发射机接地端的连接。在长输管道检验中，经常会出现发射机接地阻抗不够低的情况，发射机输出电流小、输出电压高，影响检验距离。为避免此种情况，一是接地棒至少离开被检管道50m，接地线垂直被检管道，接地棒打在潮湿或者有水的区域，如一根接地线不能满足要求时，可采用多根接地线或者直径比较粗的接地线连接，接地线与接地棒、发射机与被检管道的连接处均须打磨露出金属光泽、连接可靠。

（3）检验过程中遇到信号电流突变时须避免误判，在管道分支处、地形突变、管道埋深突变或者管道转角处测得的信号电流一般会有比较大的波动，此时不应判为防腐层破损点而进行精确查找，应进一步探查管道走向、埋深，了解附近分支情况等，在信号电流突变处继续向前探测，若离开电流突变处一定距离后电流又恢复至正常值，则可确定之前的电流突变为其他原因所致，不属于破损点。若信号电流突降后不能恢复至正常值，则须详细探查电流突降的原因。

4.结论

（1）经现场检验证实，PCM+发射机通过连接多根接地线或者接地棒置于潮湿有水的环境中，在有效降低接地阻抗的情况下，实际检测距离可达20km，整个管线检测时信号输入点较少，能有效节省检测时间。

（2）PCM+系统在接收机距离管道较近时，能准确的确定管道的位置和埋深，在接收机距离管道较远的情况下不能很好的找出管道位置，故在检验过程中有熟悉管道走向的人员陪同能极大的提高检测速度。

（3）PCM+系统用于防腐层完好性检测具有较高的检测灵敏度，通过非缺陷信号的判别，可以减少不必要的开挖，配合使用A字架，能精确定位防腐层破损点，通过多次开挖验证，缺陷判定具有很高的可靠性，防腐层破损面积与信号电流突降百分比近似成正比例关系，当然破损点处的土壤环境也对信号电流损失有一定的影响。

参考文献：

[1]王新华.埋地钢管交流电流检测技术[J].石油机械，2008，36（6）：37-41.

[2]SY/T 5918-2011，埋地钢质管道外防腐层修复技术规范[S].

[3]郭勇，邢辉斌.埋地管道外防腐层PCM检测技术[J].石油和化工设备，2011，14（7）：63-64.