油气处理厂埋地管道PCM检测的电流控制方法

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(1.中国石油川庆钻探工程有限公司 安全环保质量监督检测研究院,广汉 618300；2.塔里木油田公司，库尔勒 841000)

油气处理厂内埋地管道的定位主要依靠竣工资料和现场开挖来确定。由于改扩建、管理等原因，可能存在竣工资料不全或者丢失损坏的问题，导致管道走向不明，不能准确定位；而现场开挖工作量大，不适合进行大规模的管道查找工作。

在非开挖的情况下，站场内管道可以采用PCM(多频管中电流法)进行定位。PCM的工作原理是：向管道施加一定的电流信号后，电流信号自发射点沿管道向远处传播，经由大地形成回路返回发射机接收端，从而在管道周围形成电磁场，该磁场强度与管道中的电流强度有关，用接收机在地面进行探测，可以接收到管道中的电流强度。利用电磁原理不仅可以对管道进行定位，还可以对管道的外防腐层性能进行评价[1]。

PCM在长输管道的检测中运用较多，油气处理厂的管网错综复杂，同时受到地网、电缆、用电设备等的影响，很难准确判断管道的位置。笔者将采用降低各支管回路电阻的方法，解决PCM在站场中的管道定位问题。

1 PCM埋地管道电流测绘系统

油气处理厂的埋地管道定位检测采用“PCM埋地管道电流测绘系统”，该系统主要由超低频大功率发射机和手提式接收机组成，其检测原理是由发射机向管道提供某一频率或多个频率的电流信号，信号沿管道进行传输，当管道存在防腐层破损点时，电流信号通过防腐层破损点进入土壤，回流至发射机接收端。在地面上利用接收机收集管道电流产生的交变电磁场的强度及变化规律，利用载流导线磁场原理换算出等效电流，测得管道各处的电流强度，即可进行管道路线的定位、深度测量和防腐层评价。PCM检测原理示意及其电流分布曲线如图1所示。

图1 PCM检测原理示意及其电流分布曲线

图2 不同状态三通部位电流分流示意

在检测油气处理厂的埋地管道时，因其支管较多，管道电流在三通处会受支管的影响而产生分流(见图2)。将管道各直管当成并联电路，由欧姆定律可知，在同一电路中，通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，与这段导体的电阻成反比。如图2所示，当管道无防腐层破损时，各支管回路电阻无较大差异，电流分配基本均匀；而当B段存在防腐层破损点时，B段管道的接地电阻变小，而导致B段至A点发射机接收端的回路电阻变小，大部分输出电流分流至B段后，经由防腐层破损点进入土壤回流至发射机接收端。所以当发射机电压不变时，具有最大管线电流的管段是回路电阻最小的管段。

上述现象表明，通过控制支管回路电阻，可增强目标检测管段的电流信号，从而达到控制检测电流走向的目的。

2 信号加载方式对比

在长输管道中运用PCM时，是将PCM发射机一端与管道上信号供入点相连，另一端接入地极，形成“发射机-管道-大地-发射机”的回路。正常信号加载方式下的电流回路示意如图3所示。发射机为管道提供信号的原则是要尽量使管道上有较强的电流信号，并避开或降低其他信号干扰。而在油气处理厂内，地面管道间几乎未进行电绝缘，且管道上有大量接地设施，如果直接在管道上加载发射机的电流信号，电流会沿未绝缘的管道之间乱窜，其中具有最大管线电流的管段是回路电阻较低的管段，而检测的目标管道可能因回路电阻较高而分配到较低的电流信号，从而无法准确捕捉到电流信号。

图3 正常信号加载方式下的电流回路示意

为了测试正常信号加载方式下，油气处理厂内埋地管道的电流衰减情况，将发射机一端与导线模拟的地下管道相连，管道两端分别利用接地针连接大地，输出电流为1 A。试验1：先将A侧接地针浇水，降低接地电阻，B侧的接地针不浇水，使B侧接地电阻大于A侧，测试各段电流。试验2：使用浇水、深埋和串联接地针的方式使B侧接地电阻小于A侧，再测试各段电流。电流走向控制法试验接线示意如图4所示。得到各管段电流如表1所示。

由表1可以看出，当A点接地电阻低于B点时，大多数的电流通过回路电阻较低的C-A段进行传导，然后经由大地回流至发射机，C-B段只有少量电流通过，在此情况下C-B段无法完成管道的定位和破损点的查找工作，检测只能沿C-A段进行；而当B点接地电阻低于A点时，大多数的电流又反过来通过回路电阻较低的C-B段进行传导，C-A段仅分配有少量电流通过。试验结果表明，在油气处理厂内埋地管道检测的工作中，可以通过改变分支管道两端的接地电阻来降低回路中的电阻，以此来控制管道内输出电流的走向。

图4 电流走向控制法试验接线示意

表1 电流走向控制法试验的各管段电流

3 现场试验

使用该方法对伊拉克哈法亚油田CPF1进行两次应用，证明该方法可应用于实际检测。

图5 应用1(消防水管道)接线示意

应用1(消防水管道)：使用发射机在消防水管道WH12消防栓上输入2 A检测信号(见图5)，测试各管段电流；再使用2根深埋地针在WH5处将消防栓与大地相连，降低WH12～WH5段的回路电阻，各管段测试电流见表2。

表2 应用1的各管段测试电流

由表2可以看出，因WH13～管帽段有1处防腐层严重破损，导致WH12～管帽段的回路电阻低于WH12～WH5段，输入电流大量从该破损部位回流，当WH5段消防栓未做接地连接时，90%以上的发射机输出电流信号均流向WH12～管帽段。在此情况下仅能完成WH12～管帽段的管道定位和防腐层破损点的查找工作，无法完成WH12～WH5段的检测。而将WH5消防栓接地时，WH12～WH5段回路电阻降低，约70%以上的电流回流至WH12～WH5段，可以继续对WH12～WH5段管道进行管道定位和防腐层破损点检测。

图6 应用2(分离器区至压缩机区闭排管道)接线图

应用2(分离器区至压缩机区闭排管道)：因设备区所有的装置均有接地连接点与站内接地网连接，所以这个应用中不必再另行接地，只用分别断开不同区域的接地连接点即可改变不同管段回路的电阻。

使用发射机在闭排管道3#地面阀门上输入2 A的检测信号(见图6)。先将分离器区所有设备接地点断开，使分离器区回路电阻高于压缩机区，驱使检测电流向压缩机区流动。完成压缩机区闭排管道检测后，将压缩机区所有设备接地点全部断开，使压缩机区回路电阻高于分离器区，驱使检测电流向分离器区回流，完成分离器区管道的检测，应用2的各管段测试电流见表3。

表3 应用2的各管段测试电流

由表3可以看出，在断开分离器区接地点时，因压缩机区回路电阻低于分离器区回路电阻，65%以上的检测电流向压缩机区流动，因压缩机等设备通过混凝土与大地连接，在经过第一个PK13210A支管时约有40%的电流衰减；在断开压缩机区接地点时，因分离器区回路电阻低于压缩机区，约有70%以上的检测电流向分离器流动，因分离器的撬体与大地连接，在经过第一个V12020A支管时约有40%电流衰减。

4 结论

(1) PCM法一般适用于长输管道的定位及检测，其中具有最大管线电流的管段是回路电阻低的管段。在油气处理厂内埋地管检测时，因管网错综复杂，干扰装置较多，若采用PCM正常信号加载方式，最大电流分配很可能不是在检测的目标管段，导致无法完成检测。

(2) 采用PCM检测电流控制的方法，将目标管道接地以降低目标管段的回路电阻，或断开非目标管道接地网，增加回路电阻的方法，可以增加目标管道内的检测电流信号强度。

(3)在实际应用中发现非目标管段防腐层破损点很多，回路电阻很低的情况下，可能无法令目标管道回路电阻低于非目标管段，无法完成电流控制。这种情况下，只能在目标管段上游开挖探坑架设信号点，使检测电流由目标管段流向接地电阻更低的非目标管段。

(4) 在检测中也发现，未切断接地网的装置区管道的检测电流会通过接地点流入接地网，所以接地网上流动的电流会干扰管道的定位和防腐层破损检测工作。

参考文献:

[1] 彭蕾，冯强，何莎，等. PCM+“短接法”在站场埋地管道定位中的应用[J].管道技术与设备,2016(6):47-49.