在役油气管道外腐蚀检测评价技术简析

凌建磊，李涛，何晓，王端亮，张志刚

(1. 中国石油天然气管道局工程有限公司，河北廊坊065001；2. 中国石油华北油田公司第三采油厂，河北河间062450；3. 中国石油大港油田公司第三采油厂，河北沧州061023；4. 中国石油管道局工程有限公司维抢修分公司，河北廊坊065001；5. 中国石油管道局工程有限公司第四分公司，河北廊坊065000)

目前，大部分油田及管道企业均已开展管道完整性管理工作，完整性管理包括数据采集、风险识别、高后果区识别、风险评价、完整性评价、维护与维修及效能评价等七个步骤，其中完整性评价包括外腐蚀评价、内腐蚀评价及压力试验[1-2]。对于大部分在役油气管道如果应用内检测评价技术，虽然准确性相对较高，但在实施过程中风险较大，主要是检测器在行进过程中遇到弯管或变径处容易卡堵，所以在役管道多采用外腐蚀评价技术。外腐蚀评价中的间接检测技术可以在不开挖的情况下知道防腐层的完整性、阴极保护的有效性以及管体的腐蚀活性，根据评价结果对管道进行分级，确定直接检测开挖顺序。主流的检测技术主要有直流电位梯度法(DCVG)、交流电位梯度法(ACVG)、皮尔逊法(Pearson)、多频管中电流法(PCM)、密间隔电位测量法(CIPS)等。

1 直流电位梯度法

在管道阴极保护系统处于工作状态下，防腐层缺陷的存在会导致阴极保护电流通过裸露管道表面流向大地，而造成阴极保护电流流失。因阴极保护电流的变化而引起土壤的电压降被称为IR降，在防腐层破损点的地表测试电位梯度，并进一步对IR降和电位梯度值进行处理分析，找出缺陷准确位置[3]。

电位梯度反映了管道外防腐层是否存在破损，当电位梯度不大于50 mV时，防腐层无破损，当电位梯度大于50 mV时，防腐层可能存在缺陷，防腐层的破损面积越大，电位梯度越大。土壤的IR降的相对值σIR可以反映防腐层缺陷的大小，当σIR越大，阴极保护程度越低，防腐层破损面积越大，防腐层破损的优先等级见表1所列。

表1 防腐层破损优先等级

另外，为了去除其他杂散电流的影响，对管道施加的是不对称直流信号，间断周期为1 s，其中断阴极保护的时间约为0.67 s，通阴极保护的时间为0.33 s，由此判断电流是流入管道还是流出管道，可以检验管道的腐蚀活性，如果有电流流入管道则管体未发生腐蚀，反之则管体正在发生腐蚀，可以检测阴极保护的实施情况，一共有4种情况，其中最危险的是腐蚀活性为阴极/阳极(C/A)和阳极/阳极(A/A)，这两种情况是无论阴极保护是否起作用，管道都呈阳极，会造成管道失去电子，加速腐蚀，因此DCVG法最大的优点是能检测管道是否正在发生腐蚀，并检测腐蚀活性。

2 交流电位梯度法

典型的管线仪在进行检测时要在管道上施加1个交流检测信号。进行ACVG法检测时，所施加的交流信号在管道上的衰减程度，与防腐层的完好状态以及存在的缺陷大小相关联。ACVG法与DCVG法的基本差异就在于检测时，信号发射机给管道施加的是交流检测信号。具体检测方法主要有Pearson法和PCM法。

2.1 皮尔逊法

一种用于检测地下管道涂层缺陷的具体位置和损坏程度及其涂层损坏区域面积大小的方法。在运用该检测方法时，只需利用发射机在管道外地面部分向管道中通入交流电信号，当管道的某处防腐层有缺陷会导致这种产生的电信号由该点处散发到地表，并在该处的地上产生交流电压梯度。该方法是将工作人员的身体作为检测电极，两个人相隔一定距离产生的耦合电容可检测电压梯度信号，再利用相应的滤波接收机接收防腐层损坏点处，通过对电位信号各种处理，在指示盘或声音报警器上显示出损坏的具体方位。实际操作时，往往在管道上加800～1 000 Hz的电流频率信号，功率在10～20 W。该方法的优点是受本身各种因素的干扰不大，最低人员要求为2人，一般可测深度在5 m以内、10 mm2以上的管道防腐层破损面积，检测精度可以达到±0.5 m，检测速度快，能够第一时间将漏点位置精确地标定出来。缺点是由于发射功率有限，最多可以检测5 km，需要工作人员人工沿线检测，工作强度大，防腐层的实际腐蚀程度无法评级，在检测的过程中对外界电流的变化很敏感，受土壤和涂层电阻的影响较大，要求检测人员的经验丰富。

2.2 多频管中电流法

PCM法是以管中电流衰减测试法为基础的改进型涂层检测方法。PCM法测量的基本原理： 发射机向管道供入4 Hz的直流电流频率和128 Hz/640 Hz的定位信号，当检测信号从管道某点供入后，信号会通过管道经大地流回便携式接收机，正常情况下所施加的电流信号强度随着距离的增长呈指数递减，当出现防腐层破损时，破损点的电流强度会急剧下降，变化电流的对数值与测量点距离之间的关系如下：

Y=IdB1-IdB2/(X2-X1)

式中：Y——IdB的电流衰减率，dB/m；X1，X2——测量点1，2到检测信号供入点之间的距离，m；IdB1，IdB2——电流经对数转换之后的分贝值，dB。

当管道防腐层性能均匀时，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层的绝缘质量，对于同一条管道，电流衰减率越小，防腐层的绝缘性越好，若存在电流的异常衰减段，则可认为存在电流的泄漏点或管道的分支点，通过分析可判断出涂层的绝缘性能下降和破损的部位，如再配合A字架检测地表电位梯度，即可精确定位涂层破损点。由于该方法操作简单，目前在国内得到广泛应用，PCM法的优点是能快速普查整条管线防腐层的综合保护性能，受地面环境影响较小，不开挖管道，检测进度为3～5 km/d，可以对防腐层老化状况进行评级，也可以缩短检测间距对防腐层破损点进行定位。缺点是为了避免杂散电流的干扰，在检验过程中须停掉阴极保护电流，容易受外界电流干扰，对检验人员的技术依赖性强，无法判断管道腐蚀活性以及阴极保护的有效性。

3 密间隔电位测量法

一般不将其划归为防腐层的评价工具，而是作为阴极保护有效性的评价工具，但是CIPS法检测数据也可用在防腐层状况的评价上[4]。CIPS法是在管道路由上，以规则的间距对施加了阴极保护的管道进行管地电位测量[5]。测量过程中会得到两种管地电位，一种是外加电流阴极保护打开时的管地电位(Von)，该电位可以知道防腐层的整体腐蚀情况，防腐层质量与Von之间的关系如下：

式中：L——管道长度，m；a——防腐层的保护系数；Vonmax，Vonmin——管道起始端的管地电位的最大值和最小值。

另一种是外加电流阴极保护断开瞬间的管地电位(Voff)，由于断开的瞬间，消除了土壤中IR降的影响，同时管道具有电容性，因此Voff代表管道的极化电位，可以用来评价阴极保护的有效性，阴极保护有效性满足SY/T 0087.1—2006《钢制管道及储罐腐蚀评价标准埋地钢质管道外腐蚀直接评价》中的相关要求，Voff在-850～1 200 mV属于正常，Voff≤-1 200 mV属于过保护。

4 结束语

根据各项检测技术的特点并结合现场应用效果，对间接检测的评价结果的分级见表2所列。

表2 间接检测的评价结果的分级

其中DCVG法和ACVG法对比其他检测方法精度更高，DCVG法还可以有效评估破损点的尺寸以及破损处管体的腐蚀活性，对于单井管道、无阴极保护或牺牲阳极保护的站间及以上管道的外腐蚀检测可采用Pearson法+PCM法，Pearson法可定位破损点，PCM法评估防腐层整体质量；有阴极保护站间及长输管道可采用DCVG法+PCM法+CIPS法，DCVG破损点定位和评价，PCM法评估防腐层整体质量，CIPS法评估阴极保护有效性确定杂散电流的影响范围。

但是这些检测技术对于水下公路等穿越管道、杂散电流干扰管道、金属套管内管道等特殊管段的检测与评价无法进行，下一步可研究适合这些特殊管道的检测技术，以弥补完整性管理的薄弱环节。