管道外防腐层检测与评价方法的研究与应用

孙雪峰 夏延海 程 宁

（中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司，山东 东营 257100）

0 引言

管道防腐层通过物理隔绝周围环境达到管道防腐的目的，是防止和减缓埋地钢制管道腐蚀的重要手段，配合管道的阴极保护使用，还能起到电化学保护效果。尽管防腐层破损，管道本体不一定发生腐蚀，但发生腐蚀处的防腐层一定失效。那么通过检测管道外防腐层的破损点，进而找出管道本体的腐蚀点提供了技术上的可行性。在非开挖条件下对埋地钢制管道外防腐层的有效性进行检测是当前所有腐蚀检测项目中最为有效、操作最为简捷、应用最广泛的方法，是当前管道工程检测的切入点。

1 外防腐层检测技术

外防腐层检测方法和设备均有多种，原理上大体可分为电位梯度法和电流梯度法两种。电位梯度法是当前使用的主要方法，也是NACE0502中推荐的方法，根据电流信号的不同分为直流电位梯度（ACVG）和交流电位梯度（ACVG）。其中直流电位梯度检测技术，使用电流断路器控制阴保电流的通断，更适用于有外加电流阴极保护的管道，技术含量较高。

目前，国内防腐层检测方法多采用交流电位梯度法-国产的人体电容法和PCM的A字架。国外的PCM（DM）仪器采用多频管中电流法，可在不开挖的条件下，能够对埋地管道的防腐层破损点进行精确定位，还可通过计算防腐层的绝缘电阻值，来判定管道防腐层的老化、破损状况。国内的研发公司结合我国国情，通过二次开发，形成了一整套检测与评价系统，其评价软件支持GB/T 19285-2014《埋地钢制管道腐蚀防护工程检验》中防腐层分级标准，是业内比较认可的评价系统。

其工作原理是：外业测量时由地下管线探测仪的发射机向管线上发射一个低频的检测信号电流，之后在管道上方地面上，用接收机确定管线的精确位置并测量出一组信号电流强度值I，逐点记录检测点距离Xi 及电流值Ii。计算各检测点的电流衰减值 Y=△IdB/△X 后，Y-X 曲线是一条反映电流衰减率的变化曲线，正常情况下，它是一条近似水平的直线。实测的某一管段电流衰减率，反映该管段防腐层状况的好坏，用软件提供的电阻计算可以计算出该管段的防腐层绝缘电阻Rg（KΩ.m2），就可以判断出该管段防腐状况的老化程度。

当管道防腐层出现有破损时，检测信号会在破损点上有额外的电流损耗，在相应位置上IdB-X曲线出现局部较陡的变化，同时Y-X曲线上出现明显的波峰。通过加密检测或使用A型架进行管道上方地面的泄漏电位测量,能够准确地指出破损点的位置。

2 管道外防腐层检测效率

管道运输作为国民经济五大运输部门之一，目前，仅油气管网规模已经超过16万公里，油气管网的雏形已经形成，新建管道正以几何级数增长，检测管道的数量也以几何级数增长；按照行业标准，在役管道防腐层应进行定期检测，检测周期根据压力、服役年限、腐蚀环境状况等确定。当前专业检测公司检测埋地管道，一般以公里数计算费用，随着竞争加剧，检测费用不断压缩。在野外施工中，在保证质量的基础上，每天的检测公里数是主要考核目标，而生产中会遇到信号较弱和重复检测路线等各类问题，因此，提高管道外防腐层检测施工效率是当前形势发展的需要。

根据野外检测作业统计，外防腐层检测的最耗时关键点是管道有效信号长度和检测路线折返。从检测基础原理出发，通过技术创新，改进野外实用外防腐层检测方法。

2.1 检测信号

施加一次信号能将管道检测完成，是最理想的状态，而实际施工中，管道的长度远大于电流衰减传输的距离，因此，将信号施加在待检管道的中间，人员在管道的两侧都可以检测，减少施工信号次数；另外，信号施加在管道中间，检测人员可以从一端直接检测到另一端，中间施加信号的位置需要做好标记，该方法省去了重新设置文件的过程，需要在评价的时候对数据采用合适的处理，实现内外结合提高生产效率。

管道检测距离的长短与信号的强弱有直接的关系，信号越强，其在管道中传输的越远。提高信号的强度是野外生产的关键。在干燥的地区，大地阻抗较大，信号施加非常困难，需要采用多种方法组合，提高检测信号强度。

下面从这几个方面进行工艺设计，增大回路信号。

（1）改善大地电学性质

接地优先考虑就地选择，检测管线附近有水域、建筑物接地线、避雷针地极、电线杆拉线等易导电的装置，利用它是比较方便的选择；对于干燥土壤，比如沙地、黄土塬等，保水、吸水能力弱，接地电阻大，致使检测通路电流小。生产中，最直接的方法是使用盐水浇湿土壤，能快速减弱土壤电阻，也可在土壤中加入食盐、煤渣、炭末、炉灰等物质，提高土壤吸水率；

（2）双侧接地

地极材料可选用高压电接地扁钢，使用多根地极在管道双侧多点接地，根据回路电阻，设置两侧地极数量、地极与管道垂直距离、地极间距离、地极插入土壤深度等影响因素，通过单边测量的方法，调节以上因素，使磁场分布对称均匀，探测位置准确。应用该方法可使检测信号强度平均提高2倍以上，进而使检测距离增加2倍以上，同时提高了检测精度；

（3）多机组合方法

在对一根较长的管道进行多台发射机组合同步检测中，各种频率信号会产生互相干扰，通过信号选频组合可以实现多机同步检测；

首先确定一台发射机在某一根长管道上能够检测的单侧最远距离，在管道约两倍单侧检测距离处施加不同频率的信号进行同步检测，当接收机信号较弱时，切换到另一台发射机信号频率，重新建立检测工程文件，进行数据采集；为了避免信号倍频干扰，两台发射机的频率应选择差异较大，且不是倍数的关系。将混合频率信号加载到检测管道上，能够解决多频率干扰问题，实现多机组合同步检测目的，该技术应用在管道定位及防腐层检测项目中，检测效率能提高许多。

图1 管道检测过河

2.2 检测模式

野外检测中时常会遇到以下两种情况：

（1）在检测过程中，检测人员经常遇到绕行河沟、山坡等地形障碍物，由于架设信号站困难，数据检测方向要一致，检查人员将绕行几公里找到下一个检测点位，效率低下；或重新设置文件，容易出错；

（2）油田集输管道存在大量三通串联管道，连接关系复杂。检测数据必须分段记录，以保证各段数据方向一致，但大量重新设置文件，容易出错，耗时长。

图2 管道串联

为了提高检测工效、降低作业强度，使野外检测可以用任意快速、便捷的方式采集数据，创新了任意数据整体整理方法，只要检测出管道每一段的数据，都可以通过内业数据处理，保证管道数据评价准确。

3 管道防腐层评价方法

通过以上方式检测管道，在方便了野外采集同时，内业数据处理将不能按照以往的分段评价。我们通过开发数据预处理程序，将一条管道的数据整理后，能够直接导入ESTEC软件进行处理，达到整体评价的目的。

对处理的数据进行分析，我们归纳为一种图形标识法，首先要野外人员详细的注明每一段检测数据位置，数据处理人员根据现场检测的顺序对数据进行分析，将每一段数据进行分割，再按照评价方向进行组合。在一张足够大的纸上或软件中画出管线的草图。在草图上标出分段的大致情况以及各分段的信号供入点位置、测量方向、大致的测量距离和相应的基础卷文件名。特别标注出测量有重叠的管段以及没有进行测量的管段、需要分割的点号，对重叠部分需要删除的点号标注清晰，两段相接部分要做好连接处理。通过软件进行计算检查纠正，快速生成标准格式数据，完成后续评价。

4 结语

管道外防腐层检测与评价方法在项目施工中能达到事半功倍的效果，尤其是在干旱等接地条件不好、管道地面环境复杂的地区，通过优化和创新检测与评价方法，提高了检测质量和工效，降低了作业强度和生产成本，适合在复杂检测工程中推广应用。