水下穿越管道外腐蚀检测评价系统River-ROV的应用性研究

申耀东 曹 强 邓宝信 李雪阳

（国家管网集团西南管道有限责任公司南宁输油气分公司，广西 南宁 530000）

0 引言

江河水下穿越管道因地质条件、施工等状况使得管道外防腐层损伤严重，目前对这部分管道还未开展过全面检测，仅靠岸边测试桩检测数据评估，详尽的腐蚀与防护效果不清楚，更谈不上对腐蚀与防护安全状态的管控。

目前国内外对水下管道检测的技术手段主要包括潜水员水下作业、FieldSens技术、ONE-PASS技术和ROV技术[1]。基于水下管道检测环境的特殊性、人员的安全性和数据的全面性考虑，只有ROV技术能够全面实现水下管道的检测需求。利用River-ROV检测系统将接收器和参比电极搭载到机器人上，通过推进器控制其移动，可下潜到水底在河床上（更靠近管道位置）对水下穿越管段实施路由定位、防腐层破损检测、阴极保护效果评价等项目[2]。River-ROV检测系统属于多功能水下检测技术，可潜入水下深度50m，水底河床定位覆土深度超过40米，适用环境尤为广泛。

1 River-ROV搭载的检测技术

River-ROV系统整合管道定位、埋深测量、阴保电位CIPS测量、电位梯度DCVG检测、视频和声呐成像探测等技术手段，实现对江河穿越管道外防腐与阴极保护状况等多方面的检测。

1.1 管道电磁法定位、测深技术

应用有源电磁探测方法，可实现对陆上及水下管道的探测。探测原理是：应用发射机为管道施加交变的电流信号，在管道周围会产生交变的磁场，使用电磁法感应线圈在管道上方测量所施加信号的分布情况，依据信号分布规律可精确定位管道的位置，同时通过该信号值可以探测管道的埋设深度[3]。管道埋深的测量是应用两个相同的有固定间距的水平磁感应线圈，分别测出两个线圈的磁感应强度Et和Eb，如图1所示可计算出埋深数值。

图1 管道埋深测量原理

1.2 DCVG防腐层检测技术

直流电位梯度法（DCVG）检测过程是使用一个灵敏的毫伏表，两端连接两个测量电极，测量两个电极在电场中产生的水平电压梯度输出值。当管道防腐层存在破损时，阴极保护电流从破损位置流入管道，形成球形电场，根据测量的横纵向电位梯度分布曲线，如图2所示，来判断水下管道防护层的缺陷位置。

图2 电位梯度示意图

图3 水下检测装置CIPS检测示意图

图4 2D成像声呐检测图

1.3 CIPS阴保检测技术

检测装置一端使用带绝缘层的金属导线与水下管线的测试点连接，使管线与检测装置内部的自动电位记录仪相连接，记录仪的另一端与饱和的硫酸铜参比电极相连构成测量的回路。在阴保系统施加断流器后，检测装置定位在水下管道的正上方河床时，所测得的断电电位即为管道的保护电位。使用该系统可以测量管道沿线的电位分布状况，通过电位的分布状况可以判断管道的阴极保护状况，并间接分析管道上防护层是否存在缺陷。

1.4 声呐检测技术

声呐是一种利用声波水下传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备，属于声学定位范畴[4]。在水质较差能见度较低的情况下，River-ROV装置的视频检测系统只能在较短距离的可视（约为50cm），通过BlueView的2D声呐可以观察ROV周围的环境情况，一方面可通过声呐判断ROV在水下的位置及运动状态为用户提供水下环境状况，起到避障作用；另一方面可以通过对环境的观察判断管道埋设环境的情况。

2 水下管道检测实践

River-ROV检测系统对水下穿越管道进行检测时，首先需要对穿越管道进行现场勘查，确定入水/出水点处管道位置及深度，确定River-ROV投放和检测结束位置；其次在投放位置附近对下水前的调试及检查工作，完成以上工作后将River-ROV投放入水中，由操控人员通过岸上操控系统控制River-ROV在水下实施检测工作；最后获取现场检测数据，使用专业数据分析和评价软件对管道的腐蚀与防护状况进行综合评价。

2.1 检测基本情况

为了验证River-ROV的实际应用效果，分别在中缅天然气管道钦州支线迁安江穿越段和钦南柳成品油管道大田寮水库穿越段进行了River-ROV检测，对管道的埋设位置、覆土深度、水深情况、铺设环境、外防腐层完好性、阴保有效性等项目进行相关检测和评价。

这两个穿越管段都是采用大开挖的穿越方式，其中迁安江穿越段管道投产于2014年7月6日，设计压力10MPa，管道规格为φ813×16.8mm，管道材质X70钢，管道防腐层为三层PE外防腐层，应用外加电流阴极保护方式对管道实施电法保护；钦南柳成品油管道大田寮水库穿越段管道投产于2018年8月，设计压力8MPa，管道规格为φ457×7.9mm，管道材质X60钢，管道防腐层为三层PE外防腐层，应用外加电流阴极保护方式对管道实施电法保护。

2.2 检测结果

（1）中缅天然气管道钦州支线迁安江穿越段检测结果

水下管道埋设深度在3.17～4m之间；且各水下测点处皆进行了声呐摄像勘察，未发现河床环境异常，该穿越管段未出现管道悬跨现象。针对管道外防腐层破损点检测，现场应用ACVG和DCVG相结合的方式实施。未发现防腐层破损点。水下管道电位梯度在7.9～9.5mV，通断电位梯度差值最大为0.3mV，无防腐层破损迹象。在河流两侧岸边使用ACVG方式验证，破损指示箭头皆指向背离发射机方向，据此判断检测两条管道水下测段无外防腐层破损点。同时应用电流衰减法计算管道外防腐层绝缘电阻率，检测管段整体评价结果为 “一级”，外防腐层整体状况良好。针对阴保有效性检测，管道断电电位值在-935～-1099mV之间，根据GB/T 19285-2014《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》规定断电电位需在-850～-1200mv范围内，穿越段管道阴极保护状态符合标准要求；

（2）钦南柳成品油管道大田寮水库穿越段检测结果

水下管道埋设深度在1.97～2.31m之间，且各测点处皆进行了声呐摄像勘察，声呐勘查发现底部有类似管状物悬浮现象，经现场排查发现该疑似管状物体为拦网底部绳子，河床环境无异常，该穿越管段未出现管道悬跨现象。针对管道外防腐层破损点检测，现场应用ACVG和DCVG相结合的方式实施。未发现防腐层破损点。水下管道电位梯度在-0.6～-2mV，电位梯度较小，且电位梯度值在管道两侧皆为负值，无防腐层破损迹象，且在河流两侧岸边使用ACVG方式验证，破损指示箭头皆指向背离发射机方向，据此判断该水下测段无外防腐层破损点。同时应用电流衰减法计算防腐层绝缘电阻率，检测管段整体评价结果为“一级”，外防腐层整体状况良好。针对阴保有效性检测，管道断电电位值在-1054～-1195mV之间，根据GB/T 19285-2014《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》规定断电电位需在-850～-1200mV范围内，穿越段管道阴极保护状态符合标准要求。

3 结语

集电磁法+CIPS+DCVG+声呐等多种技术于一体的River-ROV检测系统。

（1）能够全面获取管道覆土深度、水深以及埋设位置GPS坐标等管道位置信息；

（2）能够全线获取水下穿越管段每处的阴保电位，评价阴保状况；

（3） 能够全程检测水下穿越管道外防腐层附近处的地电位梯度，评价外防腐层完好性。

通过对两个不同现场的实际应用，证明水下穿越管道检测评价系统River-ROV技术成熟、功能齐全，可以为水下穿越管段腐蚀与防腐评价提供更为全面的检测数据，为管道的运行维护、成本控制、安全保障提供强有力的技术支撑。可在水下穿越管道腐蚀与防护检测领域内推广应用，为其他水下穿越管道的安全运营管理提供借鉴。