基于PCM+的埋地鋼管防腐層破損檢測機理與應用

張勇芳 曾凡小 羅更生

摘要：本文首先對PCM+用于防腐層破損點檢測的機理進行了介紹，然后用具體的檢驗案例來說明檢驗缺陷的判斷步驟，列出了原始檢驗數據，給出了開挖驗證的結果。案例證明，PCM+系統用于防腐層完好性檢測具有較高的檢測靈敏度，檢測結果可靠，不失為埋地鋼管防腐層破損檢測的有效手段。

關鍵詞：PCM+;埋地鋼管;防腐層;破損點檢測

英國雷迪公司生產的管道電流測繪系統（PCM+）為故障定位和防腐層破損檢測提供了一種新的方法，檢測系統由大功率發射機、信號接收機和定位用A字架組成，能在地下管線復雜的情況下準確的定位管線并繪制管線圖，配合使用A字架，能精確的找出鋼質管道防腐層的破損點，從而評估管道的防腐狀況。

1.防腐層破損點檢測與定位的工作機理

電流流過直埋導電物體時，能產生與所施加電流強度成正比的磁場，通過在地面上分析磁場的分量即可測定原始電流。PCM+系統的核心是發射機給管道施加接近直流的測繪信號電流，在非常低的頻率上（4赫茲）管線電流衰減和分布的電氣特性與整流器發出的CP電流的電氣特性實際上是相同的。PCM+接收機有一個被稱作磁力儀的精密、高性能探頭，它能遠距離探查和測量甚低頻磁場，采用相應的信息處理技術，就能測到近乎直流的信號電流和方向。

PCM+發射機向管道施加電流，其電流強度從發射機開始隨距離的增大而減小，衰減率與管線保護層狀況、地面電阻率，和管道電阻狀況有關。PCM+接收機能補償深度變化，即使管道深度改變時，電流讀數仍保持不變，當遇到管道故障時，接收到的信號電流迅速下降，故障是由防腐層損壞以及與其它金屬設施觸碰等而引起的，由此來判斷管道防腐層的破損情況與破損的位置。

為了更準確的定位缺陷位置，PCM+系統設計了A字架來精確查找防腐層破損點。由于防腐層破損點存在的電流泄漏，電流方向在故障點的兩側會發生變化，A字架連接到接收機后，反復前后移動進行測量，找到箭頭剛發生變化的位置，此時微伏dB讀數最低，這樣就能判定故障點就在A字架中央正下方。

2.PCM+系統防腐層破損檢測的實踐

2.1現場檢驗數據

2013年湖南省特種設備檢驗檢測研究院負責省內醴陵市境內某長輸管道檢驗時采用PCM+系統成功檢出防腐層破損點多處，現以其中最有代表性的一處為例來說明檢驗過程。該管線管體材料為L245，3PE防腐鋼管，管道規格為：Φ273×5mm，檢驗該管段時信號電流輸入點為附近一分輸閥室（定為距離0點、GPS?0點），輸出電流為600mA，管道為東西走向，向東側檢驗時某管段的檢測數據如表1所示：

表1?檢測數據

序號

埋深（m）

檢測電流（mA）

GPS點

距起點距離（m）

數據1

數據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

從上表中可以看出，檢測電流在GPS?11點和12點之間發生了突變，在52m的距離內信號電流衰減了42dB，即損失了16.7%，IdB-X分段示意圖如圖1所示：

圖1?IdB-X分段示意圖

依據SY/T5918-2011標準，對檢測數據處理得到該段管線防腐層狀況等級如表2所示：

表2?檢測數據處理結果

距離X1（m）

距離X2（m）

管段長（m）

Y（mB/M）

平均電阻

Rg（KΩ*㎡）

防腐層等級

402

451

49

0.69

≥10.0

優

451

509

58

0.585

≥10.0

優

509

556

47

1.452

≥10.0

優

556

608

52

29.076

≤0.1

劣

608

642

34

1.202

≥10.0

優

642

698

56

1.84

≥10.0

優

698

743

45

0.461

≥10.0

優

數據處理結果顯示在距離556m～608m之間管道防腐層等級為“劣”，且該管段內無分支，初步判斷該管段存在防腐層破損點。

2.2缺陷定位過程

將A字架與接收機連接好，調整接收機至缺陷查找模式，A字架沿管道走向放在管道上方，帶綠色標記的腳釘在發射機的反方向，帶紅色標記腳釘面向發射機。將A字架腳釘插入地面后，接收機上箭頭指向為埋地管道上電流的方向，并指向故障方向，如果沒有箭頭顯示，就證明附近沒有故障，或者因為電流太小，無法激發故障方向箭頭，也有可能A字架恰巧在故障點正上方。如果在第一個位置電流指向前，而第二個位置電流指向后，就證明這兩點間存在破損點，數字微伏dB讀數增大、減小，又增大，然后逐漸減小，電流方向在故障點的兩側也發生變化。旋轉A字架90度，使它橫跨管道，分別在兩側移動進行測量，找到箭頭剛發生變化的位置，其特征將與平行管線測量時吻合，當出現上述特征時即可判定缺陷點就在A字架正下方。在該管段探查缺陷時，在GPS?11點和12點之間距離信號電流輸入點578.2m處發現了電流方向變化點，接收機微伏dB讀數為57.2，確定此處為防腐層破損點，要求使用單位進行開挖檢測。

2.3開挖檢測結果

按照長1.5m、寬1m的尺寸開挖至管道深度并懸空管道20cm，用水沖洗干凈后，肉眼即可發現明顯的6處防腐層破損點，如圖2所示：

圖2?防腐層破損點照片????????????????圖3陰保樁接線處補傷結構

通過開挖發現防腐層破損區域為陰極保護測試樁與管道的連接處，圖中3號裸露點即為陰極保護樁接線點，通過使用單位了解到，陰極保護測試樁施工時先在管道上去除防腐層，接好電纜線后再局部補傷，結構形式如圖3所示，局部施加的防腐層與管道上原有的防腐層粘結不牢固，造成局部管體裸露。經測量，各破損點的面積如表3所示：

表3?各破損點的面積

破損點

1

2

3

4

5

6

面積（cm2）

5.4

1.5

0.75

3.1

1.0

0.8

3.PCM+系統檢測時的注意事項

用PCM+系統檢測防腐層完好性時須注意如下方面：

（1）信號輸入點的選取。信號輸入點一般選取在門站、分輸閥室或閥門井處，但應盡量避開管道分支處，因為信號輸入點附近管道如有分支，信號電流將部分流入分支管道，造成主管道信號電流降低，影響主管道每次輸入信號電流的檢驗長度，若分支管道有絕緣法蘭等絕緣設施時可不作此考慮。

（2）發射機接地端的連接。在長輸管道檢驗中，經常會出現發射機接地阻抗不夠低的情況，發射機輸出電流小、輸出電壓高，影響檢驗距離。為避免此種情況，一是接地棒至少離開被檢管道50m，接地線垂直被檢管道，接地棒打在潮濕或者有水的區域，如一根接地線不能滿足要求時，可采用多根接地線或者直徑比較粗的接地線連接，接地線與接地棒、發射機與被檢管道的連接處均須打磨露出金屬光澤、連接可靠。

（3）檢驗過程中遇到信號電流突變時須避免誤判，在管道分支處、地形突變、管道埋深突變或者管道轉角處測得的信號電流一般會有比較大的波動，此時不應判為防腐層破損點而進行精確查找，應進一步探查管道走向、埋深，了解附近分支情況等，在信號電流突變處繼續向前探測，若離開電流突變處一定距離后電流又恢復至正常值，則可確定之前的電流突變為其他原因所致，不屬于破損點。若信號電流突降后不能恢復至正常值，則須詳細探查電流突降的原因。

4.結論

（1）經現場檢驗證實，PCM+發射機通過連接多根接地線或者接地棒置于潮濕有水的環境中，在有效降低接地阻抗的情況下，實際檢測距離可達20km，整個管線檢測時信號輸入點較少，能有效節省檢測時間。

（2）PCM+系統在接收機距離管道較近時，能準確的確定管道的位置和埋深，在接收機距離管道較遠的情況下不能很好的找出管道位置，故在檢驗過程中有熟悉管道走向的人員陪同能極大的提高檢測速度。

（3）PCM+系統用于防腐層完好性檢測具有較高的檢測靈敏度，通過非缺陷信號的判別，可以減少不必要的開挖，配合使用A字架，能精確定位防腐層破損點，通過多次開挖驗證，缺陷判定具有很高的可靠性，防腐層破損面積與信號電流突降百分比近似成正比例關系，當然破損點處的土壤環境也對信號電流損失有一定的影響。

參考文獻：

[1]王新華.埋地鋼管交流電流檢測技術[J].石油機械，2008，36（6）：37-41.

[2]SY/T?5918-2011，埋地鋼質管道外防腐層修復技術規范[S].

[3]郭勇，邢輝斌.埋地管道外防腐層PCM檢測技術[J].石油和化工設備，2011，14（7）：63-64.