油氣管道河流穿越段外防腐層檢測系統改進與應用

唐 青，熊 娟，張文艷

（1中國石油西南油氣田分公司 2西南石油大學石油與天然氣工程學院 3中國石油西南油氣田分公司輸氣管理處）

我國管道建設規模不斷擴大，穿越河流段隨之增多。管道河流穿越段主要采用防腐涂層加陰極保護的方法進行保護[1-2]。防腐涂層是保護管道免遭腐蝕的第一道防線，其保護效果直接影響著陰極保護電流的消耗[3]?，F有運行管理規范規定了應定期對河流穿越管道進行檢測以及檢測的內容。但由于河流穿越段地理位置的特殊性，其檢測方法和手段一直都是一個難點，規范并未給出具體的檢測方法或手段，因而有必要對河流穿越段外防腐層的檢測技術進行優化研究，以更好的應用于現場。

一、外防腐層檢測系統優化

1.發射機的優化

前期發射機設計的發射電流為1 A，能夠滿足一般情況下的使用。但對于特深管線測試，往往面臨著發射電流過小的問題，同時為了排除其他諧波及噪聲的干擾，使接收機測得的信號更準確，通過開關方案和線性方案相結合的電路設計,采用三級升壓設計實現發射機大功率信號輸出。蓄電池的48 V直流通過升壓模塊，轉換為300 V的直流電壓，然后通過四個開關器件，在控制器的作用下，將直流電壓轉換為128 Hz的交流電壓，經LC濾波器后對外輸出作用在管道上，其拓撲結構如圖1所示。相比前期，蓄電池的電壓由12 V升到了48 V，提高了4倍，同時通過升壓模塊將電壓從48 V變到了300 V，極大地提高了輸出電壓的等級。這兩個措施，有助于提高輸出電流，滿足測試的需要。優化后的輸氣管道河流穿越段外防腐層檢測系統的發射機，將交流恒流輸出幅值增大0.1～10 A范圍，實現了管道上大功率電磁檢測信號的加載。

圖1 發射機優化后的拓撲

2.磁場傳感器的優化

圖2 新型磁場傳感器設計圖

3.接收機的優化

將接收機與RTK動態實時叉分定位模塊進行集成，使GPS坐標與穿越段定位、定深等檢測數據融合。同時針對高精度的磁場傳感器、大功率發射機改進后的數據處理要求，接收機修改信號放大、正交鎖定放大部分電路設計，優化后的接收機符合河流穿越段檢測系統的需求。另外對接收機的抗干擾進行了優化，將航空接頭應用于傳感器與接收機之間連接，提高了連線的可靠性；連接線使用屏蔽線，排除外界對磁場的干擾。優化后的輸氣管道河流穿越段外防腐層檢測系統的接收機，與RTK動態實時叉分定位模塊集成，實現GPS坐標與穿越段定位、定深等檢測數據融合。

4.分析軟件的優化

管道河流穿越段檢測系統配套的軟件，主要功能是進行數據的分析和處理，并自動形成測試報告，具體功能包括登錄信息管理、初始化管道參數、現場數據入庫、現場數據圖形化顯示、防腐層絕緣電阻率顯示和幫助文檔等。對檢測系統的軟件進行優化，依據RTK測量的地理位置坐標信息，將測試結果圖形化的顯示在屏幕上，更具有直觀性。優化后的輸氣管道河流穿越段外防腐層檢測數據分析軟件的運行具備可靠的穩定性，通過對電流數據的分析能準確提供外防腐層質量評級，并根據坐標測試數據繪制穿越段平面圖、剖面圖及對應的水深。

二、現場應用

在瀘威線團山站內架設油氣管道河流穿越段外防腐層檢測系統發射機，向管線上發射128 Hz、1 A的交流電流，在穿越段上選取三個測試點進行管道定位、定深及管內電流測量，具體測量位置見圖3。

圖3 測試點選取示意圖

1.管道的定位、定深、破損點查找

利用管道河流穿越段外防腐層檢測系統接收機和傳感器分別在各個測試點進行管道位置的確定、管道埋設深度的測量和管內電流的測量，測量結果詳見表1。

表1 瀘威線團山站外穿越管線測試結果

2.穿越段防腐層質量評價

借助研發的數據分析軟件，進行電流衰減率和防腐層等效絕緣電阻的計算，測量和計算結果詳見表2。

表2 瀘威線團山站外穿越管線等效絕緣電阻計算結果

3.測試結果分析

(1)儀器能實現埋深8 m水下管線的測量，已突破現有手段和儀器(RD-PCM)的限制，且綜合測試結果表明，測試儀器中，傳感器、發射機、接收機完全能夠完成測試的功能，能應用到實際工程中。

(2)埋深測試表明，管線定深誤差均小于埋深的10%，滿足現場測試需求。

(3)管道上電流衰減率分別為13.7 dB/km、10.4 dB/km，均小于20 dB/km，且此段管道上的等效絕緣電阻率Rg分別為10.02 kΩ·m2、15.83 kΩ·m2，均大于10 kΩ·m2，表明此段穿越管道防腐層是無破損點、保存完整的，防腐層等級判斷為優。

三、結論

(1)優化后的油氣管道河流穿越段外防腐層檢測系統的發射機通過采用DDS-直接數字合成技術，直接生成4 Hz或128 Hz的信號，施加到需測試的管道上，實現了管道上電磁信號的加載。

(2)優化后的油氣管道河流穿越段外防腐層檢測系統的接收機所采用的三聯裝電磁感應傳感器具有高靈敏度、低噪聲、寬頻帶的優點，配合數字正交鎖相放大的信號提取處理技術，實現了水下20 m深度河流穿越管道上微弱電磁信號的接收、提取及處理。

(3)通過現場運用，開發的油氣管道河流穿越段外防腐層檢測儀具有管道的定位、管道的定深、管道防腐層破損點的查找、三通道信號采集顯示等功能。

(4)開發的油氣管道河流穿越段外防腐層檢測數據分析軟件的運行具備可靠的穩定性，通過對數據的分析能準確提供防腐層的運行現狀，進行防腐層質量評級。