瀝青路面下燃?xì)怃撡|(zhì)管道的外防腐層檢測技術(shù)

馬芝順

上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 （上海 200060）

青島11·22爆炸事故再次給埋地管道的運(yùn)行和管理敲響警鐘。越來越多的城市燃?xì)夤艿朗褂脝挝灰庾R到檢驗(yàn)的重要性，并按照國家法律法規(guī)和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)開展管道檢驗(yàn)工作。

要想及時發(fā)現(xiàn)管道腐蝕隱患并對現(xiàn)有含腐蝕缺陷的舊管道制訂相應(yīng)的控制措施方案，需要先對管道的外腐蝕狀況進(jìn)行預(yù)測和評估。瀝青路面下燃?xì)夤艿离S服役時間的不斷延長會逐漸老化，此外，各種介質(zhì)的腐蝕和其他因素也可能導(dǎo)致管道泄漏。管道防腐層破損是導(dǎo)致管道腐蝕泄漏的主要原因；腐蝕泄漏一旦發(fā)生，將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和危險事故，同時，輸送物料的大量泄漏也會造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，開展城市瀝青路面下燃?xì)夤艿劳夥栏瘜訖z測技術(shù)研究是很重要的一項(xiàng)工作。

1 瀝青路面下燃?xì)夤艿劳夥栏瘜悠茡p檢測技術(shù)

1.1 外防腐層破損檢測方法

埋地金屬管道外防腐層破損檢測方法主要有交流法和直流法兩大類，可以細(xì)分為：直流-電位法，直流電位梯度法(DCVG)，密間隔電位法(CIPS)，人體電容法（Pearson法），多頻管中電流法(PCM，也稱電流衰減法)，變頻-選頻法等。這些常見的管道外防腐層破損檢測技術(shù)性能對比見表1[1]。

表1 常見的瀝青路面下燃?xì)夤艿劳夥栏瘜悠茡p檢測方法比較

對于瀝青路面下燃?xì)夤艿肋@類結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材質(zhì)多樣、檢測環(huán)境惡劣的埋地管網(wǎng)，需要利用多種方法組合檢測。在進(jìn)行瀝青路面下燃?xì)夤艿劳夥栏瘜悠茡p檢測時，會受到電磁信號、雜散電流等周圍信號的干擾，因此，需要研究管道外防腐層缺陷與檢測信號間的關(guān)系并進(jìn)行評判。目前，尚無可以全面解決瀝青路面下燃?xì)夤艿劳夥栏繉痈g檢測的技術(shù)方案。因此，需要在熟悉現(xiàn)有方法的優(yōu)勢和應(yīng)用條件的基礎(chǔ)之上，根據(jù)檢測對象的實(shí)際情況開展研究工作，提出合適的檢測方法或者方法組合。

從表1中可發(fā)現(xiàn)各種檢測方法均有其優(yōu)點(diǎn)，也存在相應(yīng)的不足。本文重點(diǎn)運(yùn)用電流法和直流電位梯度法兩種方法組合。多頻管中電流法是將交流電信號通入被檢管道中，從而產(chǎn)生電磁場，利用接收端從地表檢測到的磁場分量準(zhǔn)確測定管中信號電流的大小。若防腐層有破損，信號電流就由破損點(diǎn)流入大地，造成地面磁場急劇減小并被接收端發(fā)現(xiàn)。

1.2 檢測儀器

PCM+是由英國雷迪公司生產(chǎn)的一款以多頻管中電流法為原理開發(fā)而成的高效能管線檢測儀，可用來檢測管道位置、埋深、防腐層破損等，其由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分組成，見圖1。發(fā)射機(jī)通過導(dǎo)線在地下管道金屬本體上加載一種特殊的電流信號，使用接收機(jī)在地面上對沿管道的這種特殊信號進(jìn)行接收，然后對該信號進(jìn)行分析，通過管中電流衰減的數(shù)值與距離是否成線性關(guān)系，判斷防腐層的絕緣性能下降以及破損點(diǎn)位置，最終識別電流方向和強(qiáng)度，檢測管道位置和埋深。PCM+結(jié)合A字架使用，運(yùn)用交流電位梯度法（ACVG）對管道防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行識別，精度可在1 m以內(nèi)，具體見圖2。

圖1 PCM+設(shè)備組成

圖2 PCM+A字架精確定位防腐層破損點(diǎn)

1.3 工程應(yīng)用實(shí)例

1.3.1 管線概況

在本文應(yīng)用實(shí)例中，采用雷迪公司PCM+系統(tǒng)對某瀝青路面下鋼質(zhì)燃?xì)夤艿赖耐夥栏瘜悠茡p情況進(jìn)行非開挖檢測。該埋地管道檢驗(yàn)全長約60 km，管道規(guī)格為?529 mm×10 mm和?325 mm×8 mm，材質(zhì)為20鋼，工作壓力小于0.8 MPa，工作溫度為常溫，為GB1-Ⅳ級（0.4 MPa＜p＜0.8 MPa）次高壓燃?xì)夤艿馈ｄ摴懿捎铆h(huán)氧煤瀝青和三層結(jié)構(gòu)聚乙烯進(jìn)行防腐（加強(qiáng)級防腐層厚度不低于2.9 mm），同時采用直埋犧牲陽極對管道進(jìn)行陰極保護(hù)，該條管線于2000年竣工并投入運(yùn)行，大部分管道敷設(shè)于城市重要瀝青路面道路下，管線分布見圖3。

1.3.2 現(xiàn)場關(guān)鍵技術(shù)

本案例中的燃?xì)夤艿朗俏挥诔鞘薪煌ǚ泵β范蔚拇胃邏禾烊粴夤艿溃哂袎毫Ω撸诘囟蔚叵鹿芫€復(fù)雜、地面標(biāo)志少等特點(diǎn)，且主要分布于瀝青路面下。該路段地電條件較差，不利于管道探查，此外，該路段還有多條他方管線并行或交叉，對燃?xì)夤艿罊z測干擾較大。因此，在相關(guān)現(xiàn)場檢測時要使用合適的方法。

（1）信號注入

PCM+系統(tǒng)的“心臟”是發(fā)射機(jī)給管道施加接近直流的測繪信號電流。在非常低的頻率（4 Hz）上，管線電流衰減和分布的電氣特性與整流器發(fā)出的陰極保護(hù)電流的電氣特性實(shí)際上是相同的。通常，電連通性良好的管網(wǎng)，檢測電流傾向于流向下游支管較多的方向。城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿罊z測常用的信號接入點(diǎn)包括閥井、測試樁、凝水缸、露管段、調(diào)壓箱（絕緣接頭）上游管、鋼塑轉(zhuǎn)換接頭金屬段、盲端等，且優(yōu)先選擇絕緣接頭金屬側(cè)、鋼塑轉(zhuǎn)換接頭金屬段、盲端等位置；必要時，可選擇跨越橋管入土端，去掉油漆層加載信號。城市道路頻繁改造可能導(dǎo)致測試樁（井）缺失，本次信號注入點(diǎn)大部分選擇閥門井內(nèi)閥門、鋼塑轉(zhuǎn)換接頭金屬段和凝水缸。

圖3 管線分布圖

（2）接地點(diǎn)選擇

檢測電流信號需要與大地形成回路才能進(jìn)行有效檢測，良好的接地極能有效增大施加信號的強(qiáng)度，降低干擾程度且提高檢測準(zhǔn)確性。為了盡可能地避免檢測信號受外界因素的干擾，要求選擇的接地點(diǎn)盡可能“干凈”（即其能與大地形成良好的電連通性），且檢測信號以外的其他信號越少越好。根據(jù)燃?xì)夤艿罊z測中常用接地位置的特點(diǎn)，選擇順序依次為：犧牲陽極測試樁（井），絕緣接頭非檢測段，避雷針接地端，公路金屬護(hù)欄，金屬路燈、交通信號燈柱，其他金屬構(gòu)筑物。

（3）瀝青水泥路面檢測

采用PCM+檢測儀結(jié)合A字架使用，二者組合能準(zhǔn)確定位防護(hù)層破損和絕緣故障。但A字架腳釘需要和地面有很好的電接觸，而且地面最好潮濕導(dǎo)電。導(dǎo)電性能的優(yōu)劣順序?yàn)椋和寥溃镜卮u＞水泥路面＞瀝青路面[3]。被檢管道敷設(shè)在導(dǎo)電性較差的瀝青和水泥路面之下，給現(xiàn)場檢測造成了一定的難度。因此，本次工程應(yīng)用中對A字架腳釘與路面接觸位置進(jìn)行改進(jìn)，首次發(fā)明了檢測A字架連續(xù)路面供水裝置，見圖 4。

圖4 A字架連續(xù)路面供水裝置

裝置改造中，在A字架兩豎管上端分別安裝一個儲水罐，在腳釘末端焊接圓柱體形金屬盒，圓柱體盒底部鏤空，用泡沫或海綿等吸水性物質(zhì)填充，然后再通過橡膠皮管連接儲水瓶與圓柱體盒，達(dá)到連續(xù)供水的效果。運(yùn)用該改進(jìn)裝置大大提高了探針與瀝青路面之間的電連通性，有效提高了漏點(diǎn)檢出率，同時節(jié)省了大量的人力，提高了檢測效率。

2 開挖驗(yàn)證與信號識別

對所檢測高壓天然氣管道外防腐層整體質(zhì)量狀況進(jìn)行的評價顯示，防腐層質(zhì)量為1級的管段長度占39.9%，2級管段占20.8%，3級管段占11.5%，4級管段占27.8%。從整體上來看，1，2級管段占實(shí)際評價管道長度的60.7%。因此本次所檢測管道外防腐層的質(zhì)量狀況綜合等級為良。

2.1 開挖驗(yàn)證

本次檢測共發(fā)現(xiàn)該天然氣管道外防腐層破損信號異常點(diǎn)268處。根據(jù)檢測評價結(jié)果、破損點(diǎn)情況和現(xiàn)場施工難度等，最終開挖該管道的67處外防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行直接驗(yàn)證，開挖處包含直管段、彎管段和三通段。該天然氣管道外防腐層破損類型主要為防腐層劃傷、補(bǔ)扣未防腐、機(jī)械損傷、失效犧牲陽極、防腐層剝離、未防腐三通法蘭，以及廢舊管道碰傷等，具體如圖5所示。除了個別開挖點(diǎn)因受不明電磁信號干擾而導(dǎo)致檢測結(jié)果有少量偏差外，其余驗(yàn)證結(jié)果均表明檢測數(shù)據(jù)有效。因此，多頻管道電流法能夠?yàn)槁竦毓芫€的外防腐層檢測工作提供有效的技術(shù)支撐。

圖5 開挖后外防腐層破損類型

2.2 信號識別

在檢測中，先對整個管道段進(jìn)行檢測，然后再對重點(diǎn)區(qū)段進(jìn)行詳細(xì)檢測。燃?xì)夤艿婪栏瘜悠茡p檢測時的一個技術(shù)難點(diǎn)是破損信號的識別[4]，特別是破損信號與犧牲陽極信號之間的區(qū)別、破損信號分貝值與破損大小之間的關(guān)系等。檢測信號與缺陷之間的關(guān)系如圖6所示。

圖6 實(shí)際缺陷信號解釋結(jié)果

圖6 中，曲線A顯示了理想的響應(yīng)，即信號損失和臺階式響應(yīng)，排除了地下故障的影響。實(shí)際上，管道上探測到的磁場可能被地下其他信號路徑干擾，其中包括保護(hù)層破損。曲線B顯示的是地下故障電流的理論結(jié)果。故障電流從兩端進(jìn)入管道，從而使故障周圍管道的磁場失真：管道電流應(yīng)該減去故障處這段距離的地下電流，由此測得電流減小；故障之后這段距離的地下電流應(yīng)該加到管道電流上，由此測得電流增大；離開故障一定的距離，電路將穩(wěn)定下來。曲線C顯示的是在實(shí)際應(yīng)用中PCM+電流在一段有破損點(diǎn)的管道上的圖形。由于故障的特性，磁場畸變會影響到故障點(diǎn)以外2～10 m遠(yuǎn)的區(qū)域，其結(jié)果也因故障類型和嚴(yán)重程度的不同而不同。

通過研究直接開挖驗(yàn)證的67組工程數(shù)據(jù)，得出了破損信號最大梯度（dB）對應(yīng)關(guān)系，見圖7。

圖7 破損信號最大梯度值對應(yīng)關(guān)系

根據(jù)圖7中的數(shù)據(jù)可知：防腐層破損程度與信號最大梯度呈正比關(guān)系，一般劃痕破損和機(jī)械損傷的防腐層破損面積較小，最大梯度值在60 dB以下；防腐層剝離破損最大梯度值一般與破損面積有關(guān)，破損面積越大，最大梯度值越大；犧牲陽極最大梯度值范圍一般在60～80 dB之間；無防腐法蘭一般漏鐵面積較大，尤其是在后期施工中帶壓裝設(shè)的三通盲板法蘭，其防腐效果較差，所以，其最大梯度值一般較大，部分高達(dá)90 dB。

3 結(jié)語

瀝青路面下燃?xì)夤艿朗褂脝挝粦?yīng)當(dāng)充分認(rèn)識管道檢測和評估的重要性，并逐步開展管道完整性管理工作，科學(xué)合理地對管道嚴(yán)重外防腐層破損點(diǎn)和陰極保護(hù)失效等隱患進(jìn)行修復(fù)，對未及時修復(fù)的問題加強(qiáng)監(jiān)控，并有針對性地制定開挖維修與更換計劃，避免盲目開挖維修與更換。研究管道檢測新技術(shù)對降低運(yùn)行成本及指導(dǎo)新敷設(shè)管道的安全管理均具有重要的意義。