埋地金屬管道地面電磁檢測技術分析

唐偉 劉禾 舒向水

摘 要：在埋地金屬管道運行中，為保障管道正常運行，需采取一系列措施，如優化管道設計與安裝，設置陰極保護，做好檢驗工作等。文章將埋地金屬管道地面電磁檢測技術為研究對象，分析外檢測中常用的檢測技術，重點探究交變電流梯度法的檢測原理、要點與應用效果，為檢測人員開展工作提供理論與實踐幫助。

關鍵詞：埋地金屬管道;交變電流梯度法;回路

埋地金屬管道是專門運輸流體的特種設備，如原油、天然氣等。在實際運行中，管道需在一定壓力條件下完成運輸，運行環境相對惡劣，易受第三方破壞，影響管道正常運行，引發安全事故。為保障埋地金屬管道的安全應用，需采用有效檢測技術，及時發現管道異常，將問題制止在萌芽階段。

1 埋地金屬管道地面電磁檢測技術

在埋地金屬管道檢測中，內檢測技術對檢測條件的要求較高，并不適用大部分金屬管道運行環境，影響檢測的效率與質量。外檢測技術較為多元，在埋地金屬管道檢測中更為靈活，實用性更強。

1.1 常見埋地金屬管道檢測技術

1.1.1 磁記憶檢測技術

在檢測過程中，金屬的磁記憶激勵源為天然弱磁場，使管道出現自發磁化，在管道表面形成磁場，如果檢測到的磁場均勻分布，則說明管道正常運行，如檢測到的磁場屬于漏磁場，則說明管道存在缺陷，以此實現埋地金屬管道的故障檢測。在故障定位方面，可根據地面獲取的磁場信號來實現。目前常用的磁記憶檢測設備為TSC-4M-16檢測儀，雖然其檢測效率較高、檢測成本偏低，但易受應力集中區的干擾，導致檢測結果出現偏差。

1.1.2 直流電位梯度法（DCVG）

由接地樁向土壤發送電流信號，在防腐層破損區域，會產生電壓梯度，越靠近破損區域，電流密度越大，對應的電位越高，使金屬管道電位表現出向外遞進的趨勢。埋地金屬管道的破壞面積越大，遞進的電位梯度越多，可根據電位差實現故障檢測。該方法具有檢測結果準確、抗干擾能力強等優勢，但對埋地金屬管道所在區域的土壤電阻率有一定要求，且僅適用于具備陰極保護系統的埋地金屬管道，檢測效率偏低。

1.1.3 超聲導波檢測技術

由探頭發射脈沖信號，在管壁四周沿著管體發散，發散至管道的缺陷部位時，部分脈沖信號會反射，接收裝置在接收到反射的脈沖信號時，會根據信號參數判斷缺陷的位置和嚴重程度。該檢測方法適用于長距離管道，對于存在彎頭過多的管道，易出現檢測偏差。

1.1.4 交變電流梯度法

在管道和土壤間施加正弦電壓，并向管道發送電流信號，會在管道和土壤區域形成交變電磁場，應用PCM和A字架，獲取電磁場的各項參數，并根據電磁場的強度、參數變化，判斷故障位置。檢測設備中顯示的數值越高，就表明埋地金屬管道的破壞現象越嚴重。

1.2 交變電流梯度法分析

1.2.1 檢測系統

在埋地金屬管道地面電磁檢測中，需將交變電流梯度法為核心，建設檢測系統，配置發射機與接收機等硬件設備，由超大功率發射機向管道發送電流信號;接收機在地面沿著管道敷設方向，檢測電流強度、管道深度、地表磁場分量等參數，結合交變電流梯度法，分析電流變化規律，明確故障位置，分析防腐層性能。

1.2.2 構建電路模型

在應用檢測系統開展電磁檢測時，因交變電流梯度法受管道參數、防腐結構與土壤條件等因素影響，需利用均勻傳輸線理論，構建管--地回路的等效電路模型，實現管道的定量分析。在模型構建中，縱向分量阻抗及橫向分量導納，是電路核心參數。在電磁檢測過程中，可將等效電路模型轉變為有阻抗傳輸線，該線呈現匹配狀態，所有入射波均被吸收，不會產生反射波。基于該原理，可準確計算回路的絕緣電阻，明確管道的防腐層狀況;將電流轉變為分貝電流，其與測點距離曲線為直線，直線斜率可體現防腐層的性能水平。在該模型中，絕緣電阻與分貝電流的計算均需應用原參數與副參數，前者包括指回路參數等;后者指衰減常數。

1.2.3 計算回路參數

基于電路模型數據計算的需求，技術人員需進行回路參數計算，包括回路電阻、回路電感與回路電容等。回路電阻包括金屬管道的內電阻與土壤的內電阻兩部分。技術人員可采用0階變形貝塞爾工程，結合磁場強度等參數，計算金屬管道的內電阻;利用“卡松線路”模擬電力傳輸，計算土壤內電阻。回路電感包括管道內自感與外自感，內自感通過金屬管道內電感計算，外自感將管道防腐層區域土體看做導體，按照同軸圓柱體對應的電感計算方法明確具體電感數據;回路電容的計算與圓柱形電容器計算公式相同，根據管道內徑、管道外徑、管道與防腐層整體結構的外半徑等參數，明確具體電容數據。

1.2.4 計算橫向電導

在埋地金屬管道中，橫向電導包括漏電導和土壤電導兩部分，可用于判斷金屬埋地管道防腐層老化與破損狀況。

1.3 復雜管道的檢測

在埋地金屬管道地面電磁檢測中，可能遇到復雜地下管網，影響交變電流梯度法應用的準確性。在此基礎上，技術人員可引進先進輔助設備，與交變電流梯度法配合使用，提高檢測效率與質量，發揮檢測系統的作用。

對于縱橫交錯的管網，檢測時電流易被劃分為多個分支，不能準確定位防腐層故障點。技術人員可引進管道定位儀，首先應用管道定位儀明確所測管道的具體位置，再應用上述檢測系統進行全面檢測。對于輸送流體中存在氫氣的埋地金屬管道，技術人員需引進管道定位儀與氫氣查漏儀，首先應用管道定位儀明確所測管道的具體位置，再應用氫氣查漏儀確定氫氣泄漏點，最后應用檢測系統檢測防腐層缺陷。對于長期泄漏的采暖管道或供水管道，易在檢測中出現漏電想象，影響檢測結果。技術人員可引進頻率分析型檢漏儀或地面拾音器，前者適用于不明確是否存在泄漏點的管道，將其設置在所測管道的電流信號衰減位置，明確具體管道泄漏點;后者適用于已明確存在泄漏點的管道，從管道端頭開始，沿著管道輸送方向，每隔50cm聽測一次，逐步排查泄漏點。

2 埋地金屬管道地面電磁檢測案例

通過上述分析可知，交變電流梯度法的管道檢測功能較為多元，本文選擇兩個案例，分析交變電流梯度法在定位管道故障方面的作用。本文以某運輸石油的埋地金屬管道為例，分析交變電流梯度法的應用。該輸油管道的運行土壤表現出軟塑性、大空隙等特征，屬于不良地質，但區域地磁場較為穩定，在應用交變電流梯度法檢測時，不會受地質因素影響。就此，技術人員在應用本文設計的檢測系統開展電磁檢測時，將電流衰減顯著區域作為檢測重點，提高該區域的檢測密度，通過A字架，實現管道防腐層泄漏點與破損點的精準定位。根據檢測系統的檢測結果，該輸油管道共存在4處泄漏點、40余處外腐蝕斷裂點、200多個防腐層故障點。針對4處泄漏點，進行開挖驗證，結果與檢測結果一致，說明檢測系統在檢測泄漏點與故障點時準確性較高。在此基礎上，技術人員通過GDFFW軟件，進行輸油管道各項參數的計算，綜合定量評價管道防腐層，指出其不足，為輸油管道運維提供參考。

基于上述案例可知，在埋地金屬管道地面電磁檢測中，基于交變電流梯度法的檢測系統，可準確定位管道的泄漏點與破損點，分析管道防腐層的老化狀況或性能水平，檢測效果較為理想，為埋地金屬管道管理提供參考，有助于埋地金屬管道可持續發展。就此，基于交變電流梯度法的檢測技術，可在埋地金屬管道地面電磁檢測中推廣應用。

綜上所述，在埋地金屬管道地面電磁檢測中，交變電流梯度法可準確獲取管道防腐層的電阻參數，定位管道的破損位置、泄漏位置或搭接位置，分析管道防腐層的防腐性能或老化狀況，為埋地金屬管道運維提供技術支持，保障埋地金屬管道安全可靠運行，發揮其重要作用。

參考文獻：

[1]潘晨.交流輸電線路接地故障對埋地金屬管道的強電沖擊防護[J].全面腐蝕控制，2020，34（03）：25-28.

作者簡介：

唐偉（1984- ），男，民族：漢，籍貫：山東省海陽市，學歷：本科，畢業于山東輕工業學院，現有職稱：中級工程師，研究方向：化工工程。