某氣體公司埋地管道現狀及不開挖檢驗經驗總結

高 星 沈成業 李斌彬 錢盛杰 胡煒煒 陳文飛

（寧波市特種設備檢驗研究院）

管道輸送在物料輸運中占有重要地位，現已廣泛用于氣態物料、 液態物料等的遠距離輸送。管道一般可以分為架空敷設和埋地敷設。 架空管道一般采用管廊架敷設，因管廊架的設計和規劃受城市建設的影響很大，且敷設費用高昂，后期還需要定期支付一定的租金，故對于一般低風險的管道常常會選用埋地敷設的方式。 而埋地管道由于地理環境復雜，一旦發生事故，會導致巨大的經濟損失甚至人員傷亡。 在導致事故的眾多因素中，管道表面腐蝕是引發事故的主要原因。

無損檢驗是保障管道安裝質量和運行質量的有效手段，有助于及時發現、處理安全隱患，因此對埋地管道的無損檢驗研究具有重要的意義。業界在埋地管道方面推出了一些可行的新型無損檢驗技術，獲得了不少試驗和應用數據。 目前，常用的埋地管道不開挖檢驗技術有：PCM+系統不開挖檢驗、C-SCAN 探地雷達檢測、地球弱磁檢測、瞬變電磁（TEM）檢測及局部開挖的導波檢測等。 其中，地球弱磁檢測技術、探地雷達檢測技術均可檢測埋地金屬/非金屬管道的埋藏深度和走向，瞬變電磁（TEM）檢測技術可進行埋地金屬管道的壁厚測定和腐蝕檢測。 這些技術中借助于多頻管中電流檢測儀（PCM）、直流電壓梯度檢測儀（DCVG）或密間隔管地電位檢測儀（CIPS）來完成對埋地金屬管道防腐層的破損情況和陰極保護裝置完好情況的檢測。

1 埋地管道現狀

某氣體公司共有3 種介質的工業氣體輸送管道（表1），其中氧氣管道總長約53 km，氮氣管道總長約87 km，氫氣管道總長約10 km。 管道途經大榭、北侖及鎮海（包括石化區）等區域，其管道敷設方式主要為埋地敷設。 由于管內工作介質都是高純度的氣體， 該管道基本不存在內腐蝕，而會受到來自于土壤的外腐蝕。

表1 工業氣體輸送管道的設計參數

土壤的固相間隙中常含有空氣和水，水中所含的鹽分使土壤具有離子導電性，從而使土壤具有一定的電腐蝕性。 為此， 埋地管道通常選用3層PE 覆蓋層（加強級）——第1 層是環氧粉末涂層、第2 層是膠粘劑層、第3 層是聚乙烯覆蓋層，補口處采用內涂環氧樹脂底漆的熱收縮套 （帶）進行包裹。 另外，埋地管道還選用外加電流陰極保護法——利用外部直流電源取得陰極極化電流來防止金屬遭受腐蝕的方法，被保護的金屬接在直流電源的負極上，而在電源的正極則接輔助電極。 外加電流對管徑較大并有連續絕緣層的管段能取得良好的保護效果， 當雜散電流產生的管-地電位變化超過犧牲陽極的保護能力時，采用外加電流可消除雜散電流的影響。

2 埋地管道不開挖檢驗技術

2.1 PCM+系統

PCM+系統主要由發射機和信號接收機組成， 通過發射機在管道和大地間施加某一頻率的電流，給待測管道施加信號，在地面上沿管路由接收機測出管道中各測點流過的電流值 （圖1）， 測試結果可以確定管道的位置和防腐層的狀況［1］。

圖1 PCM+系統檢驗原理示意圖

電流沿埋地鋼質管道上傳播，且衰減程度隨著與起始點間距離的增加而增加：當存在破損點時， 電流會從破損點穿過防腐層泄漏到土壤中，此時電信號衰減必然增大； 如果防腐層均勻完好，電信號衰減呈對數曲線形式。 電流衰減值主要取決于防腐層/涂層的絕緣電阻和單位長度的管道防腐層/涂層表面積［2］，對于給定的防腐涂層，衰減值與管道的周向面積成比例。

若管段對應的衰減值明顯增大或探測到泄漏的電信號固定指向某個方向，則說明該管段的防腐層存在面積較大的破損點或者數量較多且密集的小破損點。 此時， 通過先記錄間隔3～5 m的檢驗電流值，發現電流衰減曲線中下降最快即破損最嚴重的位置進行精確定位（定位精度一般為1～2 m），隨即可開挖、檢驗和修復。

2.2 現場檢驗實例

某管道尺寸規格為?426 mm×10 mm， 設計壓力2.5 MPa，材料20#鋼，采用陰極保護為主犧牲陽極保護為輔的形式， 管道走向大部分沿圍墻，途經綠化帶和公路，旁邊有河流，穿越段采用套管，運行時間已超10 a，挖開后管道敷設位置滲水較多。

選用儀器為PCM+，電流為1 000 mA，頻率為128 Hz，將檢驗數據輸入數據處理軟件，得到管線的電流和衰減值檢測結果（圖2）。

圖2 管線的檢測電流和衰減值

由圖2b 可知，在1 456～1 900 m 之間出現兩處較高的柱狀圖，且在現場通過A 支架發現箭頭指向此處，懷疑有破損存在。 現場開挖后，發現1 534 m 處管道外防腐層有凹坑、1 838 m 處管道外防腐層有部分脫落（圖3），露出了管道的底漆。同時，通過電火花掃查確定了這兩處的防腐層可以被電火花擊穿，已不能起到對管道的防腐保護作用。

圖3 現場開挖發現的兩處缺陷

2.3 檢驗精度的影響因素

管道的位置、直徑、長度、材料和外覆層絕緣電阻率，發射場源、測試距離、破損點的位置、土壤介電常數、拾取信號極間距離及回路狀況等因素都會對檢驗信號產生一定影響［3］，實例中的影響因素有以下4 種：

a. 管道組成件。 694 m 處的波峰就是由三通結構引起的，導致電流信號被旁路引流。

b. 雜散電流。設計或規定回路以外的電流稱為雜散電流， 能引起大地電位梯度的變化，55 m處的波峰就是因此處跨越高壓線而產生雜散電流所致。

c. 陰極保護線。 檢驗中會遇到破損點嚴重偏離管道正常走向的情況，大多因陰極保護線的影響造成了破損點的“偏移”，而非管道真實破損點的位置［4］。

d. 其他管道。在所要檢驗的埋地管道附近往往埋有許多其他設施，如市政排污管道、燃氣管道及地下電纜等，這些設施的電信號對儀器產生一定的干擾或誤導。

2.4 不開挖檢驗要點

不開挖檢驗前，需先研究管道走向，關注管道的組成件，如法蘭連接的閥門、管道旁路的三通等。 有絕緣墊片的閥門會影響電信號的正常傳導，從而無法探測包含該閥門的一段管道；三通旁路的影響主要在于電信號會朝電阻值低的地方傳播，使所需檢驗管段的電信號發生明顯的電流降（將電流引至旁路）。

測量的間隔點推薦選擇30～50 m，對懷疑破損的區域需要縮小間隔確定破損的大致位置，以便于后續開挖。 因電流頻率過低時，電信號遇到小破損就會很弱，故電流頻率推薦選取128 Hz。

需要重點關注可能破壞管道外防腐層的區段，如穿跨越段、鋪設巖石偏多的路段、管道上方有灌木的路段、管道附近重新開挖施工的路段以及發現管段偏移的路段。

3 結束語

埋地管道不開挖檢驗，對于確定埋在地下管道的走向、 埋深和破損具有較強的參考意義，可以幫助企業了解管道的近況，降低管道的使用成本并延長使用壽命。

應用PCM 檢驗技術檢驗的是防腐層的綜合電氣性能，而不是防腐層的物理分布。 埋地管道現場檢驗時所受的影響因素較多，需要事先熟悉現場做好細致的策略， 并根據實際情況及時調整。 檢驗人員對儀器的熟悉程度也存在一定的影響，需在現場工作中不斷總結，提高操作水平。