水下穿越管道外腐蝕檢測評(píng)價(jià)系統(tǒng)River-ROV的應(yīng)用性研究

申耀東 曹 強(qiáng) 鄧寶信 李雪陽

（國家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司南寧輸油氣分公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

江河水下穿越管道因地質(zhì)條件、施工等狀況使得管道外防腐層損傷嚴(yán)重，目前對(duì)這部分管道還未開展過全面檢測，僅靠岸邊測試樁檢測數(shù)據(jù)評(píng)估，詳盡的腐蝕與防護(hù)效果不清楚，更談不上對(duì)腐蝕與防護(hù)安全狀態(tài)的管控。

目前國內(nèi)外對(duì)水下管道檢測的技術(shù)手段主要包括潛水員水下作業(yè)、FieldSens技術(shù)、ONE-PASS技術(shù)和ROV技術(shù)[1]。基于水下管道檢測環(huán)境的特殊性、人員的安全性和數(shù)據(jù)的全面性考慮，只有ROV技術(shù)能夠全面實(shí)現(xiàn)水下管道的檢測需求。利用River-ROV檢測系統(tǒng)將接收器和參比電極搭載到機(jī)器人上，通過推進(jìn)器控制其移動(dòng)，可下潛到水底在河床上（更靠近管道位置）對(duì)水下穿越管段實(shí)施路由定位、防腐層破損檢測、陰極保護(hù)效果評(píng)價(jià)等項(xiàng)目[2]。River-ROV檢測系統(tǒng)屬于多功能水下檢測技術(shù)，可潛入水下深度50m，水底河床定位覆土深度超過40米，適用環(huán)境尤為廣泛。

1 River-ROV搭載的檢測技術(shù)

River-ROV系統(tǒng)整合管道定位、埋深測量、陰保電位CIPS測量、電位梯度DCVG檢測、視頻和聲吶成像探測等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)江河穿越管道外防腐與陰極保護(hù)狀況等多方面的檢測。

1.1 管道電磁法定位、測深技術(shù)

應(yīng)用有源電磁探測方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)陸上及水下管道的探測。探測原理是：應(yīng)用發(fā)射機(jī)為管道施加交變的電流信號(hào)，在管道周圍會(huì)產(chǎn)生交變的磁場，使用電磁法感應(yīng)線圈在管道上方測量所施加信號(hào)的分布情況，依據(jù)信號(hào)分布規(guī)律可精確定位管道的位置，同時(shí)通過該信號(hào)值可以探測管道的埋設(shè)深度[3]。管道埋深的測量是應(yīng)用兩個(gè)相同的有固定間距的水平磁感應(yīng)線圈，分別測出兩個(gè)線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度Et和Eb，如圖1所示可計(jì)算出埋深數(shù)值。

圖1 管道埋深測量原理

1.2 DCVG防腐層檢測技術(shù)

直流電位梯度法（DCVG）檢測過程是使用一個(gè)靈敏的毫伏表，兩端連接兩個(gè)測量電極，測量兩個(gè)電極在電場中產(chǎn)生的水平電壓梯度輸出值。當(dāng)管道防腐層存在破損時(shí)，陰極保護(hù)電流從破損位置流入管道，形成球形電場，根據(jù)測量的橫縱向電位梯度分布曲線，如圖2所示，來判斷水下管道防護(hù)層的缺陷位置。

圖2 電位梯度示意圖

圖3 水下檢測裝置CIPS檢測示意圖

圖4 2D成像聲吶檢測圖

1.3 CIPS陰保檢測技術(shù)

檢測裝置一端使用帶絕緣層的金屬導(dǎo)線與水下管線的測試點(diǎn)連接，使管線與檢測裝置內(nèi)部的自動(dòng)電位記錄儀相連接，記錄儀的另一端與飽和的硫酸銅參比電極相連構(gòu)成測量的回路。在陰保系統(tǒng)施加斷流器后，檢測裝置定位在水下管道的正上方河床時(shí)，所測得的斷電電位即為管道的保護(hù)電位。使用該系統(tǒng)可以測量管道沿線的電位分布狀況，通過電位的分布狀況可以判斷管道的陰極保護(hù)狀況，并間接分析管道上防護(hù)層是否存在缺陷。

1.4 聲吶檢測技術(shù)

聲吶是一種利用聲波水下傳播特性，通過電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成水下探測和通訊任務(wù)的電子設(shè)備，屬于聲學(xué)定位范疇[4]。在水質(zhì)較差能見度較低的情況下，River-ROV裝置的視頻檢測系統(tǒng)只能在較短距離的可視（約為50cm），通過BlueView的2D聲吶可以觀察ROV周圍的環(huán)境情況，一方面可通過聲吶判斷ROV在水下的位置及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為用戶提供水下環(huán)境狀況，起到避障作用；另一方面可以通過對(duì)環(huán)境的觀察判斷管道埋設(shè)環(huán)境的情況。

2 水下管道檢測實(shí)踐

River-ROV檢測系統(tǒng)對(duì)水下穿越管道進(jìn)行檢測時(shí)，首先需要對(duì)穿越管道進(jìn)行現(xiàn)場勘查，確定入水/出水點(diǎn)處管道位置及深度，確定River-ROV投放和檢測結(jié)束位置；其次在投放位置附近對(duì)下水前的調(diào)試及檢查工作，完成以上工作后將River-ROV投放入水中，由操控人員通過岸上操控系統(tǒng)控制River-ROV在水下實(shí)施檢測工作；最后獲取現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，使用專業(yè)數(shù)據(jù)分析和評(píng)價(jià)軟件對(duì)管道的腐蝕與防護(hù)狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.1 檢測基本情況

為了驗(yàn)證River-ROV的實(shí)際應(yīng)用效果，分別在中緬天然氣管道欽州支線遷安江穿越段和欽南柳成品油管道大田寮水庫穿越段進(jìn)行了River-ROV檢測，對(duì)管道的埋設(shè)位置、覆土深度、水深情況、鋪設(shè)環(huán)境、外防腐層完好性、陰保有效性等項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)檢測和評(píng)價(jià)。

這兩個(gè)穿越管段都是采用大開挖的穿越方式，其中遷安江穿越段管道投產(chǎn)于2014年7月6日，設(shè)計(jì)壓力10MPa，管道規(guī)格為φ813×16.8mm，管道材質(zhì)X70鋼，管道防腐層為三層PE外防腐層，應(yīng)用外加電流陰極保護(hù)方式對(duì)管道實(shí)施電法保護(hù)；欽南柳成品油管道大田寮水庫穿越段管道投產(chǎn)于2018年8月，設(shè)計(jì)壓力8MPa，管道規(guī)格為φ457×7.9mm，管道材質(zhì)X60鋼，管道防腐層為三層PE外防腐層，應(yīng)用外加電流陰極保護(hù)方式對(duì)管道實(shí)施電法保護(hù)。

2.2 檢測結(jié)果

（1）中緬天然氣管道欽州支線遷安江穿越段檢測結(jié)果

水下管道埋設(shè)深度在3.17～4m之間；且各水下測點(diǎn)處皆進(jìn)行了聲吶攝像勘察，未發(fā)現(xiàn)河床環(huán)境異常，該穿越管段未出現(xiàn)管道懸跨現(xiàn)象。針對(duì)管道外防腐層破損點(diǎn)檢測，現(xiàn)場應(yīng)用ACVG和DCVG相結(jié)合的方式實(shí)施。未發(fā)現(xiàn)防腐層破損點(diǎn)。水下管道電位梯度在7.9～9.5mV，通斷電位梯度差值最大為0.3mV，無防腐層破損跡象。在河流兩側(cè)岸邊使用ACVG方式驗(yàn)證，破損指示箭頭皆指向背離發(fā)射機(jī)方向，據(jù)此判斷檢測兩條管道水下測段無外防腐層破損點(diǎn)。同時(shí)應(yīng)用電流衰減法計(jì)算管道外防腐層絕緣電阻率，檢測管段整體評(píng)價(jià)結(jié)果為 “一級(jí)”，外防腐層整體狀況良好。針對(duì)陰保有效性檢測，管道斷電電位值在-935～-1099mV之間，根據(jù)GB/T 19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》規(guī)定斷電電位需在-850～-1200mv范圍內(nèi)，穿越段管道陰極保護(hù)狀態(tài)符合標(biāo)準(zhǔn)要求；

（2）欽南柳成品油管道大田寮水庫穿越段檢測結(jié)果

水下管道埋設(shè)深度在1.97～2.31m之間，且各測點(diǎn)處皆進(jìn)行了聲吶攝像勘察，聲吶勘查發(fā)現(xiàn)底部有類似管狀物懸浮現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn)該疑似管狀物體為攔網(wǎng)底部繩子，河床環(huán)境無異常，該穿越管段未出現(xiàn)管道懸跨現(xiàn)象。針對(duì)管道外防腐層破損點(diǎn)檢測，現(xiàn)場應(yīng)用ACVG和DCVG相結(jié)合的方式實(shí)施。未發(fā)現(xiàn)防腐層破損點(diǎn)。水下管道電位梯度在-0.6～-2mV，電位梯度較小，且電位梯度值在管道兩側(cè)皆為負(fù)值，無防腐層破損跡象，且在河流兩側(cè)岸邊使用ACVG方式驗(yàn)證，破損指示箭頭皆指向背離發(fā)射機(jī)方向，據(jù)此判斷該水下測段無外防腐層破損點(diǎn)。同時(shí)應(yīng)用電流衰減法計(jì)算防腐層絕緣電阻率，檢測管段整體評(píng)價(jià)結(jié)果為“一級(jí)”，外防腐層整體狀況良好。針對(duì)陰保有效性檢測，管道斷電電位值在-1054～-1195mV之間，根據(jù)GB/T 19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》規(guī)定斷電電位需在-850～-1200mV范圍內(nèi)，穿越段管道陰極保護(hù)狀態(tài)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語

集電磁法+CIPS+DCVG+聲吶等多種技術(shù)于一體的River-ROV檢測系統(tǒng)。

（1）能夠全面獲取管道覆土深度、水深以及埋設(shè)位置GPS坐標(biāo)等管道位置信息；

（2）能夠全線獲取水下穿越管段每處的陰保電位，評(píng)價(jià)陰保狀況；

（3） 能夠全程檢測水下穿越管道外防腐層附近處的地電位梯度，評(píng)價(jià)外防腐層完好性。

通過對(duì)兩個(gè)不同現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用，證明水下穿越管道檢測評(píng)價(jià)系統(tǒng)River-ROV技術(shù)成熟、功能齊全，可以為水下穿越管段腐蝕與防腐評(píng)價(jià)提供更為全面的檢測數(shù)據(jù)，為管道的運(yùn)行維護(hù)、成本控制、安全保障提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。可在水下穿越管道腐蝕與防護(hù)檢測領(lǐng)域內(nèi)推廣應(yīng)用，為其他水下穿越管道的安全運(yùn)營管理提供借鑒。