管道防腐层缺陷检测方法的综合应用

煤气与热力第24卷　第1期Vol. 24　No. 1

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

2004年1月Jan. 2004G as &Heat

文章编号:1000-4416(2004) 01-0055-04

管道防腐层缺陷检测方法的综合应用

安慧斌, 徐立新, 孟宪耀

(哈尔滨输气公司, 黑龙江哈尔滨150056)

Ξ

摘要:介绍了管道外防腐层缺陷的检测方法, 比较了各种方法的优缺点, 阐述了综合应用各种方法的优越性。

关键词:管道防腐; 防腐涂层; 缺陷检测中图分类号:TU996　　　文献标识码:B

C om prehensive Application of Methods Pipeline Anticorrosion AN Hui 2, , (, 150056, China )

Abstract the detecting pipeline anticorrosion coating defects , com pares the ad 2vantages with various methods , clarifies the superiority of applying the methods com prehens 2ively.

K ey w ords :pipeline anticorrosion ; anticorrosion coating ; defect detecting

0　引　　言

防腐层和阴极保护方法的综合应用, 对埋地钢质管道起着有效的保护作用, 从而防止管道腐蚀。实际上, 防腐层是管道抵御腐蚀的第一道防线, 其功能是使钢质管道与土壤等腐蚀环境隔绝, 抑制管道表面腐蚀电池的发生, 最终达到腐蚀控制的目的。由于管道铺设时的不规范施工、外部机械作用、土壤的扰动或压力、岩石的磨损、细菌的侵扰等多种因素的作用, 导致防腐层破损或老化。因此有必要在管道发生腐蚀或严重腐蚀之前对管道的防腐层缺陷进行检测。下面介绍检测方法的综合应用。

防腐层缺陷检测要求:①准确确定缺陷位置和大小; ②指明是否正在发生腐蚀; ③给出完全独立于操作者的解释结果; ④复杂条件下(如密集的管道系统, 与其他金属结构平行, 存在交直流杂散干扰等) 结果可靠; ⑤检测结果的可重复性高; ⑥可生成测量记录。完全满足上述要求的检测方法不存在。为此, 常将各种方法综合应用。防腐层缺陷检测的常用方法有:皮尔逊法、电磁电流衰减法、直流电位梯度法和密间隔电位法

(1) 皮尔逊(Pears on ) 法

[1—9]

。

通过发射机向管道施加一个交变电流信号, 该电流信号沿管道传播,

当管道的防腐层存在缺陷时, 就会在破损点的周围形成一个交变电场, 其中缺陷点处电场梯度最大。检测电场的存在和电场中心的位置, 即可准确判定防腐层缺陷点的准确位置。

1　检测方法

Ξ收稿日期:2003-02-20

) , 男, 黑龙江哈尔滨人, 工程师, 大学, 从事燃气输配管理工作。　　　作者简介:安慧斌(1966—

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优点:①可确定外防腐层缺陷以及靠近管道的

能引起电位梯度的外部金属物的位置; ②使用能自动记录的皮尔逊法技术装备进行检测时, 其检测成果可转储至计算机; ③能粗略指示缺陷大小。

缺点:①不宜在道路、铺砌路面、混凝土表面、河流等地段检测; ②测量操作和解释取决于操作人员的经验; ③并非总能区分防腐层缺陷和管道走向上的外部金属物; ④接收机灵敏度调节不当影响防腐层缺陷的检测; ⑤由于信号电流扩散, 影响该方法在大口径管道上的有效应用; ⑥受电性干扰影响, 可能得到相反的结果; ⑦在高电阻率的土壤中不能形成良好接地。

(2) 电磁电流衰减法(PC M ) 对管道施加一定的电流后, 电流由信号加入点向远方传递时会逐渐衰减。衰减大小与防腐绝缘层的电阻有关, 绝缘层电阻高, 电流衰减就慢, 反之则衰减快。电流随距离衰减的关系式为:

-ax

I =I 0e 式中:I

I 0x

;

;

; a 衰减系数(与被测管道的防腐绝缘层电阻率、管道直径、壁厚、材质有关) 。防腐层的平均绝缘电阻大, 衰减系数就小; 反之, 衰减系数就大, 即电流泄漏严重。

当管道的防腐层由同种材料构成, 且各段的平均绝缘电阻差别不大时, 管道中电流的对数与管道与供电点的距离呈线性关系, 其斜率大小取决于防腐层的绝缘电阻。单位距离的衰减率与距离绘制成的二维图形是一条平行于x 轴的直线, 即:

y =

x 2-x 1式中:y 单位长度管道电流平均衰减率。

防腐层绝缘电阻不同, 电流衰减率不同。根据各管段的电流衰减率, 可以计算出防腐层绝缘电阻的大小。接地条件不影响该方法的使用。

优点:①探测可同皮尔逊法同时进行; ②当管道表面具高质量的防腐层时(如PE 防腐层) , 其信号沿管道传播距离可超过30km ; ③管道的深度探测是检测的一部分, 可以指示管道的浅覆盖区域; ④只需1人便可操作; ⑤接收机不需与土壤接触; ⑥可迅速获取初勘结果, 评价管道防腐层总体状况; ⑦

电流衰减率与施加的最初电流信号大小无关; ⑧电流衰减记录与以后检测结果比较, 可进一步评价防腐层退化或损坏程度。

缺点:①对埋设于非均质土壤中的管道、具有极劣质防腐层的管道及存在多种特殊部件(如阀门、套管、三通等) 的管段, 该方法不能取得良好的效果; ②用该方法检测防腐层缺陷时, 如探测表明存在不良防腐层区段, 应采用其它更精确的方法确定单个防腐层缺陷的位置; ③存在平行布置的其它金属管道时, 信号可能感应到其它管道, 从而影响探测结果的精度; ④不能探测管道附近的外部金属物; ⑤受外界电性干扰影响; ⑥要求了解管道的几何特征, 如弯头、管道接头、与管道平行的金属物等。

(3) 直流电位梯度测量(有以下两种:; ②纵向电位梯度法。

:①可判断缺陷的准确位置; ②只需1人操作; ③无须精确的管道位置; ④可确定电流方向和腐蚀缺陷; ⑤如已知管道的准确位置, 可对缺陷大小进行排序, 以确定维修顺序; ⑥对多数土质条件, 该方法不受离散电流的影响; ⑦适合于存在电流相互影响或非稳定电位的区域。

缺点是相对其它方法效率较低。(4) 密间隔管地电位检测(CIPS ) 该方法是沿管道走向, 以1～10m 的间距进行“开”和“关”两个状态下的管地电位测定。“关”状态下的管地电位是管道真正的极化电位。大规模的防腐层缺陷引起周围电位梯度的畸变, 因此, 可通过“开”和“

关”状态测得的电位-距离曲线图观察到。

该法主要特征:①在“开”和“关”状态下进行电位测定, 可得到沿管道走向完整的管地电位曲线; ②测量结果转储到计算机后, 判断缺陷区域方便; ③本次测量结果可指导、评价后期的阴极保护监控结果; ④提供所有缺陷处阴极保护水平状况和可能正在发生腐蚀的位置; ⑤识别具有相互作用的区域或其它使电位变化的条件; ⑥探测成果不受检测台组的影响; ⑦探测过程与防腐层质量无关。

2　检测方法的综合应用

2002年对有关输气管线段进行了综合检测, 用

第1期　　　　　　　　安慧斌等:管道防腐层缺陷检测方法的综合应用Pears on 法检测防腐层缺陷位置; 用PC M 法检测防腐

(2) PC M 检测

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层的整体质量; 用DC VG 法确定防腐层缺陷的大小, 初步探测地电环境; 用CIPS 法测量管段全线的阴极保护开关电位。检测时首先进行Pears on 法和PC M 法,Pears on 法检测出防腐层缺陷, PC M 法在防腐层缺陷的前后都采集数据, 避免防腐层缺陷电流流失对PC M 采集数据的影响。在防腐层缺陷的中心位置进行大梯度的DC VG 检测, 即将一个参比电极(Cu Π饱和CuS O 4) 放置在防腐层缺陷的中心位置, 另一个参比电极(Cu Π饱和CuS O 4) 放置在垂直于管道一侧理论上无穷远的位置, 测得的梯度与该处的正常保护电位相比之后, 乘以100, 得到防腐层缺陷的I R 值, 该值作为比较防腐层缺陷大小的依据。随后的密间隔电位检测, 得到全线的开电位及极化电位, 包括防腐层缺陷处的极化电位。防腐层缺陷处的极化电位反映该缺陷处是否正在发生腐蚀。现以152—154号测试桩管段(长度2004m ) 例, 阐述综合应用的优越性。

(1) Pears on 法

Pears on S L 2098型埋地

现场检测时, 先用发射机向被测管道施加一个电流信号, 然后在地面上沿管道走向用接收机检测被测管道的不同点的电流值。当信号沿管道传播流动时, 在管道周围将产生一定的磁场信号, 接收机用电磁感应原理将磁场强度信号自动转换成电流信号, 把电流信号输入到计算机对其进行处理分析, 可得到每段管道绝缘电阻, 从而判断管道防腐层的整体质量, 结果见表2。表2中,1539—1804m 管段的防腐层处“劣级”, 造成防腐层质量低劣的原因除老化、机械性损伤等原因外, 防腐层与管道之间失去粘接力(即剥离) 也是其中的一个重要因素。防腐层剥离的危害是相当严重的, 产生

[10]

了阴极保护屏蔽效应, 接力, 防, 进行补口处理时未达相应的标准要, 将后补防腐层清除, 观察并进行管体测厚, 管体基本未受腐蚀。而补口四周的防腐层已产生剥离, 将剥离的防腐层清除, 发现金属管体大面积腐蚀, 并有大量的点蚀坑, 最大蚀坑深度可达2mm 。

表2　PC M 测得管段防腐层整体质量细分

距离Πm

0～108108～308308～508508～713713～913913～987

将发射机输出线接在阴

极保护桩上, 通过发射机向管道施加一个交变电流信号, 该电流信号沿管道传播。检测人员在管线上行走, 当管道的防腐层存在缺陷时, 就会在破损点内周围形成一个交变电场, 其中缺陷点处电场梯度最大。通过检测电场的存在和电场中心的位置, 即可准确判断防腐层的缺陷点的位置。通过这种方法在该管段检测出防腐层缺陷5处, 各防腐层缺陷的具体情况见表1。防腐层缺陷的分类为:I R =0%～15%为3类, I R =16%～35%为2类, I R >36%为1类。

表1　Pears on 法测得管段防腐层缺陷

Π[**************]0

防腐层绝Ω缘电阻Π

>20000>

20000>20000>[***********]

优优优优差可优

距离Πm

1061～11391139～13391339～15391539～17391739～17501750～18041804～2004

防腐层绝Ω缘电阻Π

76202026>20000

[1**********]62

良差优劣劣劣差

987～1061

位置描述

152测试桩处

I R Π%类别0. 250. 330. 361. 020. 35

3类3类3类3类3类

修复期限

3年内修复3年内修复3年内修复3年内修复3年内修复

注:该段的外防腐层为沥青玻璃纤维布防腐层

距小跨越18. 8m 玉米地中小土屋斜对, 稻田内村级路一侧沟内村级路另一侧, 路边杨树旁

(3) CIPS ,DC VG 检测

CIPS 仪器进行检测时, 为了得到管道的瞬时关

电位V off (管地电位) , 需要在被测管道两端的阴极保护站各加一台电流中断器, 中断器要以设置成不

同的中断周期, 但需与CIPS 测量仪设置成相同的周期以达到同步。检测人员在被测管道上间隔1. 5m 连续测量, 并自动存储, 到工作结束时再转存到计算

注:表中的距离是以152号桩为起点, 向154号测试桩为距离增大的方向。

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机进行系统的分析。CIPS 检测得到该管段全线的

开Π关电位。检测结果见图1,2。开关电位均位于标准的保护电位曲线之上, 说明该管段全线均处于有效的阴极保护范围。学原电池上时, 相当于去极化作用, 从而减轻了阳极和阴极极化现象和电化学钝态。当这种干扰电压大于18V 时, 则会使氢的析出量增多, 从而造成防腐

[11]

层剥离。

3　结　　语

(1) 运用综合检测方法, 可得到比单一方法(如最常用的Pears on 法) 更加翔实、准确的防腐层缺陷

数据, 并可对防腐层缺陷提出修复时间表。

(2) 可得到详细的防腐层整体质量数据, 并为今后的检测提供参考, 以观察防腐层的老化进程。

(3) , 对管道是否真正达到标准保护电位。

) 。

(, 发。参考文献:

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图1　管段DCVG 和CIPS

法实测结果平滑曲线

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曲线的相互交叉现象, 正是离散电流(或称为杂散电流) 影响的结果。该段有一条高压输电线路接近并与管线交叉, 从而对该段管道的管地电位产生了较大的影响。这种干扰虽属于交流杂散电流, 但对管道安全的影响却是不容忽视的。造成这种现象的原因与管道斜交的高压线有关。油气管道接近电力线或长距离与电力线平行时, 高压电力线将在附近埋地管道上感应产生二次交流电, 使管道产生很高的感应电压, 管道与周围的土壤之间也产生可达几伏或几十伏的电位差。当这些电流叠加在腐蚀的电化

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