上海金山天然氣有限公司 朱 強(qiáng)

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司 李新芝

燃?xì)夤艿劳夥栏瘜油暾詸z測(cè)探討

上海金山天然氣有限公司 朱 強(qiáng)

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司 李新芝

利用交流電位梯度法(ACVG)檢測(cè)埋地管道防腐層有關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)，按照《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》(GB/T 19285—2014)規(guī)定對(duì)燃?xì)夤艿婪栏瘜诱w質(zhì)量狀況進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)及給出管理建議。

埋地管道 防腐層 檢測(cè) 電位梯度法

0 前言

埋地管道的腐蝕控制工程是由管道的外防腐層與陰極保護(hù)聯(lián)合組成，管道外防腐層是管道腐蝕控制的第一道防線，而陰極保護(hù)則是管道防腐層防護(hù)的完善和補(bǔ)充。這是因?yàn)椋喝魏温竦氐姆栏?，無論是在防腐預(yù)制廠的防腐層的施加過程還是防腐管的下溝和回填過程中，都不可能做到100%的無缺陷和100%的無漏點(diǎn)，而且，在管道埋地后，防腐層在土壤溶液的作用下，也會(huì)逐步老化、變質(zhì)，逐步喪失其原有的絕緣和防護(hù)性能。那么，對(duì)于這些管道施工過程中造成的防腐層的缺陷或隱患處，一旦遭受到土壤溶液的作用，這些漏鐵點(diǎn)必然會(huì)產(chǎn)生腐蝕，從而造成管壁的腐蝕、穿孔、和泄漏，引發(fā)管道事故的產(chǎn)生。為了防止由于防腐層的缺陷造成金屬管壁的腐蝕泄漏，就需要對(duì)管道實(shí)施陰極保護(hù)，通過給管道施加陰極極化電流的方法，使管道防腐層漏點(diǎn)表面管壁的電位陰極極化到電化學(xué)熱力學(xué)上的穩(wěn)定態(tài)，這就是陰極保護(hù)的防護(hù)作用原理，也就是埋地管道為什么一定要實(shí)施防腐層與陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)的原因。

根據(jù)管道腐蝕控制原理，陰極保護(hù)就是用于那些覆蓋層已經(jīng)產(chǎn)生漏鐵點(diǎn)處的鋼基底的腐蝕防護(hù)。NACE1993年年會(huì)第17號(hào)論文指出：正確涂敷的涂層應(yīng)該為埋地構(gòu)件提供99%的保護(hù)需求，而余下的 1%才由陰極保護(hù)提供。也就是陰極保護(hù)要求管道防腐層的質(zhì)量比較高，漏點(diǎn)的面積小，這樣腐蝕控制工程的成本才是最經(jīng)濟(jì)合理的，即陰極保護(hù)的電流的大小，與防護(hù)效果與管道外防腐層質(zhì)量的優(yōu)劣密切相關(guān)。

因此，管道外防腐層的完整性關(guān)系到埋地管道腐蝕控制的成本、經(jīng)濟(jì)性與效果。按照相關(guān)腐蝕控制的專業(yè)規(guī)范要求，埋地管道外防腐層的完整性狀況的檢測(cè)與調(diào)查，在埋地管道的施工、運(yùn)行管理的過程中，始終是最為關(guān)鍵和重要的管理內(nèi)容。

1 埋地管道外防腐層的狀況與檢測(cè)方法

埋地管道外防腐層在調(diào)查時(shí)，可分為如下幾種狀況：

(1)防腐層無缺陷、漏點(diǎn)，且與管壁粘結(jié)良好。

(2)防腐層表面有局部漏鐵點(diǎn)。

(3)防腐層表面無缺陷，但與管壁之間無附著力，且已產(chǎn)生剝離，該種情況下，由于任何防腐層的透水透氣性會(huì)產(chǎn)生涂層下的腐蝕，從而造成管壁的腐蝕破壞。

對(duì)于第一種和第二種情況，可以通過地上的間接檢測(cè)技術(shù)，進(jìn)行檢測(cè)和判定；而對(duì)于第三種狀況，雖然對(duì)管道存在很大的風(fēng)險(xiǎn)與隱患，卻不能通過一般的地上的間接檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)出來，只有通過直接開挖來獲得防腐層真實(shí)狀況。

2 埋地管道外防腐層間接檢測(cè)技術(shù)

所謂間接檢測(cè)技術(shù)是指不開挖的地面檢測(cè)技術(shù)，這些檢測(cè)技術(shù)往往都是通過專用的儀器設(shè)備，給埋地管道施加電信號(hào)，再由專業(yè)的技術(shù)人員，在埋地管道的上方，通用接收設(shè)備或測(cè)量?jī)x器接收從管道中反饋出的電信號(hào)，從而了解和評(píng)價(jià)埋地管道的外防腐層的缺陷和質(zhì)量、以及陰極保護(hù)的狀況。常用于管道防腐層檢漏的檢測(cè)技術(shù)有：皮爾遜(Pearson)音頻信號(hào)檢漏技術(shù)、交流電流衰減法(PCM)和電流電位梯度法(DCVG，ACVG)。

本次調(diào)查和評(píng)估，主要使用了交流電流衰減法(PCM)與電流電位梯度法(ACVG)。

2.1 交流電流衰減法(PCM)

2.1.1 檢測(cè)原理

PCM(Pipeline Current Mapper)交流電流衰減法，又稱多頻管中電流法，它采用等效電流原理，評(píng)價(jià)防腐層絕緣電阻。它是通過在管道和大地之間施加某一頻率的正弦電壓，給待檢測(cè)的管道發(fā)射檢測(cè)信號(hào)電流，在地面上沿路由檢測(cè)由管道電流產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)的強(qiáng)度及變化規(guī)律；并通過管道上方地面的磁場(chǎng)強(qiáng)度換算出管中的電流變化，同時(shí)還可以判斷出管道的支線位置或破損缺陷等。

該測(cè)試方法的理論依據(jù)是“線傳輸函數(shù)”，將信號(hào)輸入管道，理論上可視為單線一大地回路，電流沿管道縱向逐漸衰減，衰減率與防腐層質(zhì)量?jī)?yōu)劣有關(guān)。該方法通過測(cè)取感應(yīng)電流(代替管中電流)沿管線縱向傳輸系統(tǒng)的衰耗計(jì)算出管道電流衰減率，來判斷管道外防腐層的好壞。

2.1.2 檢測(cè)方法

(1)根據(jù)管道定位檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合管道附屬設(shè)施(彎頭、三通、固定墩和套管等)以及管道附近電力、通訊電纜分布情況等數(shù)據(jù)，確定現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位置，避免其對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。

(2)結(jié)合以上基本檢測(cè)結(jié)果，應(yīng)用 RD-PCM檢測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)采集管道防腐層檢測(cè)有關(guān)參數(shù)、數(shù)據(jù)。

(3)利用分析軟件，結(jié)合各種檢測(cè)結(jié)果，處理、分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，最終對(duì)被檢測(cè)管道防腐層質(zhì)量狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.2 交流地電流梯度法(ACVG)

2.2.1 檢測(cè)原理

交流地電位梯度法(ACVG)可采用 PCM與交流地電位差測(cè)量?jī)x(A字架)，通過測(cè)量土壤中交流地電位梯度的變化，查找和定位管道防腐層缺陷點(diǎn)。本方法不適用于未與電解質(zhì)(土壤、水)接觸缺陷點(diǎn)的查找，另外下列情況會(huì)使本方法應(yīng)用困難或測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性受到影響：

(1)A字架距離發(fā)射機(jī)較近。

(2)剝離防腐層或絕緣物造成電屏蔽的位置。

(3)測(cè)量不可到達(dá)的區(qū)域，如河流穿越。

(4)管段處覆蓋層導(dǎo)電性很差，如鋪砌路面、凍土、瀝青路面和含有大量巖石回填物。

2.2.2 檢測(cè)方法

(1)按交流電流衰減法的測(cè)量步驟將發(fā)射機(jī)接線連接好，并用接收機(jī)對(duì)管道定位。

(2)按儀器的使用說明書連接好 A字架，將 A字架的兩個(gè)電極插入地面靠近發(fā)射機(jī)的接地極附近，A字架的指示箭頭應(yīng)顯示遠(yuǎn)離信號(hào)接入點(diǎn)方向。

(3)沿 A字架箭頭指示方向查找缺陷點(diǎn)。當(dāng) A字架正好位于缺陷點(diǎn)正上方時(shí)，顯示的箭頭為兩個(gè)方向，同時(shí)顯示的dB值讀數(shù)最??；A字架旋轉(zhuǎn)90°復(fù)測(cè)，兩條連線的交點(diǎn)位置就是缺陷點(diǎn)的正上方。確定缺陷點(diǎn)準(zhǔn)確位置后，記錄缺陷點(diǎn)位置并做好地面標(biāo)志。

(4)A字架探測(cè)間距<5 m；最大檢測(cè)距離<3 km(小于發(fā)射機(jī)有效信號(hào)傳輸距離)。

3 檢測(cè)依據(jù)與檢測(cè)結(jié)果

3.1 管道外防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)依據(jù)及結(jié)果

本次調(diào)查防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)采用交流電位梯度法(ACVG)檢測(cè)定位和檢測(cè)。根據(jù)《鋼制管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)》(SY/T 0087.1―2006)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行評(píng)定，規(guī)范中表4.0.7對(duì)間接檢測(cè)結(jié)果的評(píng)價(jià)等級(jí)劃分，見表1。

表1 間接檢測(cè)結(jié)果的評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

規(guī)范中的評(píng)價(jià)指標(biāo)是相對(duì)而言的通用指標(biāo)，不是絕對(duì)指標(biāo)。防腐層破損點(diǎn)大小判定依據(jù)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)ACVG法檢測(cè)的dB值和我公司多年實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判定，判定依據(jù)見表2。

表2 防腐層破損點(diǎn)大小判定依據(jù)

上海金山輸氣管道專項(xiàng)檢驗(yàn)項(xiàng)目全長(zhǎng)356 m，共檢測(cè)出破損點(diǎn)總計(jì) 42個(gè)，評(píng)價(jià)為“嚴(yán)重”的破損點(diǎn)數(shù)量5個(gè)，占破損點(diǎn)總數(shù)的11.90%；評(píng)價(jià)為“中等”的破損點(diǎn)數(shù)量30個(gè)，占破損點(diǎn)總數(shù)的71.43%；評(píng)價(jià)為“輕”的破損點(diǎn)數(shù)量7個(gè)，占破損點(diǎn)總數(shù)的16.67%。

3.2 管道電流衰減法測(cè)試依據(jù)及結(jié)果

本次采用PCM電流測(cè)繪法進(jìn)行管道電流衰減率測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)每20 m采集一組電流數(shù)據(jù)、管道埋深，采集數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)業(yè)計(jì)算機(jī)整合后采用軟件進(jìn)行分析，計(jì)算防腐層電流衰減率，按照《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》(GB/T 19285―2014)相關(guān)規(guī)定對(duì)管道防腐層整體質(zhì)量狀況進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。

3.3 防腐層質(zhì)量分類匯總

對(duì)檢測(cè)結(jié)果經(jīng)過處理、分析，計(jì)算出被檢測(cè)管道防腐層質(zhì)量狀況一級(jí)防腐層長(zhǎng)度為163 m，占這段總長(zhǎng)的45.79%；二級(jí)防腐層長(zhǎng)度為86 m，占這段總長(zhǎng)的24.16%；三級(jí)防腐層長(zhǎng)度為75 m，占這段總長(zhǎng)的21.07%；質(zhì)量為四級(jí)防腐層長(zhǎng)度為32 m，占這段總長(zhǎng)的8.98%。防腐層質(zhì)量降低的主要原因是防腐層存在破損點(diǎn)。

3.4 導(dǎo)致防腐層質(zhì)量下降原因分析

一般情況下造成管道外防腐層破損的主要原因有幾點(diǎn)：

(1)管道施工時(shí)機(jī)械損傷管道外防腐層。

(2)管道回填時(shí)硬物砸傷。

(3)管道回填時(shí)，周圍沒有覆蓋細(xì)土，大量碎石擠壓。

(4)環(huán)氧煤瀝青防腐施工時(shí)厚度不均或粘接力不良導(dǎo)致防腐層剝離、進(jìn)水。

(5)管道建成時(shí)間較長(zhǎng)，防腐層自然老化、脫落。

(6)第三方修路或建房時(shí)造成的損壞。

4 管理建議

(1)評(píng)價(jià)為“嚴(yán)重/立即維修”的破損點(diǎn)，建議一年內(nèi)進(jìn)行修復(fù)。

(2)評(píng)價(jià)為“中等/計(jì)劃維修”的防腐層破損點(diǎn)，建議二年內(nèi)修復(fù)；其余的防腐層破損點(diǎn)建議三年內(nèi)修復(fù)。

(3)建議對(duì)防腐層質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)為三級(jí)、四級(jí)的管段，盡快進(jìn)行維修。

(4)若管道計(jì)劃進(jìn)行打壓試驗(yàn)，應(yīng)先進(jìn)行開挖直接檢測(cè)，通過對(duì)管壁剩余厚度及腐蝕缺陷大小的測(cè)量來判斷管道實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷應(yīng)進(jìn)行安全評(píng)定，評(píng)定不合格的管段應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或換管。

Discussion on Integrity Detection of Gas Pipeline Anticorrosive Coating

Shanghai Jinshan Natural Gas CO., Ltd. Zhu Qiang

Sinopec Shanghai Petroleum&Chemical Corporation Li Xinzhi

This paper checks the relative parameters and datum of anticorrosive layer of buried pipelines by ACVG, grades and evaluates the integral quality of anticorrosive coating of gas pipelineaccording to “Project acceptance of anticorrosive project on buried steel pipelines”. Then some management advices are given.

buried pipelines, anticorrosive coating, detection, ACVG