埋地燃气管道综合检验检测技术研究

埋地燃气管道综合检测技术研究
1、前言
随着科技的进步以及国家相关政策法令（如302号令(1)）的出台，埋地钢质管道使用单位对管道的安全性能越来越重视。

随着政府有关
职能部门的改革，对埋地钢质管道的安全监察也日益重视(2)。

经过对
旧管道的修复（Renovation）、修理（Repair）及更换（Replacement），简称3R技术(3)，进行方案比较，发现主动进行有
计划的“修复”比管道事故后的“修理”代价小得多，有效地避免了
恶性事故的发生，大大地提高了社会效益和经济效益。

而修复的基本
要求是对埋地钢质管道的走向与埋深、管道的腐蚀防护系统进行准确
的检测与评价，其结果对管道的安全运行起着关键作用。

因而，如何
进行科学有效的检测以及制定综合检测技术与方案，目前，还没有全
面的方法、仪器和相应的技术解决方案来解决城市埋地燃气管道的腐
蚀检测问题。

因此，开展埋地燃气管道综合检测技术研究具有重要的
现实意义(4)。

埋地钢质管道检测技术包括内检测与外检测，本文主要讨论外检
测技术。

外检测主要是指在地面不开挖条件下，测试和评估埋地钢质
管道的外涂层和阴极保护效果，同时，有效地检测监控管道经过地区
的环境条件，也是埋地管道腐蚀防护检验检测评价的一个重要方面。

2、埋地钢质管道外涂层检测技术与仪器
埋地管道防腐涂层检测的方法很多，而且各具特色，但迄今为止，目前还没有全面的方法来解决城市埋地燃气钢质管道的腐蚀和防护检
测问题。

现将国内外常用检测方法的原理、特点以及优缺点进行了研究。

常用的管道外检测技术有：标准管/地（P/S）电位测试、密间隔
电位测试技术（CIPS）、直流电位梯度法（DCVG）、Pearson测试技术、管内电流衰减测试法、变频频率选择方法、直流电流－电位法等(3，4，5，6，7)。

（1）管/地电位检测技术
管/地电位检测技术就是利用数字万用表与Cu/CuSO4（CSE）它可
以测试通过测试桩施加阴极保护的管道的保护电位，通过电位的分布
间接评定涂层的质量状况。

常用的有近参比法、地表参比法与远参比法。

该种方法能快速测量管线的阴极保护电位，这是目前测量地面管
道保护电位的通用方法，但它不能确定缺陷大小、位置以及涂层剥离。

（2）密集间歇电位检测（CIPS）
密间歇电位（有时也称为近间距电位测试）检测技术是当今尖端
的检测技术之一，它是一种地面检测技术，用于提供管道对地电位和
距离之间关系的详细信息。

CIPS的含义是近间距管对地电位测量，它由一个灵敏的毫伏表和
一个Cu/CuSO4半电池探杖以及一个尾线轮组成。

测量时，在阴极保护
电源输出线上串接断流器，断路器在一定时间内断开或连接阴极保护
电流。

能指示管道沿线的CP效果，指出缺陷的严重性，并自动采集数据样。

缺点是在检测过程中需要行走整个管道，检测结果不能指示涂层
的剥离，还可能受到干扰电流的影响，需拖拉电缆，使用范围有一定
的限制。

代表性文书是加拿大CathodicTechnologyCompany生产的HexcorderCIPS。

（3）直流电压梯度测量技术（DCVG）
当直流信号象阴极保护电流一样加到管道上时，管道防腐层损坏
的裸露泄漏点与土壤之间存在电压梯度。

在接近破损裸漏点部位，电
流密度增大，电压梯度增大。

一般地，电压梯度与裸漏面积成正比例
关系。

直流电压梯度检测技术，就是基于上述原理而建立的。

DCVG方法是使用一个的毫伏表（先进的DCVG仪器用数字液晶屏幕显示所测的毫伏数），以及2个Cu/CuSO4将半电池探针插入检测部分
的地中以进行电位梯度检测。

为了有利于对信号的观察和解释，在DCVG测量时，将电流断路器
添加到阴极保护输出。

在测量过程中，操作员沿管线以2m间隔用探杖
在管顶上方进行测量。

该方法能准确地查出防腐层的破损位置，可估算缺陷大小，并通
过IR％判定缺陷的严重程度。

测试过程中不受交流电干扰，不需拖拉
电缆，受地貌影响小，操作简单，准确度高。

根据检测结果可给用户
提供合理的维护和改造建议。

但该方法不能指示管线阴极保护效果，
不能指示涂层剥离，需沿线步行检测；杂散电流、表土电阻率和其他
环境因素会导致一定的测量误差。

代表性文书是加拿大CathodicTechnologyCompany生产的HexcorderDCVG。

（4）Pearson检测技术
该检测技术也称电压差法，在管道－当施加在大地之间的交流信
号通过管道防腐层的损坏点时，它将丢失到土壤中，因而电流密度随
着远离破损点的距离而减小，在破损点的上方地表面形成了一个交流
电压梯度。

检测时，两名操作者脚穿铁钉鞋或手握探针，相距3～6m，将各自拾取的电压信号通过电缆送接收装置，经滤波放大后，由指示
电路指示检测结果。

可沿线检测防腐层破损点和金属物体，是目前国内最常用的检测
技术。

价格便宜，且在国内有较成熟的使用经验，检测速度较快，同时，该法具有识别破损点大小的功能，微小漏点均能测到，在长输管
道的检测和运行维护中具有良好的效果。

但需要沿全线步行检测，不
能指示缺陷的严重程度、CP效率和涂层剥离，易受外界电流的干扰，
依赖操作者的技能，常给出不存在的缺陷信息，同时，劳动强度较大，对水泥或沥青地面产生了接地难的问题。

代表仪器为江苏生产的SLa型系列地下管道防腐层检漏仪。

（5）管内电流检测技术
管内电流检测技术，在多频管中也称为电流法（又称电流衰减法）。

是采用等效电流原理，评价防腐层绝缘电阻。

在检测过程中，变送器将特定频率的信号电流传输至管道，电流
流经管道时，在管道周围产生相应的磁场；当管道外防腐层完好时，
随着管道的延伸，电流较平衡，无电流流失现象或流失较少，其在管
道周围产生的磁场比较稳定；当管道外防腐涂层破损或老化时，在破
损处就会有电流流失现象，随着管道的延伸，其在管道周围磁场的强
度就会减弱。

这是国内外比较成熟的检测方法，可长间距快速探测整条管线的
防腐层状况，也可缩短间距对破损点进行定位，属于非接触地面测量，受地面环境影响较小。

但测量结果不直观，不能指示CP效率，不能指
示涂层剥离，易受外界电流的干扰，且需预先获得一些物理量，如管
体的电阻、内电感、外电感以及防腐层的电容率等。

主要代表性仪器由英国公司生产RD400-PCM检测仪。

（6）变频－频率选择方法
该方法是通过被测管道的桩在管体和地面之间加载一定功率的交
流信号，在另一标桩处检测管体与大地之间同一频率的信号，同步的
改变发、收频率直到接收功率是发射功率的5％以下即可认为“信号损耗殆尽”，然后利用两标桩之间管体长度、管体直径、管壁厚度、包
覆层的材料损耗角正切、土壤特性阻抗等有关物理量计算两标桩之间
管道包覆层的漏电阻。

由于评价是以段为单位进行的，实际上给出的
是段内平均漏电阻，不能指出具体的破损点位置。

这是国内提出的
一种检测方法，能快速普查整条管道防腐层的综合保护性能，受地面
环境影响较小。

但计算结果引入的人为因素多，误差大，其线传输理
论模型在管路复杂的情况下难以适应，特别是对于城市埋地管线，且
不能有效的判断破损点的位置。

代表仪器是江苏生产的SL-AY508Ⅲ管道防腐层绝缘电阻测量仪。

（7）管内电流－电位法
其原理是通过测量阴极电流的电流衰减和电位偏移来计算覆盖层
的绝缘性能参数，是测量覆盖层绝缘性能的理想方法，但此法受到客
观因素的制约，如交、直流的干扰，仪器的专用性和响应速度，电流
测试桩的设置，电源的通/断，30m管长的误差及钢材电阻率的取值等，都将影响其结果的正确性。

3、拟议测试和设备组合
根据对上述各种检测方法的原理分析，以及优缺点总结，结合工
程实际检测和埋地燃气管道安全运行管理的需要，本文作者提出了埋
地管道综合检验检测技术组合方法，具体的应用步骤如下：
（1）管道勘探
为了确保测试直接在管道上方进行，需要明确管线的位置与走向。

对厂区内的短距离管线，可选用RD4000-PDL，而长距离的管线，只能
选用RD400-PCM进行探测；而对于局部区域内的复杂管线，可选用探
地雷达，如PipeHawk地下管道探测雷达。

探地雷达的工作原理是：通过天线向地下发射一个快速上升的电
磁脉冲，该脉冲被地下介质介电常数的变化散射，这些由地下介质介
电常数变化引起的散射将把一小部分能量反射回雷达天线。

反射回来
的信号由天线接收后传送到数字信号处理硬件，经计算机处理后就能
得到管道的具体位置。

国家质检总局锅炉检验中心拥有国内唯一的设备。

（2）管道外壳安全质量检查
采用管内电流测绘法评价管线外覆盖层的安全质量状况。

可采用
RD400-PCM以及变频选频仪，但目前比较常用的是RD400-PCM。

通过检测，可了解管段的整体安全质量状况。

（3）阴极保护效果试验
对于管道外覆盖层安全状况较好的管段，可采用P/S管地电位测
量方法，综合评价管道的阴极保护效果。

对于安全性和外壳质量较差
的管道，宜采用CIPS测试其Von/Voff电位的分布情况，以判断阴保
效果，确保管道的安全运行。

而对土壤电阻率较高的地区，建议也采
用CIPS测试P/S电位，以有效地消除IR降问题。

（4）破损点找寻、位置和尺寸估算
对外覆盖层安全质量状况异常的管段，以及阴极保护效果试验发
现问题较多的管段，应进行破损点检测与定位，产、并估算其大小。

目前常用的检测有：RD400-PCM带A字架检测仪以及海安SL系列涂层
检漏仪。

SL系列检漏仪的精度略高于A字架检测仪。

建议采用两种方
法进行重复定位，以提高检测准确率。

为了有效评估缺陷或损坏点的危害，在可能的条件下，应明确外
覆盖层的破损点大小，可采用DCVG＋CIPS进行涂层破损点大小的判断。

（5）损坏点的严重程度以及阳极和阴极状态的判断
有效判断管道外覆层损伤点的严重程度以及阳极和阴极的状态是
确保缺陷管道安全运行的重要因素。

采用DCVG、SCM杂散电流测绘仪
确定缺陷点的严重性与阳极/阴极状态。

在一般情况下，采用DCVG即可，而对于较复杂且重要的管线，建议采用SCM方法。

因为，对于有
破损点的管段，SCM能更有效地进行杂散电流测试，找出破损点属于阳极倾向点还是阴极倾向点，为管道的运行维护与排流改造提供较多的
信息。

SCM的工作原理为：智能信号发送器发送独特的电流信号，用SCM
智能感应器测量所选管道中流动的干扰电流，确定干扰电流流入目标
管道的流入点、方向、流出点。

国家质检总局锅炉检验中心拥有国内
唯一的设备。

经过以上检测技术的组合，可以掌握地下钢质管道的走向与埋深、外覆盖层安全质量状况、阴极保护电位分布、破损点大小与分布及位置、破损点的严重性与阴阳极趋向，为管道用户维修改造管道提供依据，为政府相关职能部门安全监察提供参考。

4、结论
对埋地钢质管道进行定期检查和检测是实现国外管道安全运行和
管理的重要措施，在实践中得到了较好的应用，而在我国，由于政府
管理职能因素、相关标准与法规的滞后以及技术方面等诸多原因，尚
未完全开展埋地钢质压力管道的定期检验工作。

埋地钢质管道，特别是城市埋地燃气管道的地面非开挖工程检验
检测，不同于锅炉压力容器的直接接触式检测，尚有一些技术难题未
完全解决，需要对现有的检测方法进行有效组合。

因此，本文在分析
国内外埋地钢质管道检测技术和方法原理的基础上，总结了其优缺点，提出了综合检验检测技术组合方法，并在上海燃气管道检测中进行了
试验，具有可行性。