管道防腐层决陷检测技术

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管道防腐层决陷检测技术
管道内外实施腐蚀防护和控制，采用防腐蚀涂层是防护手段之一，效果除取决于涂料质量，涂覆工艺等因素外，涂覆的涂层质量检测也很重要。

尤其对埋地管道，在不挖开覆上的情况下，要方便而准确地查出埋地管道走向、深度、防腐层漏蚀点和故障点的位置，必须采用检测仪器，
(1)涂层针孔缺陷的高压电火花检漏方法。

高压电火花检测是国内外广泛采用的检测方法。

这一方法易于操作，反应直观，工作效率高，且对涂层本身没有破坏，属于无损检测这一范畴。

电火花检漏仪亦称涂层针孔检测仪，它是用来检测油气管道、电缆、搪瓷、金属贮罐，船体等金属表面防腐蚀涂层施工的针孔缺陷以及老化腐蚀所形成的微孔、气隙点。

它已成为石油工程建设质量检验评定的专业工具之一，这类仪器的工作原理基本相同，只是在内部线路、外形、可靠性等方面不尽相同，根据目前防腐蚀涂层的规范和要求，这类仪器的研制逐渐趋向交直流两用；高压输出连续可调；电压显示为数字显示；运用防腐蚀层以及输出高压范围更宽，并实现针孔漏点的计数、打标新功能。

①检测原理金属表面防腐蚀绝缘涂层过薄、漏铁微孔处的电阻值和气隙密度都很小，当检漏仪的高医探极经过针孔缺陷处时，形成气隙击穿产生电火花放电，同时给检漏仪的报警电路产生—个脉冲电信号，驱动检漏电路声光报警。

②SL系列的技术指标、结构和使用方法
a．SL系列电火花检漏仪的主要技术指标
(a)测量防护层厚度范围 A型仪器为 0.03～3．5 mm；B型仪器为3．5～10．0 mm。

(b)输出高压 A型仪器为 0．50～15．0 kV；B型仪器为15．0～36．0 kV。

(c)电源交流(220±5％)V或机内直流，A型仪器为6V；B 型仪器为8．4 V。

(d)功耗 5 W。

(e)延时 1～2 s。

(f)交直流自动变换时间 0．01 s。

SL系列电业花检漏仪检测的防护层厚度和与之相对应的检漏高压是根据式(6-1)、式(6-2)进行计算
当涂层厚度δ1 mm时，V=7843(6—1)
δ1 mm时，V=3294(6—2)
式中 V——检漏电压，V；
δ——涂层厚度，mm。

b．仪器结构
电火花检漏仪一般由主机、高压枪、探极等部分组成。

主机集成信号处理控制线路，声光报警电路，内蓄直流电池组等。

高压枪为高压电子发生器，探极分毛刷探极和弹簧探极，可分别适应不同含属防护工件表面的检漏，亦可根据工件的特点自行配制不同的探极。

c．使用方法
(a)电源检查打开主机电源，液晶表头显示检漏仪内储电池组电压，电压指示灯点亮，液晶表头显示电压应大于6. O V(A 型仪器)或8.4 V(B型仪器)，否则应及时充电方可使用。

(b)主机充电主机内高能蓄电池充电时，将交沉220v电源插头插入后面板充电插座，前面板的电源开关指示灯稿充电指示灯同时发光，仪器即实行快速智能充电，充足自停(充电时间为3 h左右)，充足一次可供仪器用8h左右。

(c)检测时将高压枪的多芯插头插入主机高压输出插座，插接必须良好。

(d)把高压枪的接地线接到被测防护绝缘层的导电体上。

(e)用毛刷探头检漏时，将毛刷探头螺杆旋入高压枪顶端的连接孔；用弹簧探头检漏时，将探头钩旋放高压枪顶端连接孔，连接器套在探头钩上，弹簧套在被测管道表面，且试拉一下，使弹簧能沿管道表面顺利滑动。

(f)根据防护层厚度选择合适的测试电压，也可根据各行业提供的检测标准自行选择检测电压。

检测者打开电源开关，戴上高压手套，按住高匠枪输出按钮，仪器内微电脑自动变换，电源电压指示灯熄灭，输出高压指示灯点亮，液晶表头显示转换为输出高压值，调节高压输出旋钮，使液晶显示值为所需的高压住(每次使用完毕后，输出调节旋钮应词到最小)。

松开高压输出控钮，仪器处于待工作状态。

(g)试把毛刷探头(或探头钩)靠近或碰触被测物导电体，能看到放电火花，并有声光报警，探头离开被测物体时声光报警相应消失，说明仪器工作正常，即可开始检漏。

(h)检测完毕，关闭仪器电源，探头必须与高压枪的地线直接短路放电，仪器应恢复到开机前的状态。

③检测安全注意事项
a．检测过程中，检测人员应戴上绝缘手套，任何人不得接触探极和被测物，以防触电击伤。

b. 用弹簧探极检漏时，探极不能拉伸过长，防止失去弹性
c．野外使用时，机内高能蓄电池电压A型不得低于5. 5 V；B型不得低于8. 0V。

否则应停止使用，立即充电，不致因过放电而损坏电池。

d．被测防护层表面应保持干燥，如表面沾有导电尘，要用清水冲洗干净后进行。

(2)埋地管违防腐层缺陷DCVG检测技术。

埋地管道防腐层缺陷电压梯度测试技术(direct current voltage gradient，DCVG)。

该技术是目前世界比较先进的埋地管道防腐层缺陷测试技术，在所有使用的埋地管道防腐层缺陷测试技术中，DCVG测试技术是最准确的管道涂层缺陷定位技术之一。

此技术在国外已得到广泛应用，而在我国埋地管道防腐层缺陷检测中也在研究和应用之中。

该测试技术能够检测出较小的防腐层破损点，并可以精确定位，定位误差为±15 cm，同时可以判断防腐层缺陷面积的大小以及破损点的管道是否发生腐蚀，可用于埋地管道防腐层状况的评价，为管道防腐层的维修提供准确、可靠的科学依据。

①DCVG工作原理及测试方法在施加了阴极保护的埋地管道上，电流经过土壤介质流入管道防腐层破损而裸露的钢管处，会在管道防腐层破损处的地面上形成一个电压梯度场。

根据土壤电阻率的不同，电压梯度场的范围将在十几米到几十米的范围变化。

对于较大的涂层缺陷，电流流动会产生200～500 mV的电压梯度，缺陷较小时，也会有50～200 mV。

电压梯度主要在离电场中心较近的区域(0．9～1．8 m)。

通常，随着防腐层破损面积越大和越接近破损点，电压梯度会变得越大、越集中。

为了去除其他电源的干扰，DCVG检测技术采用不对称的直流间断电压信号加在管道上。

其间断周期为1s，这个间断的电压信号可通过通断阴极保护电源的输出实现，其中“断”阴极保护的时间为2／3 s，“通”阴极保护的时间为1／3s。

DCVG检测技术通过在管道地面上方的两个接地探极——Cu ／CuSO4电极和与探极连接的中心零位的高灵敏度毫伏表来检测因管道防腐层破损而产生的电压梯度，从而判断管道破损点的位置和大小。

在进行检测时，两根探极相距2 m左右沿管道方向进行检测，当接近防腐层破损时毫伏表的指针会指向靠近破损点的探极，走过缺陷点时指针会指向检测后方的探极，当破损点在两探极中间时，毫伏表指针指示为中心零位。

将两探极间的距离逐步减少到300 mm，可进一步精确地确定埋地金属管道缺陷位置。

其检测原理如图6-1所示。

管道防腐层缺陷面积61大小可通过％IR的计算获得，％IR 越大，阴极保护的程度越低。

因而，管道防腐层破损面积越大，％IR的值越大。

在实际检测过程中，由于％IR值还与破损点的深度和土壤电阻率等因素有关，所以只能近似地表示为管道破损面积的大小。

埋地管道防腐层缺陷处地表电场的描述可确定缺陷的形状以及缺陷所处管体的位置。

破损处地表电场轮廓线的描述可通过在其上方的地画上画等压线的方法进行判定。

电场轮廓线的典型例子如图6-2所示。

在DCVG检测技术中，由于采用了不对称信号，可以判断管道是否有电流流入或流出，因而可以判断管道在防腐层破损点是否有腐蚀发生。

这是其他管道缺陷检测方法所不具备的特点。

在阴极保护正常工作条件下，使用DCVG确定破损位置后，在远离破损点的地方将DCVG的两根探极紧挨着插人工中，将毫
伏表的指针凋到中心零位，然后一根探极放在破损点在地表中心点上，另一根探极放在远处地点，此时毫伏表纳指针可能有4种指不情况，如图6-3所示。

在图6—3所示的(c)和(d)两种情况下可能有腐蚀发生。

这4种情况可清楚地表明阴极保护的实际情况，所以埋地管道防腐层破损点是否有腐蚀发生与阴极保护有着密切的关系。

在这4种情况中，最危险的情况为在有无阴极保护的条件下管道都呈阳极，这表明在此破损点没有阴极保护电流流入，对管道没有起到保护作用，在实际检测中一旦发现这种情况就应该对此破损点立即进行开挖、检查和维修。

②现场试验及分析 1999年11月使用英国PIM公司的DCVG 测试仪在秦皇岛输油公司丰润一迁安段大约20 km的管道上进行了检测，其目的是对DCVG技术在准确确定破损点位置、评定破损等级以及预测破损点处管道的锈蚀情况等方面进行考察。

在此次检测中，DCVG技术检测出了几十个缺陷点，仅对其中的9个具有代表的点进行了开挖验证，其检测结果如表6—1。

表6-1 DCVG检测结果及开挖情况
虽然只开挖了9个点，但从现场开挖的结果可以看出，DCVG 技术在管道防腐层缺陷检测中的误检率极低，可检测出较小的破损点，且缺陷定位精度在十几厘米范围内。

该方法预测峋破损点等级与被开挖出的管道防腐层缺陷点的大小相符得很好。

在148#桩后150 m处，DCVG检测出一缺陷点，％IR不大，但该处管道地表电场分布呈带状如图6-2(d)所示。

因此判断此处可能为管道防腐层老化失效。

开挖以后，发现此点虽无明显的漏铁点，但涂层已老化，用手敲击管体发现管体右侧有空响，剥开后有40 cm×15 cm的剥离，管体未发现腐蚀，由此可以看出，DCVG检测技术通过地表电场的描述还可有效地区分缺陷点的性
质。

DCVG技术在该段管道防腐层缺陷处的腐蚀判定中，未发现管道腐蚀现象，与实际开挖点的情况基本相符。

③DCYG技术与Pearson技术的比较 Pearson技术是40多年前就有的埋地管道涂层缺陷检测方法，我国应用该技术研制的检测仪器称为检漏仪，是目前国内应用员为广泛的检测仪器之一。

DCVG技术与Pearson技术采用不同的信号施加在管道上，DCVG 技术采用的是直流信号，而Pearson技术采用的是交流信号。

a．1998年4月在北京输油公司石楼泵站石化二线近300 m 长的管道上使用DCVG与Pearson进行了对比试验。

石化二线与另一管道并行相距60 m远，而且有均压线相连。

在此次柱测过程中，Pearson检测仅发现一处缺陷，其位置为140 m处，开挖后未发现任何缺陷，可能是干扰引起的信号改变而误认为是涂层缺陷。

DCVG检测结果见表6—2。

表6-2 DCVG检测结果
通过对比测试，使用DCVG共检测出11个缺陷点，开挖其中的两个点，开挖结果与检测结果完全相符。

而Pearson检测技术未检测出此11个点，检测出的一个点是误检点。

由此可以看出，DCVG技术检测缺陷的准确率远远高于Pearson技术，抗干扰能力较强，平行管道可以无需分离地进行单根检测，而且操作者只需稍加培训就可测出精确结果。

从现场试验的结果以及实际应用的情况来看，Pearson检测技术与操作者的经验有很大的关系，该技术不能评定破损点的等级，不能预测破损点的腐蚀程度，抗干扰能力较差。

b．通过在秦皇岛输油公司所属管道进行的现场实验和开挖验证，对DCVG技术在准确确定破损点位置、评定破损等级以及预测破损点处管道的锈蚀情况等方面进行了考察。

实践证明，DCVG技术是最准确的埋地管道涂层破损定位方法(±15 cm)。

这种方法使用起来非常方便，操作者只需稍加培训就可测出精确结果。

该仪器能够测量穿过沟、河流、灌木丛等复杂地理环境酌埋地管道。

测量时，只需一个人单独进行检测，另一个人记录检测数据和标定破损点位置。

这项技术可检测出面积较小的破损点或间距较近的大破损点，平行管道可以无需分离地进行单根检测。

在有严重的交直流源干扰的地区，这种检测方法仍可有效使用。

这项技术可与土壤电阻率等其他管道防腐蚀检测方法一起进行
测量，可以用于管道防腐蚀系统的评价。

由于DCVG技术在对管道防腐层破损点定位以及描述破损点特征时，需往复测试，测量过程较为繁琐，因而无法自动记录数据，只能人工记录。

另外，这项技术不能直接给出礅损点处的管地电位，而是利用其他值进行计算得出，难免与实际情况有偏差：为了避免误差，研制智能化的DCVG测试仪，通过一根与测试桩相连的电缆可准确地测出破损点处管地电位，可以精确地判断破损点面积的大小。

目前，DCVG技术也可以通过结合“密间隔电位测试，(CIPS)技术以提高其检测结果的准确性。

CIPS技术可真实地记录管道沿线的管地电位，可对管道防腐层和阴极保护效果进行总体评价。

具体操作上，首先使用CIPS技术对管道进行总体检测，根据CIPS的检测结果对管道的保护状况进行初步评价，根据这个评价结果，对存在缺陷的管段，再使用DCVG技术进行精确定位，缺陷严重程度用％IR值来评价分级，可得到更为准确的埋地管道防腐蚀系统状况的综合评价结果，为管道维护和大修提供更为准确、可靠的科学依据。

(3)埋地管道地探仪检测技术。

地探仪采用多频管中电流法，在不影响管道正常运行及不开挖情况下，可以对埋地钢质管道埋设位置、
埋深及防腐层状况，尤其是防腐层破损点进行精确定位，便于及时修补。

用长输管道地探仪对34．8km埋地管道进行检测，地面检测结果通过现场开挖的事实证明，对该管道定位基本无偏差，深度测量误差小于深度的5％，检测露铁点经现场开挖，准确率100％。

现用的地探仪是英国某公司生产的长输管道地探仪，具有超大功率发射机(150W)，超低频4Hz的检测频率，可准确地判定目标管道位置、走向、管道埋地深度、管道防腐层破损点的准确位置，定性显示外防腐层破坏面积大小。

①国外埋地管道楦测技术现状目前，各国管道公司都已认识到，即使管道运行已达到了设计质量标准，管道酌腐蚀、老化仍是不可避免的。

因此，管道工业发达的美国、加拿大、西欧各国相继开发各种管道俭测技术，用于指导埋地管道的管理、维护、大修，几种主要检测技术的详细情况见表6—3。

表6-3 国外埋地管道检测技术
②管道外防腐层测试原理管道外防腐层测试采用多频管中电流法、简称管中电流法，主要用来检测防腐层破损及防腐绝缘层性能。

电流梯度法是用发射机向待测管发射特定频率达激励信号自发射点开始将沿管通向两侧传输，将管中电流看做线电流，那么，激励信号在管道中传输时
式中 I oe——发射点处管中电流强度，mA；
I——管中任意点电流强度，mA；
x——现测点至发射点距离，m；
a——与管径、防腐绝缘层电阻、信号频率、管材、输送介质等有关的参数。

电流信号强度将按照与传输距离、管道电导率信号频率等参数有关的特定函数进行衰减。

用接收机在管道上方按一定间距观测管中激励信号的强度，并检查激励电流是否按正常规律衰减。

当管道防腐层性能均匀时，管中电流对数值与距离(x)成线形关系，其斜率值(即电流衰减律)取决于绝缘层的绝缘电阻，评价防腐绝缘层的绝缘质量。

若电流异常衰减，该段有电流泄漏点，防腐层的绝缘性能下降以致破损的部位，从而导致电流信号泄漏，出现电流的异常衰减段。

对于同一条管道，电流衰减率越小，防腐层绝缘性越好；反之，防腐层绝缘性越差。

③管中电流法的开发应用采用PCM探测仪对大庆管道总长113．7km进行外防腐层的测试。

a．检测参数的确定选用PCM型探测仪，使用24V蓄电池作为激励电源，发射机输出功率为150W；低频交流信号的工作频率确定为128Hz，初始电流可达1 A左右，此后，发射操作应按观测要求调整激励电流的大小。

检测间距确定为50m较为准确。

激励电流大小的调整，观测操作员在沿被测管道进行电流梯度检测时，读数时分贝读数要求大于20 dB，但不超过80 dB，磁场读数在30～70之间，视作电流，以mA为单位，当读数过小时增大激励电流，必要时移动发射位置；视深度读至dm(0．1 m)。

该系统的检测示意见图6—4。

b．检测数据的处理方法利用检测信号损失率(dB／km)，初判定防腐层局部缺陷类型(50m间距的dB值递减率)见表6—4。

表6-4 利用dB值递减率初步判定防腐层局部决陷类型
防腐层失效程度由防腐层整体质量评价确定，见表6-5。

表6-5 防腐层整体质量评价方法
外防腐层状况与运行周期及维护措施见表6-6。

表6-6 外防腐层状况与运行周期
根据dB值递减率(dB／km)判断管道外防腐层寿命周期见表6-7。

表6-7 管道外防腐层寿命周期的判断
PCM探测仪适用范围的确定。

管中电流法可用于石油沥青防腐管道，沥青珍珠岩防腐保温管及泡沫塑料夹克防腐保温管道。

不适用于高电阻率土壤介质中的埋地钢质管道外防腐层检测，如冻土条件。

大庆油田用PCM探测仪对113．7 km的检测，选取的管道分类情况，见表6—8。

表6-8 按运行年限分类的选线结果
由上表可知五级占48％，四级占23％，两者之和超过70％。

管道总体性能差，有针孔，龟裂现象。

管道埋设已 10多年，地处低洼地带，常年泡在水中，加速管道防腐层的损坏、老化、降低了防腐层的性能。

经开挖验证，实际情况与检测基本吻合，采取大修措施。