防腐层破损点电位差法检测与评价

mV/m
图2-1 防腐（保温）层破损、缺陷点处的电位与电场
(Dx=0.2m；h=0.5m；ρ=10Ωm；φ=0°；k=0.1)
m
0
200
150 -50
100
-100
50
0
-150
-50
-200
-100 -150
-250
-200
U
ΔU
图2-2 防腐（保温）层破损、缺陷点处的电位与电场
(Dx=0.05m；h=0.5m；ρ=10Ωm；φ=0°；k=0.1)
mV/m
图4 观测点距过大时容易漏检破损、缺陷点
(Dx=10m；h=1.5m；ρ=10Ωm；φ=0°；k=0.1)
m
0
20
-10
15
-20
10
-30
5
0
-40 -5
-50
-10
-60
-15
-70
-20
U
ΔU
5
把间距不大于 2 倍埋深的两个破损点当作一处破损、缺陷来检测具有实际意 义。事实上，区分两个邻近破损点并非没有条件限制。
⋅ [1 −
z − h − r ⋅ cosϕ
]
(
x
−
xp
)2
+
(
y
−
r
⋅
sin
ϕ
)2 + JJG
(z − h − r ⋅ cosϕ)2 JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJG
∫ H
y a
=
xp Ia ⋅ (z − h) ⋅ e−β (x−xj ) ⋅ dx × (x − xp )2 + ( y − yp )2 + (z − h)2 xj ( y − yp )2 + (z − h)2 JJG (JxJ−JJxJJpJ)J2J+JJ(JJyJ−JJJyJpJ)J2JJ+JJ(JzJ−JJhJJ)J2JJJG
-350
-500
U
ΔU
mV -2.5 -2.3 -2 -1.8 -1.5 -1.3 -1 -0.8 -0.5 -0.3 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5
mV/m
mV -2.5 -2.3 -2 -1.8 -1.5 -1.3 -1 -0.8 -0.5 -0.3 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5
∫ H
y b
=
∞ Ib ⋅ (z − h) ⋅ e−β (x−xp ) ⋅ dx × (x − xp )2 + ( y − yp )2 + (z − h)2 xp ( y − yp )2 + (z − h)2 (x − xp )2 + ( y − yp )2 + (z − h)2
（1）
（2） （3） （4）
mV/m
图5-3 间距不小于2倍埋深的两个破损点电位与电场
(Dx=10m；h=1.5m；Dp=5m；k1=0.1；k2=0.1)
m
0
20
-10
15
-20
-30
10
-40
5
-50
0
-60
-5
-70
-10
-80
-90
-15
-100
-20
U
ΔUx
图 5-1 至 5-3 中，Dp 是破损点之间的距离，k1 、k2 分别是两个破损点的“漏 电系数”。 （4） 其它因素的影响
mV -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 -0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
mV/m
图5-1 间距与埋深相当的两个破损点电位与电场
(Dx=0.2m；h=1.5m；Dp=2m；k1=0.1；k2=0.1)
m
0
20
-10
15
-20
-30
10
-40
5
-50
0
-60
-5
发现，其中埋深较小的曲线相对尖锐且异常幅度大（图 2-1）。 当管道中心埋深较小，甚至可以与管道直径相比拟的情况下，有必要研究破
损、缺陷点沿环向分布位置对电位和电场分布曲线的影响。图 2-2 是破损发生在 管底的情况；图 2-3 是破损发生在管侧的情况；图 2-4 则是破损、缺陷点位于管 顶的情况。
-60
-90
-80
-100
-100
U
ΔU
（3） 观测点距大小的影响
通常有两种检测防腐（保温）层破损、缺陷点的办法，一种是电位法：参考
电极选置在管道一侧的“电位零点”，与电位电极沿管道同步前进；另一种是电
位梯度法，保持两个测量电极之间的距离不变，在管道上方沿管道测量电场的“变
向点”。两种方法各有特长，相对而言，电位梯度法较为方便。
图 5-3 表明的结果再一次要求重视观测点距的选择。该图中，两个破损、缺
陷点之间的距离已经大于 3 倍埋深，然而，由于观测点距过大（10m），依然区分
不出它们。不仅如此，还可以看到，假如采用电位梯度法检测的话，稍不留意，
就有可能漏检这两个破损、缺陷点。
mV -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 -0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
mV/m
4
（2） 土壤介质不均匀影响 在管道周围土壤均匀的条件下，介质电阻率变化不大，通过测量电场的强度
和寻找“场源点”在地表的投影，就可得知破损或补口缺陷点的位置；当管道周 围土壤不均匀时，介质电阻率变化很大，电位与电场分布复杂化，甚至出现假异 常。实际观测时，会发现极值“跳跃”、“变向点”紊乱的现象（图 3）。
破损、缺陷或防护性能失效的地方与其附近，如果管体存在原始瑕疵、划痕、残
留氧化皮，或者曾遭受人为破坏，则极易发生腐蚀。因此，查明防腐（保温）层
破损、缺陷点的准确位置，及时采取维修措施，对保障埋地管道长期、稳定、安
全运行具有实际意义。
检测防腐（保温）层破损、缺陷点的常用方法包括电位分布与电位梯度法、
磁场分布法、等效电流梯度法等。检测方法与常用的器的对应关系如表 1。
Ib ，破损点处流入或流出的信号电流为 I p ，显然有 Ib = Ia − I p ，于是可以得到如
下表达式：
U=
Ip ⋅ρ
2 ⋅π ⋅ (x − xp )2 + ( y − r ⋅sinϕ)2 + (z − h − r ⋅ cosϕ)2
H
y p
=
(x
−
Ip xp )2
⋅(x − xp) + ( y − r ⋅sinϕ)2
1
准确程度往往差别较大。通过分析防腐（保温）层破损、缺陷点检测原理与影响 因素，希望有助于提高检测效果，拓展仪器应用范围。
一，数理基础 向管道施加一个特定的检测信号，信号沿管道传播并逐渐衰减，当管道的防
腐（保温）层出现破损或存在补口缺陷导致管体金属与管周土壤介质直接连通时， 无论检测信号频率高低，信号电流都会从破损或补口缺陷点流入或流出管道。以 流入或流出点为中心，在管道周围形成叠加的“点源”电场和磁场。
二，破损点处的电位与电场及其影响因素 当管道周围土壤介质均匀且观测点距足够小时，可以观测到光滑的电位和电
场分布曲线。正常情况下，管道对地为负电位，电位呈对称状负值曲线；电场呈 由负到正的反对称曲线；电位极小值点和电场零值点都位于破损缺陷点的正上
方，电场极值点间距等于破损点埋深的 2 倍（图 1）。
mV -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
mV/m
图5-2 间距不小于2倍埋深的两个破损点电位与电场
(Dx=0.2m；h=1.5m；Dp=3m；k1=0.1；k2=0.1)
m
0
25
-10
20
-20
15
-30
10
-40

-50 -60
0
-70
-5
-80
-10
-90
-15
-100
-20
U
ΔUx
6
mV -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
m
0
80
-20
60
-40
40
-60
20
-80
0
-100
-20
-120
-40
-140
-60
-160
-80
U
ΔU
图2-3 防腐（保温）层破损、缺陷点处的电位与电场
(Dx=0.05m；h=0.5m；ρ=10Ωm；φ=90°；k=0.1)
m
0
150
-20
-40
100
-60
50
-80
-100
0
-120
-140
沿管道轴线垂直断面内，令 z 轴指向地面以下， x 轴平行管道轴线并指向信 号电流正常衰减的方向， y 位于水平面内，与 z 、 x 构成右旋直角坐标系。如果
管道直径为φ = 2 ⋅ r ，中心埋深为 h ，则管道的坐标为[ x ，0，h ]，破损点的坐标
为[0，r sinϕ ，hp + r cosϕ ]。考虑到破损点两侧管中信号电流不同，分别设为 Ia 、
mV/m
图1 防腐（保温）层破损、缺陷点处的电位与电场 (Dx=5m；h=1.5m；ρ=10Ωm；φ=0°；k=0.1)
m
0
20
-10
15
-20
10
5 -30