埋地管道检测原理及应用

埋地管道检测原理及应用

摘要：文章对土壤的腐蚀机理、缺陷安全评定及地下管道防腐层检测进行了大致分析，着重介绍了埋地管线在非开挖状况下的检测技术，及该技术在实际应用中取得了良好的效果以及埋地管道阴极保护的传输理论。

关键词：埋地管道检测；腐蚀；防腐层；缺陷安全评定；离子阴极保护

【中图分类号】 u175.5

1 概述

石油、天然气、城市用燃气和地下水管道的腐蚀与保护越来越引起人们的重视。管道防护层由于埋地时间长久而出现老化、发脆、剥离、脱落，如发生泄漏将造成不可估量的损失。于2001年6月发生的吐哈输气管理处的埋地天然气管道发生泄漏，使乌鲁木齐石化公司化肥厂全面停工，造成巨大经济损失。因此，检验埋地管道的防护层状况，对保证管道正常运行，防止跑、冒、滴、漏，至关重要。

使用管道检测仪对埋地管道进行检测，能在非开挖状况下，实现对埋地管道的外防腐层的破坏情况进行定性、评估，并能对管道进行精确定位、测深，解决了以前在非开挖状况下无法检验的难题，该检测技术既可作为新竣工管道的检测、验收手段，也可对正在运行的管道进行定期监测。

2 埋地管线的腐蚀原因

埋地管线的腐蚀原因主要有：土壤腐蚀、大气腐蚀和生物腐蚀三种。

2.1 土壤腐蚀

影响金属的土壤腐蚀因素，主要有土壤的电阻率、土壤的电位、盐分、含水量、土壤的含气量、酸度、土壤的微生物、杂散电流和金属材料的组织等，而这些因素又常常互相影响，造成土壤的腐蚀十分复杂。

在上述因素中，在土壤的含水量和含气量达到一个一致的峰值时，土壤的腐蚀性最强。土壤中不同地方的盐含量不同，会产生盐浓差腐蚀，而土壤中的cl-、so42-、co32-等离子含量高，会促进电化学腐蚀的阴极过程，土壤腐蚀性更严重。

2.2 点蚀

土壤中的cl-含量高，很容易引起点蚀。由于cl-半径小，穿透力强，很容易穿过金属钢管钝化膜的小孔，直接和金属接触形成可溶性的化合物，并向金属深处发展。随着点蚀过程的进行，一方面坑内坑外氧浓度的差别越来越大，坑外由于富氧而钝化；另一方面，孔内金属离子不断增加，为保持电中性，使坑外阴离子（cl-）向坑内迁移，孔内cl-浓度升高。此时孔内金属离子浓度升高并发生水解，这样就构成了孔内活化——孔外钝化的腐蚀体系，使得坑内金属不断溶解，并以自催化的方式不断加速发展，最终导致管线迅速破坏。

2.3 生物腐蚀

分析表明，土壤中存在硫酸盐还原菌（srb）和铁细菌。硫酸盐还原菌不断氧化钢铁并析出h2，从而使硫酸盐、亚硫酸盐还原为硫化物：铁细菌能使二价铁离子氧化成三价，并沉积于菌体内外，铁细菌还常在水管内壁附着生长形成结瘤，进而腐蚀管线。

3地下管道防腐层检测

埋设在地下的钢质管道均有外防腐绝缘层，阻隔金属管子与外界腐蚀因素的接触。该防腐层一旦破坏，金属管的外表面腐蚀极为迅速，为了确保管道安全运行，必须确保防腐层完好无损。防腐层在制作和施工过程中不可避免地会出现漏孔、缺陷和损伤，在埋地这后，受热、水、氧、地中杂散电流、细菌等环境因素影响，会老化、龟裂、剥离、防腐效果急剧下降。

金属管道防腐层大多选用石油沥青、环氧煤沥青、煤焦油瓷漆、热喷涂、塑料粘胶带、聚乙稀包覆层等绝缘材料制成，防腐层的防腐性能可用其绝缘电阻来反映，绝缘电阻值越高，防腐层质量越好。石油天然气总公司制订的行业标准sy/t5918—94《埋地钢质管道沥青防腐层大修理技术规定》中将管道防腐层的老化情况分为五个等级，各等级与防腐层绝缘电阻的关系如表所示：

3.1多频管中有电流法

当一定频率的信号电流从管道某一点供入后，电流沿管道流动并距离增加而有规律地衰减。对于干管及一般较长的管道，电流将随距离成指数衰减，其衰减速率与管道的分段电阻、管道的横向绝缘最阻、管道与地间的分布电容、管道的自感有关。

检测系统包括三部分：①采集数据用的仪器；②管道防腐软件；

③电脑。

对仪器系统包括三部分：①有较多的频率，最低可选频率要在500hz左右，目前提供的仪器有4～5个可选频率；②发射机应有3～5w的较大功率；③接收机要有足够的灵敏度，30μa电流、距离1m 时。能使仪器显示、偏转满格；④必须有测量电流功能；要有很大的电流量程，例如直读电流最大应可达300ma，最小为0.01ma；⑤仪器本身是高性能管线探测仪，可在复杂情况下确定管道及支管的位置，可以进行地下管道的探测或填图；⑥能兼容阴极保护电流法测定。

检测的现场工作分两步：①用发电机向管道送入信号电流，要用直接法向管道送入电流，将发射机的一端接在管道上，另一端接到远极上。远极与管道的垂直距离最好在20～30m以上，远极接地桩与地要有良好的接触。接通发射机，在选定的频率上调整出输出电压，检查供入电流大小，一般情况下，应将输出电流调节到最大，需使待测管段的终端能有0.1ma的电流。②用接收机沿管道路由测量管道中的电流强度，应选定与发射机相对应的频率值，应确定管道中无相同频率的干扰信号。测量间距根据工作目的和探测对象决定，若要在不长的管段上上精确找破损点，点距离可以为10～20m，必要时加密到5m。当管线路线不确切时，要采用边定位、边量距、边读电流的办法。

将管道的有关数据及测量数据输入录入模块，调用计算模块即可

完成数值计算。资料整理的另一个内容是在软件计算模块中计算出管段各段的绝缘电阻值。

3.2变频选频法

变频选频法测量管道防腐层绝缘电阻技术具有如下特点：①可以测量埋地长输管道、油田及城市煤气管网连续管道上任意长度管段的防腐层绝缘电阻；②适用于不同管径、不同钢质材料、不同防腐绝缘材料、不同防腐层结构、处于不同环境的埋地管道；③测量时只需要在被测管段两端与金属管实现电气联通（可在检测桩、阀门处），不必开挖管道，不影响管道正常工作；④所测结果不受被测管段以外的管道长短、有无分支、有无阀门、有无绝缘法兰及管道防腐层质量好坏的影响，但在被测段以内，须无分支、无人为接地；

⑤测量方法简单、迅速、准确，实测一段任意长管段只需几分钟。在该法中，将高频信号输入管道，理论上可视为单线-大地回路，这是一个十分复杂的不平衡网络，反映这个网络特性的参数很多，都是分布参数，而且往往是变量。根据变频选频法测量管道防腐层绝缘层绝缘电阻的理论，用ay—508ⅲ型管道防腐层绝缘电阻测量仪进行现场测量。

3.3地下管道防腐层探测检漏

采用sl—5型地下管道防腐层探测检漏仪能在不对管道开挖的情况下，方便而准确地查出地下管道的走向、深度和防腐层绝缘的漏蚀点的精确位置。该仪器由发射机、探管仪、检漏仪三部分集成电路组成，它的特点是：①体积小、重量轻、携带方便；②检测方