多频管中电流检测技术在埋地油气钢管防腐层破损检测中的应用

王谷日1,陈家鹏1,陈世家2,童卫华3

2.湖南省特种设备检验检测研究院,湖南长沙,410117;

3.湖南长达检测股份有限公司,湖南岳阳,414000）

我国已建成的长输油气和城镇油气管道的防腐蚀系统绝大部分采用防腐层和阴极保护联合进行防护的形式。多年来的实践证明，埋地管道防腐层与阴极保护二者的作用是相辅相成的。完整的防腐层可以提高阴极保护的效率，有效的阴极保护可以为防腐层的破损点提供阴极保护电流，使破损点的管道阴极极化而得到保护。当埋地管道防腐层性能下降或出现大的缺陷时，将导致阴极保护效率降低甚至失效。因此，两者之中任意一方出现问题，都会造成防腐系统出现故障。因此,对管道外防腐层的缺陷检测是管道安全检测的一个重点。

外防腐蚀层由于埋地时间长久而出现老化、发脆、剥离和脱落，从而造成管道的腐蚀和穿孔，引起泄露。所以对埋地钢质管道外防腐蚀层状况进行定期检测和评估是十分重要的，国家对此有强制规定。20世纪90年代末从国外引进DCVG（直流电位梯度法）、CIPS（密间距电位测量法）、PCM（多频管中电流法）等多种检测技术来检测防腐蚀层和阴极保护的缺陷。

1.多频管中电流法检测前期准备工作

1.1熟悉管线情况

在开始检测一条埋地管道之前，应尽可能多地了解关于这条管道的相关信息，如管道的分布范围、管道的运行状况、被检管道区域内的其他管线分布状况，以及阀门、管线阴极保护检测桩、牺牲阳极的位置、管线连接点的大致位置等其他相关的据。同时应该参考日常的自检记录，如阴极保护电位的测量结果、曾被开挖和修复过的防护层地点和时间，以及开挖过程中发现破损的严重程度、原因和修复结果等相关报告。

1.2地极的选择

由于地极是管中信号电流经由土壤流回发射机的途径，所以必须与目标管线绝缘良好。为了保证能够施加足够大的信号电流，地极点的选择应该尽量使回路电阻比较小。其一，地极点应当选择在管道简单、附近管道无接地点的位置上，应该尽可能打得深一些。其二，地极一般在距检测管线的垂直方向30m～50m以外的地方，尽量采用单独的低阻抗接地物，不能连接在管道或其他金属构件上，以免信号传入测量区产生干扰。如果现场附近有池塘、水沟、建筑物的接地线、避雷针地极等易于导电的装置，也可利用它们作为地级。其三，接好地极之后，应检查接地回路电阻，回路电阻应在数十欧姆至数百欧姆之间。当回路电阻过大时无法在目标管线得到理想的信号电流，此时，可用给地极浇水，增加地极数量等办法来降低接地电阻。

1.3检测信号频率的选择

进行防腐层检测，检测电流频率一般采用ELF带方向（128Hz＋4Hz）或LF带方向（640Hz＋4Hz＋8Hz）的信号供入（对于要应用A字架进行破损点定位的，发射机的信号频率只能放在两个带电流方向的档上）。使用中当128Hz的定位频率上干扰较强可能影响电流测量时，改用640Hz的定位频率，以避开外界的干扰频率。当检测的管道很长，同时管道上的埋设条件不很复杂时，检测信号频率可采用EIF（128Hz＋4Hz）。

1.4信号接入点的选择

发射机为管道提供信号的原则是要尽量使管道上有较强的信号电流，并避开或降低其他信号干扰，使相邻伴行管线尽量没有信号，或使其他管线的信号最小。一是要尽量选择管道分布简单、防腐状况较好的管段，位置可以是在阴极保护的检测桩上、阴保站内的保护电流输入点位置（此时应关掉恒电位仪或整流器，去掉联机）、管线可能的阀门设施或其他的易于施加信号的地方等。二是如果待测管道有多个供入点可供选择时，要尽量选择管道分布最稀疏、防护层状况较好的位置作为供入点。三是多条管线一端相连时，尽量在不连的一端供入检测信号。目标管在线若有绝缘法兰时，一定要将信号施加在法兰的前端。四是如果将要检测的管段附近没有测试桩和阀门，可以寻找一处裸露于地表的管道，刮破一块防腐层，将信号夹钳用磁铁吸附于管体上，也可以在跨越的管道上破坏一小处防腐层，用绳子将信号夹钳固定在管体上。

2.多频管中电流法在长输油气和城镇燃气管道检测中的应用

2.1长输油气管道防腐层破损点的检测

（1）在检测管线的拐点、支管（三通）接头等地段，由于信号磁场会出现一些畸变，常常会在交叉点引起电信号急剧下降或局部失真，但通过开挖却未发现外防腐层异常。这是因为临近部分的电磁信号形成回路并相互干扰的结果。所以检测点的选取应尽可能在离交叉点或弯曲点处至少5m的距离外。

（2）测量点附近若存在高压线路、电气化铁路、大构筑物接地、金属物体等外界电磁干扰时，就会产生类似于临近地下管线磁场的作用，使检测数据失真，所以在PCM检测中，要尽量避免这些检测点。除此之外，还要考虑土壤泄漏电流产生的电流畸变和地极选取位置对检测信号的影响。在评价过程中，需要考虑各种影响因素，对各种干扰数据进行合理取舍，才能得到真实的反映油气管道外防腐层的性能。

（3）接收机进行定位、测深、测电流时应尽量避开信号供入点、三通、弯头等可能出现电流干扰异常处。接收机在进行电流测量时，如果用峰/零值定位的位置是重合的，证明管线定位准确，检测的电流资料没有受到干扰；如果两个位置不重合，则可能有伴行管线或有其他干扰存在；当峰/零值定位差大于20cm以上时，说明管线的干扰较大，管线定位不准确，因而所测的电流值往往不准，这时应另选信号采集点避开干扰；当干扰严重，在一段距离内都无法准确测量电流值时，应改变施加信号的方法，重新进行测量。

（4）发射机的信号强度值要满足检测需求，但并非越大越好。当较大的信号强度太大时，会使发射机发热量过大，缩短机器的工作寿命，但是管道中的传输电流会随着距离的增大而逐渐减小，信号强度太小则无法完成检测工作。经检测、验证，当低频交流信号的工作频率确定为128Hz，电流的大小必须保证在测试区间内管道有足够的剩余电流强度（＞lmA），才能较好地进行管道外防腐层整体性能评价，否则防护层等级划分结果便会失真。

（5）检测过程中接收机的增益量一般保持在50dB～70dB为宜，增益量过大或过小，都会影响检测的精度。

2.2城镇燃气管道防腐层破损点的检测

城镇燃气管道与长输油气管道所处的环境不同大多处处在硬质地下，配套A字架检测时应在两根探针上浇水或在道路旁的绿化带中，但是偏离管线不应多于3米。

2.3防腐层破损点的定位

当用“A字架”对可疑管段进行复测时，在破损点附近，接收机面板读数一般在40dB～60dB，漏点很大时可能大于70dB。以1m的间隔沿管线的走向进行检测，则dB值读数上升后，短暂下降，又上升，之后数值会逐渐下降；当箭头改变方向位置，说明破损点就在箭头方向改变位置附近，然后重新以更小的间隔进行前后检测，直到找到电流方向的变化点和dB读数最低的位置，此时可以肯定破损点就在“A字架”的中点位置。将“A字架”转90°，检测出的破损点就在“A字架”的正中央。

3.处理结果的分析

多频管中电流法还可以在给定频率下，根据电流衰减率的变化测定出埋地管道等距离点的X，Y值，通过计算机程序处理分析后，进而可以计算出各管段的外防腐层绝缘电阻Rg，然后根据Rg值参照管道外防腐层绝缘电阻评估标准，就可以对管道防腐层划分技术等级，从而实现对管道外防腐层的质量状况综合评估。

4.结论

多频管中电流检测作为一种成熟的埋地钢质管道检测技术具有很多优点，集管道定位、埋深、搭接、防腐层整体评估、破损点查找定位等多种检测功能于一体。再配套于PDA读取电流值生成波线图予以评定管道防腐层状况及阴极保护的有效性。但对破损面积较小的故障难以确定。因此建议在精确定位破损点以后，采用DCVG＋CIPS对破损点大小进行计算，从而决定开挖的优先次序，最大限度地降低开挖成本。