长距离油气管道外检测技术方法分析

孙 博

（中国石油化工股份有限公司天然气榆济管道分公司，山东济南250101）

随着石化工业快速发展，油气管道输送以其成本低、效率高的优势成为主要的油气运输方式。油气管道多使用钢材，且大部分需埋设在地下，因此容易发生腐蚀。管道为防止外腐蚀将外防腐层作最重要的一项防护措施。外防腐层通过增大宏观原电池腐蚀电流回路中的电阻，减小其腐蚀电流，来保护管道的本体。然而在外防腐层在出厂时的质量、第三方施工破坏、以及运行过程中的自然老化使得管道的外防腐层质量有所下降。

为使得管道安全平稳运行需要定期检测管道外防腐层的整体状况、破损点的分布情况、破损点的大小与严重程度。

1 国内外常用的检测技术

1.1 交流电流衰减法

交流电流衰减法检测（ACAS）是应用电磁场传播理论，测量管道沿线电流衰减情况，评估管道防腐层总体状况的测试方法［1]。管道防腐层状况主要是通过防腐层绝缘性能（PCM 信号衰减因子）和防腐层破损点密度来衡量防腐层的质量状况。管道防腐层的保护作用是通过PCM 衰减因子来体现的，它涵盖应力剥离、分解老化、损伤或者其他缺陷的综合因素。管道的运行状况或者施工质量可由防腐层破损点密度来反应，防腐层破损点密度即为每1 km 管道的防腐层破损点数量。通常采用英国雷迪PCM+埋地管线防腐层检测系统进行交流电流衰减法的检测。对管道的外防腐层进行检测用到的工具有PCM 接收机和发射机，PCM 检测见图1。

图1 PCM检测示意

适用范围：交流电流衰减法可快速、经济地找出电流信号漏失较严重的管段，并通过计算机分析评价防腐层的状况，再使用PCM 仪器的A 字架检测地表电位梯度，精确定位防腐层破损点。

①适用于不同规格、材料的管道，可长距离地检测整条管道，受防腐层材料、地面环境变化影响小；②适合于复杂地形并可对管道防腐层划分技术等级，提出防腐层维护方式；③抗干扰性不强，不适用于高土壤电阻率的埋地钢质管道外覆盖层检测；④对穿孔过多或者管道设施过多的管道检测解析结果误差较大，在冻土季节难以检测。

1.2 交流电位梯度法

交流地电位梯度法（ACVG）的检测设备由发射器、接收器、A 字架3 部分组成。为了查找和精确定位埋地管道的防腐层破损点，可测量土壤中交流电位梯度的变化，每隔5 m 测量1 个点。检测原理见图2。

图2 检测原理

适用范围：应用时需远离高压交流输电线区域，不适用于像钢套管、混凝土套管等，适用于任何交变磁场均能穿透的地面、路面的管道外腐蚀层破损点的定位检测。另外，应用交流电位梯度法测量不够准确的原因有3个：

①距离发射机较近的交流地电位差测量仪器；②像穿跨域河流、湖泊等测量不能到达的区域；③像管道上边覆盖了冻土、沥青、钢筋混泥土、大量岩石的导电性很差的管段［2]。

1.3 直流电位梯度法

管道防腐层破损点腐蚀严重程度采用直流电位梯度法（DCVG）进行判定。采用2 支参比电极，以密间隔的方法测量管道上方的直流电位梯度。阴极保护的防腐层一旦出现破损点，阴极保护电流将从破损点周围流向破损处。通过对识别出破损点的腐蚀活性和计算出的IR降值来定性的判断漏点的相对大小及其严重性，破损点的腐蚀活性可通过检测破损点处土壤中的电流流向和其形成的电压梯度的分布情况来获取，检测原理见图3。

图3 直流电位梯度法原理

适用范围：适用于查找或者定位油气埋地管道外防腐层破损点及破损点腐蚀活性的识别。对有些防腐层剥离没有与外界电相连的管道、套管内破损点未被电解质淹没的管道此方法都不适用。另外，应用直流电位梯度法测量不够准确的原因有3个：

①发射机距离交流地电位差测量仪很近；②像穿跨域河流、湖泊等测量不能到达的区域；③像管道上边覆盖了冻土、沥青、钢筋混泥土、大量岩石的导电性很差的管段［3]。

1.4 密间隔电位检测

密间隔电位检测（CIPS）是近间距管对地电位测量。首先应把串接断流器串入阴极保护输出线上，测量时操作人员手持探杖从阴极保护的测试桩开始，沿管顶每间隔一段距离测量1 个点，并记录下每个点的通电电位和断电电位，其中断电电位是代表对金属表面施加的真实的保护电位，观察相对-850 mv 的变化，进而可得某处阴极保护的实际效果。另外其还可以反映出防腐层的失效区域，具体详细的描述管道上的阴极保护和防腐效果。所以CIPS的应用很大的改善了管道阴极保护的有效性评价和发现防腐层失效区域［4]。

适用范围：密间隔电位测试适用于对管道阴极保护系统的有效性进行全面评价的测试。CIPS可单独进行测试，也可与DCVG 进行联合测试，从而可以全面的查找处破损点识别出破损点的腐蚀活性，进而可以全面的评价处管道施加的阴极保护系统的情况。该方法不适用于电解质没有淹没套管内破损点、保护电流不能同步中断的情况。另外，应用本方法测量不够准确或者测量起来困难的情况为：①像管道上边覆盖了冻土、沥青、钢筋混泥土、大量岩石的导电性很差的管段；②像衬垫绝缘物或者外包覆破算点处进而形成的电屏蔽的管道位置。

1.5 皮尔逊检测法

皮尔逊检测法（Pearson）是在埋地管道检测中主要用来检测防腐层局部连续缺陷点［5]。在被检测的金属管道上强加1个交流信号，若管道某处防腐层有破损点，电流就会通过该破损点泄漏到土壤中，从而在破损点与附近的土壤之间形成一定的电位差，该电位差呈现梯度变化，越靠近破损点处电位差值就越大，在地面用接收机在地面上检测点位变化情况，通过分析异常点位的变化趋势就能准确定位防腐层破损点。

实际检测中，需2名工作人员前后成列地在管道上方行走，走到泄漏点上方时，接收机会发出报警，就此定位具体位置，2 名工作人员起到了接地电极的作用，因此，该方法又被称为人体电容法。

适用范围：皮尔逊法可用于埋地管道防腐层检漏，通过比较沿管道方向2个可移动式的接地电极间的电位梯度来定位埋地管道防腐层漏点位置。皮尔逊法检测获得的信息为可疑漏点处信号强度的变化，对于无信号强度指示表的仪器，只能记录位置以及测试者关于信号强度的解释。

①由于发射的功率较小，测量范围有一定的限制，对于城市埋地管线的检测误判率较高，并且因为信号传输距离较近，要不断更换发射点位置；②劳动强度较大，对水泥或沥青地面产生了接地难的问题。

2 多种外检测技术的组合

在长距离油气管道的外检测中，需要根据检测目的，结合检测技术的原理及适用范围，往往会优化组合外检测技术。如ACAS 与ACVG 的组合、ACAS 与Pearson 的组合、ACVG 与Pearson 的组合、CIPS 与DCVG 的组合、ACAS 与ACVG、CIPS 的组合、ACAS与CIPS、DCVG的组合等。通过以上各种外检测技术的优化组合，基本可以掌握埋地管道的走向与埋深、外覆盖层安全质量状况、阴保的有效性、破损点的大小及位置等，从而提高管道的安全管理水平，使得管道安全平稳运行。

3 实际应用情况

采用交流电流衰减法与交流电位梯度法组合，对管道进行防腐层绝缘性能测试。交流电流衰减测试以50 m 左右为1 个测试段，进行电流数据采集。采集电流的同时采用交流电位梯度法查找防腐层破损点。某输气管道由215测试桩至231测试桩的防腐层整体质量状况检测，质量为一级防腐层长度为2750 m，占这段总长的83.33%；质量为二级防腐层长度为550 m，占这段总长的16.67%。该管道全线断电电位不低于-850 mV。管道达到了有效阴极保护［6]。

根据检测结果，对其中一处缺陷点进行了开挖验证工作，管体表面轻微刮伤，位于0点位置，面积80×320 mm2，呈片状，对此开挖点剥离破损防腐层后，进行了防腐修复，见图4。

图4 缺陷点防腐层破损情况

4 结束语

通过对在役输气管道进行外检测技术的组合检测，可以很好地规避单一检测方法的局限性，同时使用多种间接检测方法可提高防腐层缺陷的可检出性，从而保证检测结果的可靠性，从而为油气管道的安全平稳运行提供科学的决策依据。