燃气埋地钢制管道外防腐层完整性检测的应用及探讨

【摘要】本文首先对燃气管道的重要性进行了说明，然后在对外腐蚀防护的整体解决方案进行了分析，最后详细阐述了燃气埋地钢制管道外防腐层完整性检测的方法。

【关键词】埋地钢制管道，外防腐层，完整性检测

中图分类号：TU81文献标识码： A

一、前言

燃气埋地钢制管道外防腐层完整性检测技术是随着科技水平不断发展而发展起来的一门新兴技术。经过几十年的迅速发展，目前燃气埋地钢制管道外防腐层完整性检测技术已广泛应用于很多领域当中，成为一门实用的技术。

二、燃气管道的重要性

随着国家“西气东输”管道工程的建设,天然气这种洁净能源逐渐被千家万户及社会各企事业单位所使用,不仅免去了烧煤、烧柴和换煤气罐的麻烦,而且对改善环境质量意义重大。特别是天津作为我国北方的经济中心,随着滨海新区开发开放和京津冀一体化发展，对能源的渴求是显而易见的。天津在经济发展中还面临着节能环保、能源结构转变问题，天然气作为清洁经济能源，对经济和环境协调发展作用重大，而天然气管道输送方式的重要性更是不言而喻。燃气管道根据管道材料材质的不同大致可分为钢质管道、球墨铸铁管道、聚乙烯(PE)管道和钢骨架聚乙烯复合管。PE管材虽然因其优异的综合性能在城市埋地燃气管网中大量使用,但是由于多种原因,还是有相当一部分的钢质燃气管道在建设和使用。

三、外腐蚀防护的整体解决方案

管道外壁发生的电化学腐蚀是埋地钢质燃气管道主要的安全隐患，也是管道外腐蚀防护的重点。目前国内对城市燃气管道广泛采取管道外加防腐层的防护措施，也就是将管道外壁整体绝缘，避免了电化学腐蚀发生的可能性，从而保证了管道外壁不会发生腐蚀。但是要保证管道外壁彻底绝缘，即外防腐层完全完成无一丝缺陷，实际上是很难实现的。因此，通常在外加防腐层的同时，对管道施加有效地阴极保护，可以弥补外防腐层的缺陷，确保管道外壁不会发生腐蚀。外防腐层可使管道与土壤介质绝缘隔绝，避免钢制管道与周围土壤发生电化学反应而造成腐蚀，是一种行之有效的物理防护方式，但在实际工程中防腐层受损、老化等情况不可避免。防腐层状况检测与评价是地下管道管理的一项重要内容，通过检测与评估可以为管道维护管理以及制定维修计划提供可靠的科学依据。外防腐层完整性检测的主要内容就是检测防腐层的破损位置及防腐层的绝缘性能，从而为防腐层的修复提供依据。

1、新建管道

根据管道埋设施工设计进行前期勘探，包括土壤电阻率、管道自然腐蚀电位、杂散电流等数据的检测；设计阴极保护方案，包括采用何种阴极保护方式（主要有牺牲阳极和外加电流两种）、牺牲阳极的种类和数量、测试桩的埋设、杂散电流的排流方案等；埋设前外防腐层的完整性检测，主要采用电火花检测；按设计进行施工；竣工检测，主要是外防腐层完整性竣工检测、阴极保护系统参数检测等，用以确认防护方案实施的有效性。

2、运营管道

外防腐层的检测，包括防腐层破损定位和防腐层绝缘性能检测；阴极保护系统现状检测；管道腐蚀环境检测，包括土壤电阻率、管道自然腐蚀电位、杂散电流、土壤理化参数等数据的检测；管道剩余寿命分析；根据检测结果设计整改方案，包括外防腐层修复、阴极保护系施加或修复、管道加强修复等；整改施工后的竣工检测，包括外防腐层完整性竣工检测、阴极保护系统参数检测等，用以确认整改修复方案实施的有效性。

四、燃气埋地钢制管道外防腐层完整性检测的方法

1、交流电流衰减法

交流电流衰减法在实践应用中主要为多频管中电流法和Ｃ-扫描法。一般用来评价管道防腐层质量,检测和比较不连续的防腐层异常。由于磁场可以穿透冰、水和混凝土等表层来采集管道防腐层的信息,这项技术不需要和土壤直接电性接触。测量时,通过发射机(信号发生器)向管道发射一个恒定的交流信号,用接收机从地面接收管道中的电流信号。现场记录信号衰减、管道埋深,通过专用软件计算防腐层绝缘电阻率。国内标准中提及的多频管中电流法的代表性仪器为ＲＤ-ＰＣＭ[1],其测试频率有3种:128、64、4Ｈｚ,输出电流可以达到3Ａ。Ｃ-扫描是近年来从英国引进的测试仪器,代表性的仪器为Ｃ-ＳＣＡＮ2010,其测试频率唯一:937.5Ｈｚ,输出电流一般为750ｍＡ,最大为1Ａ。交流电流衰减法可以定性测量防腐层电阻率、管道埋深,还能够区分单个和连续的防腐层缺陷。

2、变频-选频法

其理论依据是“线传输函数”。将信号输入管道,理论上可视为单线-大地回路,电信号沿管道纵向逐渐衰减,采用改变频率使信号衰减到某个电平值的方法来求取信号传播常数。防腐层绝缘电阻率就包含在该常数中,根据已知参数和现场测量参数即可求得防腐层绝缘电阻率。代表性的仪器为ＡＹ508。此方法只能定量测量一段管道石油沥青防腐层电阻率。

3、直流法

在美国腐蚀工程师协会标准ＮＡＣＥ ＴＭ0102-2002《地下管道覆盖层电导率的测量》中采用的是直流法测试管道防腐层电阻率。通过对一段管道通入直流电流,测量管道沿线各点的电位变化,并测量每段管段上的泄漏电流,然后计算外防腐层电阻率(注:ＮＡＣＥ规范中计算的是电导率,与国内规范中的外防腐层电阻率互为倒数关系)。其测试方法有一般方法和电位衰减法两种,并对测试结果通过特定土壤电阻率加以修正,得到标准条件下的防腐层电阻率。国内最新的规范中测试管道防腐层电阻率的方法是参照ＮＡＣＥＴＭ0102-2002中“一般方法”提出的。

4、人体电容法

人体电容法也称为皮尔逊法或铁鞋法,是一种确定埋地管道防腐层漏点位置的地面测量技术。测量时,通过发射机(信号发生器)向管道发射一个恒定的交流信号(频率为1ｋＨｚ或175Ｈｚ),沿管道测量两个与地面电性接触的移动电极之间的电位差,通过接收器接收防腐层缺陷部位漏到大地的信号(电位梯度),来确定缺陷部位。CJJ95―2003中的音频信号检漏仪原理即为人体电容法。代表性的仪器为ＳＬ2088和ＺＢ-2088。人体电容法测量中没有确定防腐层缺陷大小的准则,一般只用来定位缺陷。在实践应用中,测试人员可以根据接收机信号的强弱、距发射机的远近等经验比较同一管段上防腐层缺陷的大小。也有文献报道利用人体电容法的测试结果来划分防腐层绝缘电阻率的等级。

5、直流电位梯度法

直流电位梯度法(ＤＣＶＧ)是目前世界上比较先进的埋地管道防腐层缺陷检测技术,可以对防腐层缺陷的位置进行定位,并可以判断缺陷的大小程度。一般与密间隔管地电位测量(ＣＩＰＳ)技术结合使用。其工作原理为:在施加阴极保护的埋地管道上,如果管道防腐层破损,阴极保护电流在破损处的地面上会形成一个电压梯度,ＤＣＶＧ技术就是通过检测地面的电压梯度来判断防腐层缺陷的位置与大小。

五、结束语

燃气埋地钢制管道外防腐层完整性检测技术在各个领域中有广泛应用，随着科学的进步，燃气埋地钢制管道外防腐层完整性检测技术会越来越先进，其所发挥的作用也会越来越大。

参考文献

[1]袁厚明.地下管道涂层人体电容法检测中的判断技术[Ｊ].2007

[2]王亚平,李志,张艳,等.洪湖-荆门原油输送管道腐蚀调查评估[Ｊ].材料保护,2006

[3]杨印臣.埋地钢管腐蚀隐患检测及整改方案的制定[Ｊ].全面腐蚀控制,2006

[4]陈秋雄,周卫,杨印臣.城市燃气管道安全评估中的腐蚀评价[Ｊ].煤气与热力,2004

[5]肖俊建,吴明明,冯超英埋地管道外防腐及快速检测技术田化工生产与技术,2004,