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1、管道外防腐层PCM检测技术郭勇 刑辉斌(钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所，山东青岛 266071)摘要: 本文介绍了管道防腐层无损检测的应用概况，通过介绍PCM仪器的工作原理，管道定位、防腐层检测方法、检测结果处理及应用中存在的问题等，阐述PCM的应用技术，给工程应用提供参考，提高防腐层检测的准确性。关键词:PCM；无损检测；外防腐层External Anticorrosive Coating of the Pipeline for PCM testing technologyGuo Yong Xing Huibing(Central Iron&Steel Reseach Institute Q
2、ingDao Research Institute For Marine Corrosion,Shandong Qingdao,266071)Abstract: This article describes the nondestructive testing of pipeline coatings application, by introducing the principle of PCM equipment, piping location, coating testing methods, the results of treatment and application of ex
3、isting problems, and explains PCM application technology ,the reference for engineering applications, to improve the accuracy of detection of anti-corrosion layer.Key Words: PCM; Nondestructive testing; External Anticorrosion Coating前言随着经济的迅速发展，油气的供用量不断增大，铺设了大量管道。一般来说，对于成品油管道或者天然气管道，内腐蚀并不严重，而管道罐壁的外腐
4、蚀问题日益突出。防腐层防腐是最为常用的防腐蚀方式，并且在应用中取得了良好的保护效果，隔离了腐蚀环境与管道，有效的阻止了腐蚀的进行。管道防腐层的完好程度间接反映腐蚀的状态，因此埋地管道外防腐层的检测提升到日程上来。埋地金属管道外防腐层检测技术方法很多，如今防腐层状况检测技术大多是通过管道上方地面测量，通过相关参数反映管道外防腐层的状态。对管道防腐层的检测技术成熟，应用比较广。常用的检测技术包括：多频管中电流法（PCM）、皮尔逊检测方法（Pearson)、直流电位梯度法（DCVG）以及密间隔电位测试（CIPS）等。皮尔逊检测方法（Pearson)由美国人Pearson提出，它是在管道施加典型值为1
5、000HZ 的交流信号，该信号通过防腐层破损点处时会流失到大地土壤中，因而电流密度随着远离破损点而减小，就在破损点的上方地表面形成了一个交流电压梯度。检测时由两名操作者手握探针，他们之间保持36m的距离，将各自拾取的电压信号通过电缆送接收装置，经滤波放大后，由指示电路显示检测结果。由于在该检测方法中以两个操作人员的人体代替接地电极，故该方法又称“人体电容法（SL）；直流电位梯度法（DCVG）则是利用防腐层破损时，阴极保护电流从破损点周围流向破损处的管体，其电流密度与土壤电阻按照欧姆定律在破损点处形成电位梯度分布。利用电位梯度的异常点，可以测出防腐层破损点；密间隔电位测试（CIPS）技术是在有阴
6、极保护系统的管道上测量管道的管地电位沿管道长度方向的变化（一般间隔1-5米测量一个点）来分析判断防腐层的状况和阴极保护的有效性，通过分析管地电位沿管道的变化趋势可知道管道防腐层的总体平均质量优劣状况。防腐层检测各有优缺点，其中皮尔逊检测方法是交流电在地表形成的电压梯度，受到土壤、操作人员与地之间的接触电阻等因素的影响，也易受外界电流的干扰，往往会形成误检；而且在水泥或沥青地面上检测时有接地困难的问题；直流电位梯度法和密间隔电位测试技术的前提是管道施加阴极保护，否则无法测试。一、PCM检测原理PCM管道防腐层检测技术是利用交变电流梯度法，它是通过在管道和大地之间施加某一频率的正弦电压，给待检测的
7、管道发射检测信号电流，在地面上沿路由检测由管道电流产生交变电磁场的强度及变化规律。通过管道上方地面的磁场强度换算出管中电流的变化，据此可以判断出管道的支线位置或破损缺陷等。PCM检测的基本应用原理是：管道的防腐层和大地之间存在着分布电容耦合效应，且防腐层本身也存在着弱而稳定的导电性，使信号电流在管道外防腐层完好时的传播过程中呈指数衰减规律，当管道防腐层破损后，管中电流便由破损点流入大地，管中电流会明显衰减，引发地面的磁场强度的急剧减小，由此可对防腐层的破损进行定位。在得到检测电流的变化情况后，根据评价模型可推算出防腐层的性能参数值Rg。采用这种方法不但可以对防腐层的破损进行定位，推算出防腐层的
8、性能参数值Rg，而且可对管道路由精确定位描绘，测量深度。本测试方法还在很大程度上排除了大地的电性和杂散电流的干扰，具有很好的实用性。PCM仪器在管道防腐层检测的应用，对埋地管道防腐层状况的检测应用，操作具体方法是：在现场工作时先用发射机将一个检测信号供入被测管道，如图1所示，然后在地面上沿管道线路进行测量，记录下该管道中各检测点流过的电流值。检测数据处理可运行管道防腐层计算软件，可以方便地得到防腐层绝缘电阻计算结果与对应的直观计算结果图形，软件的计算功能可以得到防腐层绝缘电阻Rg，根据埋地钢质管道沥青防腐层大修理技术规定SY/T 5918-94中关于防腐层老化状况等级的划分，就可得到管道的防腐
9、层准确状况。图1向埋地管道供入信号电流利用交变电流梯度法对管道外防腐层情况进行综合评价，首先要计算管道各分段外防腐层绝缘电阻率，对于管道分段绝缘电阻率较低区域进行标定，划定破损严重区，最后对管道漏点进行精确定位。二、防腐层露点检测采用埋地管道电流测绘系统（PCM）对管道防腐层漏点的检测定位，管道的防腐层和大地之间存在着分布电容耦合效应，信号电流在管道外防腐层完好时的传播过程中呈指数衰减规律，当管道防腐层破损后，管中电流便由破损点流入大地，管中电流会明显衰减，引发地面的磁场强度的急剧减小，由此可对防腐层的破损进行定位。在得到检测电流的变化情况后，装配A型架后，仪器便具备了FFL的功能（即外皮破损
10、点定位功能），其工作原理是皮尔松法，也叫地面电场法。地面电场法的原理是指当管道或电缆绝缘层有破损时，给管道施加的电流信号泄漏于周围土壤中，并且在地面上产生散发性的电场分布，此时用A型架接触地面，接收机便可测量到这种电场，并能追踪到破损点的电位。三、检测结果处理（1）PCM软件结果处理原理由PCM发射机向管道施加多个频率的电流信号,使用接收机接收同频率的发射机信号。电流在沿管道传送的过程中,电流的逐渐衰减变化与管道防腐层的绝缘电阻率有关,反映电流衰减变化的关系式为： （1）式中，I0：距离为0时的管道电流值；mA x：距离，m a：衰减系数，a=F(R,G,C,L,f) 与管道防腐层类型、管道直
11、径、厚度，材质等有关R：管道纵向电阻率；WmG：横向电导率，Sm-1C：管道与大地间的分布电容，mFm-1L：管道的自感，mHm-1f：外加电流频率，Hz将公式（1）取对数，再两边微分，得，通过测定一系列距离下的电流值，可以求得a。用来表征管道外涂层绝缘电阻的特征参数“Rg”定义为： F：管径，m而Rg=F(a,F)，根据相关软件和经验公式，可以求得Rg。（2）处理结果分析PCM配套的软件对处理结果进行分析，依据电流的衰减变化值，计算Rg值，通过Rg，行业标准规定管道防腐层绝缘电阻率计算等级划分如下：级别绝缘电阻率Rg (m2)防腐层老化状况一级（优）10,000基本无老化二级（良）5,000
12、10,000轻微老化，无剥离或损坏三级（可）3,0005,000老化较轻，基本完整，沥青发脆四级（差）1,0003,000老化较严重，有剥离较严重吸水现象五级（劣）1,000老化和剥离严重，轻剥即掉四、检测中注意的问题（1）信号回路：PCM检测需要有发射机向管道施加输出信号源，一般选取管道沿线的测试桩、阀井处和裸露在外部的金属设施等，接地极可选取沿线的牺牲阳极，或者单独设置的接地极，有些土壤干燥的区域，需加水降低土壤的电阻率，也可促使接地极和土壤良好接触。 （2）发射机提供的管中信号电流大小依据时间情况确定，如防腐层老化严重，电流衰减快，需要加大信号的输出，否则发射信号范围短，影响检测效率，一
13、般情况下，PCM接收机检测到信号小于10mA，应更换信号输入点。(3)PCM地极一般在距检测管线的垂直方向3050 m以外的地方,除非可以确定与目标管线绝缘良好,一般不能将其他管道、金属构架作为地极使用，但是可利用池塘、水沟、建筑物的接地线、避雷针地极等。5 结束语(1)PCM检测的工程应用很大程度上取决于工程技术人员的素质和熟练程度，因此在了解PCM仪器使用后，实际应用中不断总结经验，才能提高认识。(2)新建管道防腐层PCM检测，对露点的检测准确度比较高，但是对旧管道检测过程中，因防腐层老化，不存在个别的露点，如果是大面积的脱落，这样PCM检测出现困难，但信号衰减严重。(3)PCM管道外防腐
14、层检测受到外界干扰，如高压线、并行的管道、交叉或并行的电缆等，因此实际检测过程遇到很多问题，特别是在管网复杂的地段，管道之间有电连接，交互干扰严重，给实际检测带来很大困难。参考文献【1】 刘周，张鹏，彭星煜等. PCM技术及其在兰成渝管道上的应用J .管道技术与设备，2009,（5）：47-54【2】 高天青.PCM在地下管线探测中的应用J.福建地质，2005,（3）：189-192【3】 何仁洋, 张洪泉, 王力等. 埋地钢质管道外覆盖层安全质量分级评价方法研究 J . 化工设备与管道, 2004, (1) : 22-24【4】 耿铂, 余越全, 王健健. PCM 管道电流检测系统介绍及应用J .腐蚀与防护, 2002, (1): 21-23【5】 耿铂, 余越全. 用于地下管道防护层质量检测的PCM系统J .石油化工腐蚀与防护, 2001,(4):43-45【6】 胡士信主编. 阴极保护工程手册. 北京：化学工业出版社，1999
