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1、在役埋地管线外防腐层的性能测定与防腐等级评估前言对油气管道的外防腐层情况进行定期的性能测定，准确掌握在役埋地管道防腐层的工作状态，对及时发现和消除事故隐患，保证长期安全生产，避免重大事故发生都有着重大的意义。埋地管道的防腐层因多种原因产生缺陷，失去防腐效果，导致管道腐蚀，因此，有计划地开展管道防腐层检测和修复工作十分重要。根据检测结果对管道防腐层进行评价，可为管道防腐层的使用、修复和更换提供科学依据。管道防腐层检测也是管道安全评价以及完整性管理的重要内容。管道防腐层检测技术防腐绝缘层是埋地管道腐蚀控制技术中最重要的组成部分。防腐绝缘层的质量关系到管道的使用寿命，也是管道运行中必须关注的问题。目
2、前使用的管道防腐绝缘层种类较多，在检测项目及检测手段上也不尽相同。现在的集输管道仍以石油沥青玻璃布为主，它以检测防腐绝缘层的连续性、厚度、粘结力、绝缘电阻等性能为主，其中绝缘电阻是综合反映防腐绝缘层状况的重要指标，该项指标不仅与防腐材料有关，而且与施工质量有关。施工中对防腐绝缘层的任何损坏或防腐材料老化以及防腐结构发生浸水、剥离、破损、开裂等现象，都将表现为绝缘电阻下降。目前，随着新型检测仪器的出现，防腐绝缘层绝缘电阻已实现了不开挖的地面检测，这将为制定大修或更换防腐绝缘层管段提供科学依据1。目前管道防腐层的检测方法中应用较多的是多频管中电流法与地面电场法的联合使用。多频管中电流法的整套设备由
3、英国雷迪公司生产的RD-PCM检测仪和天津嘉信技术工程公司研制的管道防腐检测数据处理系统GDFFW 5.1两部分组成。PCM是Pipeline Current Mapper的简称，即多频管中电流法，主要是测量管道中电流衰减梯度，因此也叫电流梯度法。PCM系统主要由一台发射机、一个接收机和一个A字架组成，多频管中电流法是由PCM发射机向管道施加多个频率的电流信号，使用接收机接收相同频率的电流衰减信号，该设备不受管道埋深的限制，追踪检测管道的信号电流，能自动存储检测数据。PCM的工作原理是向管道施加一定的电流后,电流沿管道向远方延伸,用接收机可以直接得到管道中任何一点的电流强度。电流在沿管道传送的
4、过程中逐渐衰减变化并与管道防腐层的绝缘电阻率有关，即防腐层的质量越高，绝缘电阻率越高，电流衰减的越慢，反之则越快。反映电流衰减变化的关系式为2： 式中：I在管道上方读取的任意一点电流值，A；I0发射机向管道发射的电流值，A；x测量点到发射机发射点的距离，m；a衰减系数(与管道防腐层的绝缘电阻率、管道的直径、厚度和材质等有关)。同一条管道，如果管道防腐层的平均绝缘电阻大，衰减系数就小，即检测电流值下降就慢。如果管道的防腐层质量分布较均匀，管道外防腐绝缘电阻率的差别就不大。管道中的电流值对数与管道的距离成线性关系变化，管道中电流值的对数线性斜率的大小是由管道防腐层的电阻率决定的。单位距离的电流变化
5、率(Y=lg(I1-I2)/x)与距离X之间的关系是一条水平直线，Y值的单位为db/km或db/m。当管道防腐层出现破损时，电流会通过破损点流向大地该点处电流变化率（Y值）突然增大（见图1），由此可以判断管道防腐层的异常位置，即防腐层的破损点位置。图1电流变化率（Y值）与距离（X值）的曲线示意图查找破损点的方法也叫地面电位电场法。地面电位电场法的原理是发射机向管道施加一个电流信号，电流信号沿管道向远方传播，如果管道防腐层存在破损，则电流信号会从破损点向土壤流失，形成一个以破损点为中心的电场，圆形电场是单一的破损点，而椭圆形的电场是管道中其中一段出现的破损通过使用A字架来寻找电场中心点（即破损点
6、）的位置，并测量电流变化率的大小，以判断破损的位置和大小。多频管中电流法的用途：对管道进行跟踪，确定管道走向；测定管道的埋深；对管道防腐层总体质量状况进行评价；用地面电位电场法对防腐层破损点定位。防腐层防护性能分级评价准则1绝缘电阻的分级标准通常采用防腐层的绝缘电阻这个参量描述防腐层的总体防护性能。防腐层的绝缘电阻F，是指单位长度防腐层的横向归一化面电阻；F的实用单位是：m2。防腐层绝缘电阻的分级标准采用SY/T 5918-94埋地钢质管道沥青防腐层大修理技术规定的规定(见表1)3。表1防腐层参量分级防腐层等级一级（优）二级（良）三级（一般）四级（差五级（劣）绝缘电阻/m210 0005 00
7、010 0003 0005 0001 0003 0001 000老化程度及表观基本无老化老化轻微，无剥离和损坏老化较轻，基本完整，沥青发脆老化较严重，有剥离和较严重的吸水现象老化和剥离严重，轻剥即掉在防腐层连续破损的情况下，无须考虑其绝缘电阻的大小或级别，可直接判为5级。根据参量分级表来制定防腐层等级处理意见（见表2）。表2防腐层等级处理意见表防腐层等级一级（优）二级（良）三级（一般）四级（差五级（劣）处置意见正常运行管理正常运行管理、缩短再评价周期计划维修、调整阴极保护、缩短再评价周期立即维修、调整阴极保护并确定再评价周期报废该管段的防腐层2检测技术要求2(1)防腐层破损点检测结果开挖验证的
8、准确率不低于95%；(2)防腐层破损点定位精度不超过0.5m；(3)管道防腐层等级分类的准确率不小于90%。在役埋地管线防腐层性能测试实例S油田对某矿M站至N站输油管道防腐层进行了全面检测，采集了大量数据，通过对数据的分析与处理，对该管道的防腐层性能做了系统的评价，为该管段防腐层的维修与更换提供了科学依据。1检测仪器对这段在役埋地管线，采用多频管中电流法评价管线外防腐层的安全质量状况，使用RD-PCM检测仪，可以对任意长度管道防腐层状况进行评估，从而可以分段评估防腐层的老化状况，配上A字架可以对防腐层破损点进行定位4。2检测工作中所执行的标准（1）SY/T 5918-94埋地钢质管道沥青防腐层
9、大修理技术规定。（2）SY/T 0087-95钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法标准。3检测数据结果（1）防腐层性能检测结果某矿M站至N站输油管道检测段长度6 650m防腐层性能检测结果见表3。由于数据较多，表3中仅取检测段中前100m数据为例。表3某矿M站至N站输油管道防腐层性能检测结果表（前100m）起点（m）止点（m）长度（m）绝缘电阻（m2）数值等级02525.005.422E+00（25.422102）五255025.002.751E+00（22.751102）五507525.004.543E+00（44.543104）一7510025.009.318E+00（49.318104）一1
10、0012525.002.386E+00（42.386104）一最终检测结果统计如下：根据SY/T 0087-95钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法标准和表1防腐层参量分级表，检测和防腐分级结果如下：防腐层综合等级为一级的管段长度为2 050m，占30.8%；综合等级为二级的管段长度为1 175m，占17.7%；综合等级为三级的管段长度为1 225m，占18.4%；综合等级为四级的管段长度为625m，占9.4%；综合等级为五级的管段长度为1 575m，占23.7%。为了便于对比管道沿线防腐层综合性能进行分析6，将防腐层综合性能按每km各等级比例统计如表4所示。表4某矿M站至N站输油管道防腐层综合性
11、能每km各等级比例起止里程一级（%）二级（%）三级（%）四级（%）五级（%）0-152.515.020.02.510.01-241.020.517.910.310.32-325.615.412.817.928.33-415.423.123.17.730.74-52.512.517.57.560.05-643.610.320.510.315.36-736.730.016.710.06.6由表4可以看出：从23km、45km防腐层综合性能为四级和五级所占的比例均大于40%，性能下降较严重。（2）破损点（段）检测结果防腐层破损点分为三级。一级数值（电流变化率）检测范围在4060(db/km)之间，一
12、级为防腐层破损轻微，应加强监控措施，宜在适当时候修复；二级数值（电流变化率）检测范围在6070(db/km)之间，二级为防腐层破损较严重，应安排维修计划；三级数值（电流变化率）检测范围为70(db/km)以上，三级为防腐层破损严重，应立即进行防腐层的维修或更换。防腐层破损段（包括出露点段）一般只圈定范围，未分级。某矿M站至N站输油管道防腐层破损点分布情况见表5和图2。表5某矿M站至N站防腐层破损点（段）一览表（前400m）点号（m）破损级别备注40二级马路上65三级过沟160三级坝上土路边324一级坝上土路边400二级坝上土路边333三级坝上土路边弯头变深处380一级过路最终检测结果统计如下:
13、从某矿M站至N站6 650m输油管道共查出防腐层破损点58处,其中一级破损缺陷11处,二级破损缺陷37处,三级破损缺陷10处。破损点的分布情况如表6所示。表6某矿M站至N站输油管道防腐层每km破损个数起止里程(km)0-11-22-33-45-7破损个数19176160图2某矿M站至N站输油管道防腐层破损点（段)分布示意图（05000m）由图2和表6可以看出：从02km、34km破损点数均大于16个/km，防腐层破损严重。对于破损点判断是否准确，进行现场开挖实拍（见图3、图4），结果表明防腐层破损点检测结果与开挖验证结果完全一致，检测结果真实可靠。图3破损点开挖验证图片 图4破损点开挖验证图片
14、防腐层性能与等级评估1检测结果统计按埋地钢管沥青防腐层大修理技术规定(SYT 5918-94)的指标评价，某矿M站至N站输油管道的防腐层总体性能为“中等”。依据埋地钢管沥青防腐层大修理技术规定(SY/T 5918-94)的分级评价标准所作的某矿M站至N站输油管道防腐层综合性能分级比例，如果把一、二、三级之和所占比例超过60%的管段定为“维修后继续运行”管段，把四、五级之和所占比例达到40%的管段定为“立即维修或更换”管段，得到表7中的统计分析结果：表7某矿M站至N站输油管道防腐层各里程段综合性能分析表划分依据里程段(km)累计长度（km）占全管段比例（%）评价意见一、二、三级之和超过60% 0-2、3-4、5-7 4.770.2维修后继续运行四、五级之和已达到40%2-3、4-52.029.8立即维修或更换2评价意见（1）某矿M站至N站在役埋地输油管道23、45里程段防腐层综合性能四、五级所占比例分别为46.2%、67.5%,以里程段划分,四、五级之和达到40%的管段占输油管道总长度的29.8%，性能下降严重，这两段防腐层整体质量“差极差”，应加以更换。（2）从02km、34km防腐层破损点数均大于16个/km，破损点居多，破损点处腐蚀严重（如图3、4），应尽快维修。（3）裸露管段尽快掩埋，对检测出的防腐层破损点和综合性能下降严重部位都应
