埋地管道检测原理及应用

埋地管道检测原理及应用摘要：文章对土壤的腐蚀机理、缺陷安全评定及地下管道防腐层检测进行了大致分析，着重介绍了埋地管线在非开挖状况下的检测技术，及该技术在实际应用中取得了良好的效果以及埋地管道阴极保护的传输理论。

关键词：埋地管道检测；腐蚀；防腐层；缺陷安全评定；离子阴极保护【中图分类号】 u175.51 概述石油、天然气、城市用燃气和地下水管道的腐蚀与保护越来越引起人们的重视。

管道防护层由于埋地时间长久而出现老化、发脆、剥离、脱落，如发生泄漏将造成不可估量的损失。

于2001年6月发生的吐哈输气管理处的埋地天然气管道发生泄漏，使乌鲁木齐石化公司化肥厂全面停工，造成巨大经济损失。

因此，检验埋地管道的防护层状况，对保证管道正常运行，防止跑、冒、滴、漏，至关重要。

使用管道检测仪对埋地管道进行检测，能在非开挖状况下，实现对埋地管道的外防腐层的破坏情况进行定性、评估，并能对管道进行精确定位、测深，解决了以前在非开挖状况下无法检验的难题，该检测技术既可作为新竣工管道的检测、验收手段，也可对正在运行的管道进行定期监测。

2 埋地管线的腐蚀原因埋地管线的腐蚀原因主要有：土壤腐蚀、大气腐蚀和生物腐蚀三种。

2.1 土壤腐蚀影响金属的土壤腐蚀因素，主要有土壤的电阻率、土壤的电位、盐分、含水量、土壤的含气量、酸度、土壤的微生物、杂散电流和金属材料的组织等，而这些因素又常常互相影响，造成土壤的腐蚀十分复杂。

在上述因素中，在土壤的含水量和含气量达到一个一致的峰值时，土壤的腐蚀性最强。

土壤中不同地方的盐含量不同，会产生盐浓差腐蚀，而土壤中的cl-、so42-、co32-等离子含量高，会促进电化学腐蚀的阴极过程，土壤腐蚀性更严重。

2.2 点蚀土壤中的cl-含量高，很容易引起点蚀。

由于cl-半径小，穿透力强，很容易穿过金属钢管钝化膜的小孔，直接和金属接触形成可溶性的化合物，并向金属深处发展。

随着点蚀过程的进行，一方面坑内坑外氧浓度的差别越来越大，坑外由于富氧而钝化；另一方面，孔内金属离子不断增加，为保持电中性，使坑外阴离子（cl-）向坑内迁移，孔内cl-浓度升高。

此时孔内金属离子浓度升高并发生水解，这样就构成了孔内活化——孔外钝化的腐蚀体系，使得坑内金属不断溶解，并以自催化的方式不断加速发展，最终导致管线迅速破坏。

2.3 生物腐蚀分析表明，土壤中存在硫酸盐还原菌（srb）和铁细菌。

硫酸盐还原菌不断氧化钢铁并析出h2，从而使硫酸盐、亚硫酸盐还原为硫化物：铁细菌能使二价铁离子氧化成三价，并沉积于菌体内外，铁细菌还常在水管内壁附着生长形成结瘤，进而腐蚀管线。

3地下管道防腐层检测埋设在地下的钢质管道均有外防腐绝缘层，阻隔金属管子与外界腐蚀因素的接触。

该防腐层一旦破坏，金属管的外表面腐蚀极为迅速，为了确保管道安全运行，必须确保防腐层完好无损。

防腐层在制作和施工过程中不可避免地会出现漏孔、缺陷和损伤，在埋地这后，受热、水、氧、地中杂散电流、细菌等环境因素影响，会老化、龟裂、剥离、防腐效果急剧下降。

金属管道防腐层大多选用石油沥青、环氧煤沥青、煤焦油瓷漆、热喷涂、塑料粘胶带、聚乙稀包覆层等绝缘材料制成，防腐层的防腐性能可用其绝缘电阻来反映，绝缘电阻值越高，防腐层质量越好。

石油天然气总公司制订的行业标准sy/t5918—94《埋地钢质管道沥青防腐层大修理技术规定》中将管道防腐层的老化情况分为五个等级，各等级与防腐层绝缘电阻的关系如表所示：3.1多频管中有电流法当一定频率的信号电流从管道某一点供入后，电流沿管道流动并距离增加而有规律地衰减。

对于干管及一般较长的管道，电流将随距离成指数衰减，其衰减速率与管道的分段电阻、管道的横向绝缘最阻、管道与地间的分布电容、管道的自感有关。

检测系统包括三部分：①采集数据用的仪器；②管道防腐软件；③电脑。

对仪器系统包括三部分：①有较多的频率，最低可选频率要在500hz左右，目前提供的仪器有4～5个可选频率；②发射机应有3～5w的较大功率；③接收机要有足够的灵敏度，30μa电流、距离1m 时。

能使仪器显示、偏转满格；④必须有测量电流功能；要有很大的电流量程，例如直读电流最大应可达300ma，最小为0.01ma；⑤仪器本身是高性能管线探测仪，可在复杂情况下确定管道及支管的位置，可以进行地下管道的探测或填图；⑥能兼容阴极保护电流法测定。

检测的现场工作分两步：①用发电机向管道送入信号电流，要用直接法向管道送入电流，将发射机的一端接在管道上，另一端接到远极上。

远极与管道的垂直距离最好在20～30m以上，远极接地桩与地要有良好的接触。

接通发射机，在选定的频率上调整出输出电压，检查供入电流大小，一般情况下，应将输出电流调节到最大，需使待测管段的终端能有0.1ma的电流。

②用接收机沿管道路由测量管道中的电流强度，应选定与发射机相对应的频率值，应确定管道中无相同频率的干扰信号。

测量间距根据工作目的和探测对象决定，若要在不长的管段上上精确找破损点，点距离可以为10～20m，必要时加密到5m。

当管线路线不确切时，要采用边定位、边量距、边读电流的办法。

将管道的有关数据及测量数据输入录入模块，调用计算模块即可完成数值计算。

资料整理的另一个内容是在软件计算模块中计算出管段各段的绝缘电阻值。

3.2变频选频法变频选频法测量管道防腐层绝缘电阻技术具有如下特点：①可以测量埋地长输管道、油田及城市煤气管网连续管道上任意长度管段的防腐层绝缘电阻；②适用于不同管径、不同钢质材料、不同防腐绝缘材料、不同防腐层结构、处于不同环境的埋地管道；③测量时只需要在被测管段两端与金属管实现电气联通（可在检测桩、阀门处），不必开挖管道，不影响管道正常工作；④所测结果不受被测管段以外的管道长短、有无分支、有无阀门、有无绝缘法兰及管道防腐层质量好坏的影响，但在被测段以内，须无分支、无人为接地；⑤测量方法简单、迅速、准确，实测一段任意长管段只需几分钟。

在该法中，将高频信号输入管道，理论上可视为单线-大地回路，这是一个十分复杂的不平衡网络，反映这个网络特性的参数很多，都是分布参数，而且往往是变量。

根据变频选频法测量管道防腐层绝缘层绝缘电阻的理论，用ay—508ⅲ型管道防腐层绝缘电阻测量仪进行现场测量。

3.3地下管道防腐层探测检漏采用sl—5型地下管道防腐层探测检漏仪能在不对管道开挖的情况下，方便而准确地查出地下管道的走向、深度和防腐层绝缘的漏蚀点的精确位置。

该仪器由发射机、探管仪、检漏仪三部分集成电路组成，它的特点是：①体积小、重量轻、携带方便；②检测方法简单、维护简便、具有自动保护功能；③电源电压低，交直两用，适应性强；④检测误差小、抗干扰能力强。

该仪器主要技术指标：①发射距离50m～5km；②探管仪走向位置偏差小于30cm；③探测深度小于5m；④检漏仪检漏精度不小于0.25mm；⑤检漏深度小于5m；⑥位置偏差小于30cm。

该仪器探管、测向、测定埋土深度的原理是通过地下管道发送出1khz电磁波，当探头与磁力线地平面垂直相切时，收到的信号最小（几乎为零）这个原理来测定管道的走向和深度。

检漏原理是，通过向地下管道发送出一个交流信号源，当地下管道防腐绝缘层被腐蚀后，该处金属部分与大地短路，在漏点处形成电流回路，将产生漏点信号向地面辐射，并在漏点正上方辐射信号最大，根据这原理可准确地找到漏蚀点。

4管道电流测绘法的检测技术3.1 管道电流测绘法的工作原理埋地管线仪由一台发射机和一台接收机构成，采用了雷迪公司独创的双水平线圈和垂直线圈电磁技术专利。

在检测时，将发射机的一端与管道连接，一端与大地连接。

由发射机向管道发送4hz电流和128hz/640 hz的定位电流。

便携式接收机能探测到经管道传送的这种特殊信号，并跟踪和采集该信号。

将采集到的电流强度输入微机，便能测绘出管道上各处的电流强度曲线。

通过对电流变化的分析，实现对管道防护层绝缘性的评估。

电流强度随距离的增加而衰减，在管径、管材、土壤环境不变的情况下，防腐层对地的绝缘性越好，则电流损失越少，衰减亦越小。

反之，若防腐层损坏，如老化、脱落、绝缘性能越差，电流损失越严重，衰减也就越大，从而实现对防腐层破损状况的评估。

3.2 管道电流测绘法的技术优点3.2.1 可以对长输管线进行定位测深，可测电流强度大小和确定电流方向，一次连接，测试距离可达30km。

3.2.2 该技术利用接收机可以储存100个电流读数，可利用防腐层检测软件，快速下载到电脑上打印成图形并进行快速评估。

3.2.3电流测绘技术可对埋地长输管道（石油、燃气）、任意长度管线的防腐层破损状况进行评估。

3.2.4 适用于不同管径、不同钢制材料、不同防腐绝缘材料、不同环境的埋地管线，非接触式探测和评估，无需开挖地下管线。

3.2.5 操作简便，一人操作即可。

5 管道电流测绘法的实际应用2000年9月，乌鲁木齐石化总厂监测中心在对西北石油管理局下属的几个生产厂的检验中，把管道检测仪应用到埋地管线的检验中，效果显著，及时发现了生产厂存在的重大安全隐患，解除了生产的后顾之忧。

经检验，在塔里木石化厂油罐区的地下管道防腐层较好，电流衰减幅度较小，如图1所示：错误！不能识别的开关参数。

错误！不能识别的开关参数。

管道防腐层完好，电流下降很小。

而在雅克拉炼油厂的检测中，该厂的调和泵房处的柴油管线至加热处的埋地管线，其防腐层损坏严重，电流下降大。

如图2所示：管道防腐层破损，绝缘性差，电流下降很大。

该厂的调和油泵房处的汽油管线至加热炉处的埋地管线，其防腐层较好的情况与损坏严重情况并存，破损处的电流急剧下降，如图3所示：管道防腐层完好与破损并存，管道破损处电流下降很大。

对判定存在严重破损的两处管线开挖，发现，柴油管线外防护层破损较严重，汽油管线外防护层局部已经完全破损，管壁已严重减薄，一经挖开就发生了泄漏。

究其原因，这是两处管线埋在树沟旁，经常浇水，从而引起管线严重腐蚀。

开挖表明，检测结果是准确的。

管道电流测绘法是一种地下管道防护层检测的新技术。

应用该技术可以全面评估防护层的状况，指导地下管道的维护和检修，避免抢修中的盲目性。

此外它适用范围广，准确率高，可以用于石油、天然气、煤气、水、电缆等埋地管线的检测，具有广阔的应用前景和空间，尤其通过对石油、天然气、水等长距离埋地输送管线及城市埋地管网系统的定期检测，能够确保城市生命线的安全及正常运行，带来不可估量的社会效益。

5管道内检测当长输管道和城市公用管道内壁会产生腐蚀等缺陷时，国外常用称作清管器的检测仪进行检测。

检测仪由自身组成部分的驱动装置或利用管道内流体的能量装置带动在管道内边移动边进行检测，可分为有缆型检测装置和无缆型检测装置。

采用有缆型检测器时，通常采用分段封闭式检测，需敷设临时管线，对待测管道进行输送流体置换，并对其清管，然后进行检测。