埋地管线涂层缺陷检测哪种技术最好

韩兴平中国西南油气田分公司输气科研所 610215

摘要西南气田输气干线2000多公里，新建管线还在不断增加，在用和新建管线全部采用埋地方式，管线外防腐采用沥青涂层和强制电流的阴极保护。现在大部分管线已使用30年左右，沥青涂层因老化开始逐渐丧失保护作用，进而导致阴极保护（CP）的负荷不断加大，一些管线不得不增加CP站的密度来维持电位。根据国内外对沥青涂层防护能力研究结果表明，沥青涂层的寿命为15～20年。西南气田沥青涂层的寿命之所以较长是因为西南气田普遍使用了改性沥青的结果。但是沥青涂层本身就具有很多的不足和难以消除的缺陷，因而不可能再使用更长的时间.为了摸清沥青涂层的在用状况，1998年春夏对输气主干线两付线进行了大规模开挖调查，调查成果表明：沥青老化占调查量的40％，有52％的沥青三指标不合格。为了进一步调查外腐蚀状况，1999年1－3月对该线某一段25Km管线作了智能清管检测，检测结果令人吃惊，一向认为外部腐蚀控制很好的管线却检测出众多外腐蚀，一些管线坑蚀量高达75％。输气管理处立即组织力量进行开挖验证。开挖结果和拍回的照片表明和检测结果相符。现面临的难题是检测涂层缺陷。只有当涂层缺陷被检出和涂层修复后，外腐蚀才可能被阻断。传统的皮尔逊（PS）、标准管地（P/S）电位、最新的密间隔电位CIPS、DCVG技术，都设法用上了，但检测的质量和数量却不尽人意。现在一种能满足工程使用的检测技术已被找到，这种新技术的全称是RD-PCM电流测绘系统，现已在四川输气干线上成功应用，本文将结合四川气田检测涂层缺陷情况介绍PCM技术.。

主题词：PS检测技术.P/S法、CIPS密间隔极化电位、DCVG电位梯度、RD-PCM电流测绘系统、涂层缺陷精确定位、CP有效性

一 .西南气田埋地管道外壁涂层状况

防止埋地管线腐蚀的第一道防线是涂层，如果涂层的质量可靠、没有缺陷或缺陷很少、很小，可以不上阴极保护，从这种意义上讲涂层作用占外防蚀作用的99%，阴极保护仅是对涂层针孔和施工缺陷的补充保护，其作用仅占1%，但是随着涂层性能的降低，CP的作用会逐渐增加，但是无论如何发挥CP的作用，它都不可能替代涂层对管线的保护能力。而且使用CP应注意它的负作用，我们知道CP仅在极化电位-0.85mv～1170mv这样一个很窄的电位带上起作用，一旦电位超出这个范围，不是造成阳极溶解、就是引起应力腐蚀开裂。

涂层的作用十分重要，但是涂层作用的发挥又受许多因素的制约，如：涂层材料的耐电性、抗老化的能力、抗根茎穿透能力、抗土壤应力、温度应力、湿度应力等，还要求有先进的除锈涂装技术，较高的施工技术水平，完成施工后的质量监测和检测，若其中一个环节出现问题，涂层的作用都会降低。我国60年代建成了第一条大型输气干线巴渝线，采用的涂层是5#、6#沥青，熬制时加入高岭土，用牛皮纸做护皮。引用前苏联管线防腐的国标，就当时而言，施工质量应是好的，但是所选的沥青材料软化点很高，针入度很小，延度范围窄，使用几年后调查涂层已开始出现涂层剥离龟裂问题。1963年在总结巴渝线经验教训的基础上在四川长纳线上做了改性沥青试验，采用10#和30#的不同比例，加入5%的橡胶粉、用玻璃布做骨架，使沥青涂层的性能得到很大的改善，在以后的泸威线、威成线上推广应用、现在看来是成功的。

改性沥青在四川气田成功应用，是科技工作者把握住了四川盆地的气候、土壤环境，如果把这一成果用于其它省、地区就不一定取得较好的效果，这是因为潮湿的土壤抑制了部分温度应力的作用、而干燥的土壤会使沥青油份挥发老化速度加快，由于这个切入点找得准，才使四川盆地埋地管线沥青涂层寿命已高达20多年，而且有相当大的部分现仍在使用。

任何一种涂层应用方法得当都会最大限度的发挥涂层作用。然而这种作用的发挥也不是无期限的，它受到材料寿命的制约，也受到应用环境的影响。现在人们很关心已使用20—30年的沥青状况，通过1998年5月对输气南干线付两线开挖调查和地面风险评价，以及沥青192个样品分析的结果和数据处理表明，已有1/3的涂层严重老化，1/3的涂层在加速老化，最后1/3的涂层尚可继续使用，这一结论与各段CP输出情况、涂层电阻值计算结果都吻合教好。另外还有数量较多的露管、浮管处涂层也遭到人为破坏，管线的外腐蚀不可掉以轻心。

1999年输气管理处选定了一段25公里埋地主干线进行智能清管检测，检测的结果证实了以上地面探坑调查的情况，外腐蚀高达453处之多。1999年10月对智能检测给出的认为有严重影响的外腐蚀点进行开挖测试。开挖的结果与智能检测的结果相符，有严重外腐蚀的地方，首先是涂层被破坏，其次是管体外露造成腐蚀。有三处腐蚀深度达到75%，对管线安全运行构成严重威胁，承压能力通过计算已从设计时的4.0MPa下降到2.0MPa。由于大型输气管网本身没有建设储气库，一旦大用户设备出故障，管道压力会升高很快，随时都有爆管的危险。经济损失会有成千上亿元，还会危及人民的生命安全，溢出气体对环境造成严重污染。

目前应加强外腐蚀控制力度，首先要尽快解决涂层检测问题，整体涂层大修难度会大一些，但可以采取局部维修，把全线有较大涂层缺陷的管线找准，然后开挖修复，只要开展了这项工作，管线的状况将会大为改观，安全会上一个台阶。其次开展阴极保护有效性评价，对各段管线CP确定保护等级，正确理解和使用阴极保护标准，断电电位达到?/FONT>0.85V，或管线负偏移极化电位100mv，同时进行埋片试验以确定管线CP保护度，力争把管线外腐蚀的腐蚀速度降低到0.01mm/a以下。

二、涂层缺陷检测技术比较

每种涂层缺陷检测技术几乎都是通过在管道上加载直流或交流信号来完成检测的，很多仪器和技术都类同，不同的是各种测试技术各有其不同的切入点，功能上有的是多功能组合，有的是单一的，检测时需要特定条件或配合工具才能完成。目前在用和面世的技术包括：标准管地电位（P/S）测试、CIPS 密间隔电位测试技术、Pearson测试、CPS阴极保护电流测试、DCVG直流电位梯度测试、RD-PCM多频电流测绘系统、利用CP的管线电流法测试，另外清管智能检测器（漏磁）也能间接地检测涂层破损，其原理是埋地管道外部金属失重腐蚀的部位通常是涂层破损的部位。当然它有一定的局限性。到目前为止还没有见到能检测涂层剥离、涂层屏蔽的技术问世。

1.标准管/地（P/S）电位测试

该方法是最常用的测试技术,采用万用表电压档测试接地硫酸铜电极与管道上的CP电位，再进一步测试管道上的CP电流,通过计算就可了解涂层电阻和涂层状况.当然通常P/S法仅用于电位测试，用以区别当前电位与以往的电位的差别，间接了解涂层状况，同时可用来参考检查CP是否满足标准的要求。P/S测试的优点是在现场取得数据不需要开挖管道。直接在每公里检查桩上就可以方便地测得数据，缺点是测试的数据受许多因素的制约，误判是经常的事，尤其是在涂层屏蔽时它检测不出来，被屏蔽的管道最易产生局部腐蚀或坑蚀。另外由于检查桩是每公里一个，这样有涂层破损的地方可能被漏检，计算的涂层电阻是平均电阻，这样有实际破损的位置仍然不清楚。

2.密间隔电位测试

近间距电位检测CIS和近间距极化电位检测CIPS这两种方法类似于标准P/S测试法，主要用于测定CP系统的效果，间接反映涂层状况。CIS和CIPS是P/S的加密测试和加密断电电位测试技术，每0.7m左右测一组数据，最后由计算机来处理获得电位距离曲线。它通常与DCVG配合使用。CIPS法与P/S法有相同的局限性，不能检出涂层剥离、断裂、不能指示涂层破损的位置，实际上是一种管地电位检测技术并非涂层缺陷检测技术，涂层状况是通过电位分析获得的。而电位检测受很多因素的影响，由此推断的涂层状况有时会产生很大误差。用CIPS判定CP不足或过保护具有独到之处。但是应排除各种影响，因为产生200～300mv误差是经常的事。这可能就是在被认为有良好的CP状况下管线仍然受到腐蚀或产生泄漏的原因。

3.DCVG直流电位梯度测试

检测原理是：它检测流至埋地管道涂层破损部位的CP电流在土壤介质上产生的电位梯度。即土壤的IR降。它依据IR降的百分比来计算涂层缺陷的大小。它与P/S法有类同之处，不同的是它不能检测管地电位。它必须和探管仪、CIPS等贵重仪器配合使用。当管线涂层缺陷部位有电流流过，管线四周就形成一个CP泄漏流场，它相对管道中心所形成的形状和位置是根据缺陷的形状和管道直径来确定的，说明书上的公式可计算出IR%降，以此来区分涂层缺陷是否存在。

DCVG的局限性在于对没有CP的管道无法检测，临时CP站的建立既费时又费力，不了解管线电性能，CP可能就加不上，另外没有断电器的支持就无法使用。DCVG还需要大量原始数据支持，没有数据，检测结果解释困难。DCVG由两个半电池的手杖作为传感器探头，这样就要求半电池的内阻要小，Cu/CuSO4溶液不均时都会影响检测效果,另外对土壤含水量要求较高，如果在干燥的土壤上测量,误差会很大，断电器和主机中使用的镍镉电池若使用不当,由于电池的记忆效应会很快使电池报废无法使用。

DCVG的主机挂在脖子上很重,会造成检测人员的肌肉疲劳损伤。

由于管线上IR降受很多因素影响，地电场干扰来自很多的方面，DCVG消除这些影响困难较大，因此造成误判时有发生。

如果在比较了解涂层状态，又能找到管线的情况下，用地电位梯度法一样可以达到DCVG的检测效果，判断出涂层缺陷的准确位置。用这项技术判定的结果通过开挖得到证实。DCVG对旧管道每天仅能检测1～2公里。它接在检查桩上的信号漆包线需要有人看守，且易被地面物挂断。它还要求检测人员必须准确的走在管道上。在没有探管机，没有检查桩，或检查桩被人为破坏后就无法实施检测。

4.PEARSON(PS)皮尔逊检测

在PEARSON检测中除CP电流外，还需要将发射机的交流信号（1000HZ）加在管道上，需要信号接收机和探管机配合使用，探管的人必须准确指示管线的位置，持滤波接收机的人才能接收到管道上通过泄漏点发出的信号，用接收信号的强弱判定涂层的破损点。目前国内仍较普遍的使用，检测速度较快，可以检测没有CP的管道，操作者的技能特别重要，没有现场经验的人不易查找到涂层缺陷的位置，或者是不是存在有涂层缺陷。PS不能指示涂层剥离、不能指示CP效率，易受地电场干扰，常给出不存在的缺陷信息，它最大缺点是电源太重，地床太简单，导致信号传输距离近，维持时间也短，但由于接收机轻便，仍受现场检测人员的欢迎。

5.漏磁智能清管检测（在线检测ILI）

今年3月作的智能清管检测及管线涂层破损检测的效果令人满意。它用专用的探头来检测外腐蚀，通过外腐蚀开挖调查，外腐蚀处的涂层的确遭到破坏且存在严重缺陷。检测准确率达到80%以上。但是它需要较高的管内洁净度、需要修整改造管道以允许清管器通过、对弯头半径要求严格，检测费用很高，目前国内的管输公司还难以接受。

三 .RD-PCM电流梯度检测仪及电流测绘系统

一条有CP的埋地管道能通过保护绝缘涂层使管道处于非腐蚀状态，如果整条管线呈高的管地电阻，就说明管道涂层绝缘性能良好，当管地电阻很小时就表明管道和土壤介质有短路点，造成的原因是涂层缺陷。低电阻管道有涂层缺陷时会提供管道到地的电通道，如果施加有电压，那么涂层缺陷上方的地面就有泄漏的电流，比较这种电流与完好涂层的电流是否一致，即可获得明显的局部电流损失。如果使用的是交变信号，当管道磁场随电流频率改变时，那么管道上的电流就很容易确定。RD-PCM就是基于上述原理研制而成。主要用于埋地管道涂层缺陷检测，各种管道短路故障检测。它能精确地检测出管道上任意一点的电流或者某一区间电流的衰减量，利用软件可计算出涂层绝缘电阻的值。用绝缘电阻的值以及电流衰减的分贝判定缺陷，用缺陷持续的时间判定缺陷的大小。

RD-PCM由便携式超大功率（150W）发射机和手提式接收机组成，附件A字架用于涂层破损精确定位，软件用于测绘出由接收机存储的100个电流数据形成的电流（db）距离曲线，从曲线上可直观得到涂层缺陷的位置以及整条管线涂层状况和涂层电阻值。接收机不仅能指示管道的方向还具有测深功能，当测量电流时能显示电流强渡和电流的方向，现场由一人操作，每天可检测10Km，发射机信号传输30Km，由于直接安放在CP站，不存在电源供应不足的问题，也无需人员置守。

四结论

埋地管线涂层缺陷检测，应根据用户的具体情况选择检测技术，每一种检测技术都有它的优点和局限性，了解各种检测技术的局限性有助于现场人员提高检测效率。选择那一种技术最好，完全由用户的认识决定。