PCM在長輸管道檢測應(yīng)用中的一些建議

1、PCM在長輸管道檢測應(yīng)用中的一些建議The proposals of Application about the PCM during the inspection long pipeline姚小靜1 張峰1 席光峰11 山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，山東濟(jì)南，2500131 Shandong Inspection and Research Institute of Special Equipment，Jinan，2500132 The Institute of Chemical Plan and Design of Shandong Province，Jinan，2500133 Shandong

2、 institute of business and technology，Yantai，264005Abstract：We give a detail introduce about the principle of the PCM, such as the preparations, the attentions during the inspection, date processing in later .Connecting the inspection application during the LiaoTai long pipeline, Proposed some sugge

3、stion, In order to improve the efficiency and accuracy of inspection of PCM.Keywords: Pipeline Current Mapping System the long Pipeline Buried pipeline Outer coating failure coating 摘要：本文詳細(xì)地介紹了PCM的工作原理，針對(duì)長輸管道檢測準(zhǔn)備工作、檢測過程中應(yīng)該注意的問題、后期數(shù)據(jù)處理及曲線劃分，結(jié)合聊泰長輸管線現(xiàn)場應(yīng)用，提出了一些建議，便于進(jìn)一步提高PCM測繪系統(tǒng)的檢測效率和檢測精度。關(guān)鍵詞：PCM測繪系統(tǒng)，長輸

4、管道，埋地管道，外防腐層，破損點(diǎn)1前言長輸管道一般為埋地敷設(shè)，地理環(huán)境復(fù)雜多變，一旦發(fā)生事故，會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。在眾多事故因素中，管體腐蝕是導(dǎo)致長輸管道事故的主要原因，而外防腐層和陰極保護(hù)是目前防止管體腐蝕的最有效措施，因此防腐層和陰極保護(hù)效果是判斷管道是否安全運(yùn)行的主要途徑。本文就PCM如何高效率的應(yīng)用于長輸管道外防腐層非開挖檢測評(píng)價(jià)，總結(jié)了一些淺顯的建議，有利于現(xiàn)1：防腐層完好時(shí)檢漏信號(hào)曲線；2：防腐層A點(diǎn)有漏點(diǎn)時(shí)，檢漏信號(hào)曲線圖1 PCM檢漏原理場更好的應(yīng)用，提高檢測效率和檢測精度。2多頻管中電流法（PCM）檢測原理如圖1所示1，發(fā)射機(jī)從管道檢查頭（或陰極保護(hù)電流供入點(diǎn)）向

5、管道施加某一特定頻率或多個(gè)頻率的激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)自發(fā)射點(diǎn)開始沿著管道兩側(cè)傳輸，管中電流信號(hào)強(qiáng)度將隨著管道距離的增加而衰減，管道電流流經(jīng)管道時(shí)，在管道周圍產(chǎn)生一個(gè)磁場，利用接收機(jī)在管道上方按一定間隔檢測管中激勵(lì)信號(hào)的強(qiáng)度。當(dāng)管道防腐層性能均勻時(shí)，管道中的電流衰減率與距離成線性關(guān)系，管道防腐層絕緣性越好，涂層的絕緣電阻值越高，電流衰減越小。若存在電流的異常衰減段，證明存在電流的泄漏點(diǎn)或管道分支點(diǎn)，通過分析可判斷出防腐層的絕緣性能下降以及破損的部位。再使用“A字架”精確定位防腐層破損點(diǎn)。此外，根據(jù)各個(gè)檢測點(diǎn)的間距和電流強(qiáng)度紀(jì)錄，通過計(jì)算機(jī)程序處理分析后，即可計(jì)算出各管段防腐層面電阻值，然后根據(jù)值的

6、大小給出管道防腐層的質(zhì)量評(píng)級(jí)。該方法操作簡單，目前在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。2檢測準(zhǔn)備工作中的注意事項(xiàng)21查看被檢管道原始資料在開始檢驗(yàn)工作之前應(yīng)盡可能多地了解管道的相關(guān)信息，熟悉管道的分布、管道運(yùn)行狀況、穿跨越地段、被檢管道區(qū)域內(nèi)的其他管線分布、閥門、管線陰極保護(hù)測試樁及其他一些相關(guān)信息；同時(shí)應(yīng)該參考日常的記錄，如陰極保護(hù)電位的測量結(jié)果、曾被開挖和修復(fù)過的防腐層地點(diǎn)和時(shí)間，以及開挖過程中發(fā)現(xiàn)破損的嚴(yán)重程度、誘因、修復(fù)結(jié)果等相關(guān)報(bào)告。22發(fā)射機(jī)地極的選擇1）接地極一般打在垂直管道方向3050m以外的地方，地極不能接在其他管道或金屬構(gòu)架之上，以免信號(hào)傳入測量區(qū)產(chǎn)生干擾，但適于放在水溝或池塘當(dāng)中。應(yīng)該注

7、意的是，在寒冷的季節(jié)，由于河流結(jié)冰，接地電阻會(huì)很大，則檢測電流也很難滿足要求。2）接好地極之后，應(yīng)檢查接地回路電阻，回路電阻應(yīng)在數(shù)十歐姆至數(shù)百歐姆之間。如果地極接地不好，可澆水以降低接地電阻。3）地極盡量不要連接在相鄰管道或其它金屬構(gòu)件上，以免信號(hào)傳入測量區(qū)產(chǎn)生干擾。值得注意的是如果地極是接在電線桿的地線上，應(yīng)該先預(yù)測一段管道，觀測檢測信號(hào)的變化，如果變化幅度較大，此地極有可能是接在了與被檢管道交叉的埋地電纜上，此時(shí)應(yīng)該從新選擇接地地點(diǎn)。23接入點(diǎn)的選擇發(fā)射機(jī)為管道提供信號(hào)的原則是盡量使管道上有較強(qiáng)的信號(hào)電流，使相鄰伴行管線上盡量沒有信號(hào)，或使其它管線上的信號(hào)最小，為此應(yīng)該注意：1）當(dāng)被檢管道

8、有多個(gè)供入點(diǎn)可供選擇時(shí)，要盡量選擇管道分布最稀疏、防腐層狀況較好的位置作為供入點(diǎn)。2）靠近信號(hào)輸入點(diǎn)的位置附近時(shí)不能進(jìn)行檢測的，至少應(yīng)該在10m以外。3檢測過程中應(yīng)該注意的問題31管線的跟蹤識(shí)別1）目前的管線檢測一般選用128Hz，否則應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要，選定工作頻率，檢查該頻率是否存在干擾，若干擾太強(qiáng)應(yīng)該選用其它頻率。2）檢測過程中增益一般保持在小于等于75，過大或過小，都會(huì)影響檢測的精度。3）用峰值探測管線的位置和方向，用零值進(jìn)一步驗(yàn)證管線位置，當(dāng)峰/零值定位基本重合時(shí)，說明管線附近沒有其他管線的干擾或者干擾很小。當(dāng)峰零位置不一致時(shí)（峰零值所定的管線位置間隔大于20cm時(shí)），表示被檢管線

9、存在干擾。此時(shí)的峰/零值點(diǎn)均不能準(zhǔn)確指示管線的位置。實(shí)際的管線在靠近峰值的一側(cè)，且是在峰零值間距一半（靠近峰值一側(cè)）的位置上。4）在管線的拐點(diǎn)、支管（三通）接頭等地段，信號(hào)磁場會(huì)出現(xiàn)一些畸變。對(duì)于有三通的管線，首先確定主管線的路徑并做標(biāo)記，再以一定間距讀取信號(hào)電流值，在出現(xiàn)電流衰減的管段和探測支管出現(xiàn)的位置，具體做法為：旋轉(zhuǎn)接收機(jī)90度，距離管線3m以外進(jìn)行搜索，即可發(fā)現(xiàn)支管上的信號(hào)，從而確定支管出現(xiàn)的位置。而對(duì)三通進(jìn)行檢測時(shí)，最可靠的方法是將發(fā)射機(jī)信號(hào)加在支管上，信號(hào)電流由支管流到主管線上，然后由三通點(diǎn)向主管線的兩個(gè)方向傳導(dǎo)。令接收機(jī)的寬面與主管線成直角，搜索該信號(hào)，主管線上的三通分支點(diǎn)處將

10、顯現(xiàn)零值。5）管道拐彎的檢測方法：首先沿管線的路由向前追蹤管線，當(dāng)檢測到管線拐點(diǎn)處，則繼續(xù)沿剛剛追蹤管線的路由向前就檢測不到管線，在管道信號(hào)消失處，做半徑為5m的圓形搜索，可確定管線拐向。對(duì)管線深度及電流的測量，應(yīng)在離拐點(diǎn)5m之外才可得到精度高的數(shù)值。32“A字架”的使用當(dāng)用“A字架”對(duì)可疑管段進(jìn)行復(fù)測時(shí)，在破損點(diǎn)附近時(shí)，接收機(jī)面板讀數(shù)一般在4060dB，漏點(diǎn)很大時(shí)可能大于70dB。以1m的間隔沿管線的走向進(jìn)行檢測，則dB值讀數(shù)上升后，短暫下降，又上升，之后數(shù)值會(huì)逐漸下降；當(dāng)箭頭改變方向的位置，說明破損點(diǎn)就在箭頭方向改變附近位置，然后重新以更小的間隔進(jìn)行前后檢測，直到找到電流方向的變化點(diǎn)、毫伏

11、分貝（dB）讀數(shù)最低的位置，此時(shí)可以肯定破損點(diǎn)就在“A字架”的中點(diǎn)位置。將“A字架”轉(zhuǎn)90度，檢測出的破損點(diǎn)就在“A字架”的正中央。值得一提的是，當(dāng)管線處在市區(qū)或水泥/瀝青路面下時(shí)，將“A字架”的探針插入大地會(huì)遇到困難，方法一是在偏離管線上方有土壤的位置進(jìn)行檢測，二是在路面上澆點(diǎn)水，使探針能夠采集到地面的電壓信號(hào)。33檢測電流值大小發(fā)射機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度以夠用為原則，并非越大越好。因?yàn)檩^大的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)縮短電源的工作時(shí)間，但是管道中的傳輸電流隨著距離的增大而逐漸減小，在檢測過程中最小不應(yīng)小于100mA，否則防腐層等級(jí)劃分結(jié)果便會(huì)失真。34破損點(diǎn)的可能位置防腐層破損點(diǎn)一般分布在河流或小溪，而且?guī)r石中的管

12、道要比松軟泥土中的管道防腐層先破損；管線在公路下面的穿越，當(dāng)管道敷設(shè)竣工后，在其鄰近位置又進(jìn)行了開挖（如土木工程或其它管道的施工）的地方；管道的連接位置，主要是指有不同的單位在不同的時(shí)間施工的管件連接部位；被后期施工占?jí)旱墓艿?；管線位于大片樹林中（樹根的生長有可能會(huì)破壞防腐層），管線的小半徑彎頭等部位，因此建議在這些地區(qū)，檢測間距應(yīng)該相應(yīng)的小一些。35防腐層缺陷的判定和定位防腐層質(zhì)量分為防腐層局部缺陷和整體老化。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，可以按照下表盤定其防腐層缺陷類型。同樣的dB值并不一定能說明二者破損程度相同，因?yàn)槁裆畈煌?、土壤含水量不同、周圍環(huán)境都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，因此dB值只是從量的角度說明破損的程

13、度，不能一概而論。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，dB值的大小與防腐層局部缺陷的關(guān)系如表1所述。表1dB值遞減與防腐層局部缺陷之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系dB值遞減率（dB/km）防腐層局部缺陷類型備注<30正常基本完好，防腐層無明顯缺陷60100局部防腐層破損防腐層有局部缺陷300500嚴(yán)重破損或搭接存在交叉管線36曲線分段后期管線分段劃分是否合理是防腐層質(zhì)量等級(jí)劃分的首要條件。在進(jìn)行管線分段時(shí)，應(yīng)排除異常干擾信號(hào)。一般無干擾時(shí)，電流曲線總的變化趨勢為呈弧狀衰減，當(dāng)存在異常干擾時(shí)，則呈鋸齒狀，如圖所示。因此在進(jìn)行Rg值計(jì)算，若電流曲線出現(xiàn)鋸齒狀時(shí)，應(yīng)結(jié)合檢測現(xiàn)場環(huán)境，排除干擾，得到真實(shí)的防腐層等級(jí)劃分。圖1 電流隨距

14、離變化曲線 4現(xiàn)場應(yīng)用聊泰天然氣長輸管線地跨兩個(gè)市區(qū)，途經(jīng)泰安、肥城、石橫、平陰、東阿、聊城等市區(qū)，全線共長約113km，管道材質(zhì)為L360螺旋焊管，管道規(guī)格為355.6x6.4，防腐系統(tǒng)為三層PE與外加電流陰極保護(hù)，防腐層厚度為1.8mm。該條管線途經(jīng)地理環(huán)境復(fù)雜，部分管段穿山而過、穿越匯河、黃河、溝壑、公路、廠區(qū)、水溝、樹林等，這些部位在施工過程中極易造成防腐層破損，此條管線從投產(chǎn)運(yùn)行以來從未進(jìn)行過檢驗(yàn)，為了更好地對(duì)管道進(jìn)行管理，及時(shí)掌握管道的防腐效果，保障管道的安全運(yùn)行，對(duì)此管道進(jìn)行了外防腐層非開挖檢驗(yàn)。41地極與接入點(diǎn)的選擇由于此條管線每2km設(shè)置一個(gè)測試樁，由于13#測試樁丟失，考慮

15、到檢測信號(hào)的傳輸有一定的距離限制，為了滿足檢測要求，計(jì)劃將發(fā)射機(jī)接在14#測試樁上。14#測試樁旁邊有一小河，一開始將地極插入小河中，但是當(dāng)時(shí)正處于3月初，河底的泥土沒有解凍，結(jié)果輸出電流600mA也無法滿足，后來則延長地線，放在距離接入點(diǎn)300m外的一個(gè)深井中，電流達(dá)到1000mA，此時(shí)發(fā)現(xiàn)距離14#測試樁6km處，電流為187mA滿足檢測要求。4.2干擾與破損點(diǎn)的判斷1# 破損點(diǎn)2# 穿溝圖2 14#-15管道單頻分段圖15#12#多處管段穿溝、跨路、過河，檢測過程中電流變化較大。本文中僅以15#14#測試樁之間2km檢測曲線為例，判斷干擾點(diǎn)與破損點(diǎn)。如圖2中所示，1#號(hào)點(diǎn)處的分貝值雖然已

16、達(dá)到98dB，但是由于此處方好處于爬坡段，電流變化較大，一旦過了此段電流值恢復(fù)正常衰減速率；2#號(hào)處于溝渠底，處于易產(chǎn)生破損的管段，因此雖然電流變化雖然較小，但使用“A字架”進(jìn)行確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)此處防腐層存在破損，因此電流起伏較大，因?yàn)橐坏┐嬖谄茡p點(diǎn)，雖然管道中的傳輸電流流入土壤，但是土壤中的電流又從破損點(diǎn)處流入管道，因此電流起伏波動(dòng)變化不定，電流變化的趨勢取決于流出和流入的電流差值，不過一般情況下，從大地流入管道的電流一般均大于發(fā)射機(jī)所流失的電流值?？偟膩碚f，不能只因?yàn)殡娏魍蝗幌陆?，便得出結(jié)論認(rèn)為此處存在破損點(diǎn)，應(yīng)該結(jié)合原始記錄數(shù)據(jù)，結(jié)合檢測環(huán)境，判斷是否存在破損點(diǎn)。43防腐層等級(jí)劃分由檢測數(shù)據(jù)生

17、成相應(yīng)的單頻分段圖，當(dāng)Rg值越大，則說明電流衰減系數(shù)就小，即漏電小，防腐效果好，反之亦然，目前PCM使用的分析軟件，則是根據(jù)SY/T5918-2004標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)防腐層進(jìn)行等級(jí)劃分。劃分管段時(shí)，應(yīng)該去除異常干擾點(diǎn)，這樣得出的等級(jí)劃分更加接近真實(shí)的防腐層狀況。圖2中2#處鋸齒狀附近不應(yīng)該參與管段的劃分，這樣得出的結(jié)論如表2所示。表2 防腐層質(zhì)量等級(jí)劃分X（m）Y（mB/N）Rg（K*m2）相關(guān)系數(shù)（Rxy）管段長度（m）防腐層等級(jí)60-9500.211>300.0-0.364890優(yōu)1140-28301.239270.85-0.9291690優(yōu)5破損點(diǎn)開挖驗(yàn)證對(duì)12#-15#測試樁之間發(fā)現(xiàn)的破損點(diǎn)進(jìn)行了開挖，發(fā)現(xiàn)檢測精度可以達(dá)到99%，如下圖所示。 160x50mm dB=150120x40mm dB=130 80x40mm dB=120170x80mm dB=200圖3 部分開挖點(diǎn)圖片6結(jié)論1）PCM電流測繪系統(tǒng)能夠精確定位防腐層破損點(diǎn)，早發(fā)現(xiàn)早修復(fù)，及時(shí)地了解管道的安全狀況，有助于管道使用單位進(jìn)行科學(xué)的管理，降低運(yùn)營成本。2）通過檢測可以發(fā)現(xiàn)，80%的防腐層缺陷都是管道敷設(shè)時(shí)產(chǎn)生的，因此及時(shí)地對(duì)新建管道進(jìn)行非開挖檢測，避免管道“帶病運(yùn)行”，把早期施工所引發(fā)的危害降至最低點(diǎn)，從而進(jìn)一步延長管道的使用壽命。3）PCM雖然能夠精確的定位防腐層破損點(diǎn)，但是不能判