埋地鋼質管道陰極保護系統(tǒng)附屬設施定位檢測方法的實踐_金哲

1、2011年第6 期Pipeline Technique and Equipment 2011 No.6收稿日期:20111019埋地鋼質管道陰極保護系統(tǒng)附屬設施定位檢測方法的實踐金哲1,劉宏1,董研1,孫丹2(1中國石油管道公司沈陽技術分公司,遼寧沈陽110031;2中國石油天然氣管道工程有限公司東北分公司,遼寧沈陽110031摘要:管道在運輸和敷設期間,會造成防腐層的損傷,使管道防腐保護的第一道屏障部分失效。陰極保護是管道防腐保護的第二道屏障,其作用就是對這些防腐層缺陷處的金屬提供保護,避免腐蝕的發(fā)生。陰極保護系統(tǒng)包括恒電位儀系統(tǒng)及其陰極保護附屬設施。近些年,管道陰極保護系統(tǒng)附屬設施的地面標

2、識缺失或損壞,給陰極保護系統(tǒng)的正常投運及日常維護工作帶來很大不便,也間接地影響了陰極保護系統(tǒng)的正常運行。文中介紹了利用檢測儀器定位陰極保護系統(tǒng)附屬設施,保障陰極保護系統(tǒng)的完整性。關鍵詞:管道;陰極保護系統(tǒng);附屬設施;定位;PCM中圖分類號:TE8文獻標識碼:A文章編號:10049614(2011060024030引言陰極保護是目前埋地管道采用的主要防腐措施,在無法確保埋地管道防腐層不存在破損的情況下,陰極保護系統(tǒng)起到的防腐作用更加重要。因此,需要加強日常的陰極保護管理,通過定期對沿線電位的調查和對陰極保護系統(tǒng)的維護,使其工作在合適的工作狀態(tài),為管道提供有效的保護。常用的陰極保護方法有2種:犧牲

3、陽極法和外加電流法。外加電流陰極保護系統(tǒng)由于其驅動電壓高、輸出電流大、有效保護范圍廣,廣泛應用于被保護面積大的長距離、大口徑管道。12該系統(tǒng)主要由恒電位儀、陽極地床等附屬設施、被保護對象組成,除恒電位儀之外還有其他的附屬設施來確保陰極保護系統(tǒng)的正常運行,包括陽極地床、長效參比電極、絕緣法蘭、跨接電纜等,而陰極保護站的日常維護工作也是圍繞這些設施開展的。正常情況下,在這些附屬設施上方都有測試裝置和維護裝置,以便于維護人員定期對其進行檢測,根據(jù)檢測結果及時發(fā)現(xiàn)問題并進行必要的維護和保養(yǎng)。3但由于某些原因,許多新建管道和運行多年的管道的陰極保護系統(tǒng)附屬設施上并沒有這些測試裝置,無法對這些設施進行測試

4、、維護和保養(yǎng),從而導致陰極保護系統(tǒng)故障頻繁,無法正常工作。在沒有施工圖紙和明顯的地面標識情況下找到這些附屬設施的具體位置是確保陰極保護系統(tǒng)正常運行的先決條件。管道電流測繪系統(tǒng)(簡稱PCM常用于管道定位和埋深測量,通過其應用功能的拓展,可以實現(xiàn)對陰極保護系統(tǒng)附屬設施的查找定位。1恒電位儀系統(tǒng)輔助陽極地床的定位檢測1.1儀器的安裝關閉恒電位儀,在恒電位儀后部接線板上摘除陽極線和機殼接地線。PCM發(fā)射機的白色夾子(檢測時接管道一端接陽極線,綠色夾子(檢測時接地端接機殼接地線。利用機殼自身的接地裝置將信號發(fā)射到陽極的接線電纜上。1.2定位檢測首先將PCM接收機調整到相應的頻率,用谷值法進行大范圍定位,

5、然后用峰值法精確定位,一邊定位一邊讀取埋深值和電流值。一般情況下電纜上沒有電流的損失,所檢查的電纜沿線電流信號幾乎等同于發(fā)射機的發(fā)射信號,沿著查找到的陽極電纜走向就可到達陽極地床所在的位置。判斷陽極地床位置的辦法是看電流衰減,由于在陽極電纜上電流信號幾乎沒有衰減,因此在遇到埋設的第一組陽極時,電流信號會有明顯的衰減,此后每經(jīng)過一組陽極都會有明顯的信號衰減。而一旦離開陽極地床后,埋深立刻就沒有示值,電流值也隨之消失。此外,也可以利用A字架進行定位檢測。該方法第6期金哲等:埋地鋼質管道陰極保護系統(tǒng)附屬設施定位檢測方法的實踐25借鑒了查找管道防腐層缺陷的四向定位法。一般情況下,陽極電纜上A字架的信號

6、是一直指向站內恒電位處發(fā)射機方向的,且dB值相對固定。在到達陽極埋設位置時信號會反向,并在4個方向有明確指示,隨著逐漸遠離陽極,A字架的信號仍會指向陽極,但dB 值逐漸減小。1.3注意事項(1安裝發(fā)射機時,利用機殼的接地達到良好的信號傳輸是個便捷的方法,但為了減少干擾保證信號的獨立性,應單獨鋪設一組接地鋼釬。站內地下電纜交錯縱橫分布,且埋深較淺。因此,安裝接地鋼釬時,要特別注意避開這些埋地電纜。(2定位檢測時,盡量用峰值法進行查找,并讀取埋深和電流值,通過這2個數(shù)據(jù)可以有效地排除許多錯誤信號和異常指示。(3檢測過程中配合A字架使用,根據(jù)輔助信號強弱的判斷,可以準確定位陽極地床的位置。1.4檢測

7、案例發(fā)射機安裝好后,發(fā)射600mA的電流,在陰極保護間外找到了陽極地床的電纜線,埋深1.12m,電流598mA由于利用了機殼自身的接地極,而接地極又與站內的接地扁鋼連接,因此在出站附近產生一些干擾信號,出院墻后這些干擾信號即刻消失。隨著查找到的電纜線排查,2m讀取一次埋深和電流值,A字架隨后排查,信號指向穩(wěn)定,電流值一直穩(wěn)定在發(fā)射電流值大小。繼續(xù)向前檢測,電流值突然下降,示值顯示為450mA,此時利用A字架在其右側0.5m處發(fā)現(xiàn)有明顯的4個方向指示;再前行2m多后,又出現(xiàn)1個明顯的電流下降,示值顯示為250mA左右,A字架在該處亦有明顯的指示;隨后2m處又發(fā)現(xiàn)1組電流衰減和A字架指示明顯位置。

8、再前行0.5m后,雖然定位信號仍有明顯的指示,但埋深值和電流值都沒有了,A字架信號指向陽極,dB值隨著逐漸遠離陽極而減小。通過dB值的變化可大致確定陽極地床的埋設長度。2恒電位儀系統(tǒng)長效參比電極的定位檢測2.1儀器的安裝關閉恒電位儀,摘除恒電位儀后部接線板上的陽極接線和參比電極接線,PCM發(fā)射機的白色夾子(檢測時接管道一端接參比電極接線,綠色夾子(檢測時接地端接陽極電纜線。利用陽極地床將信號發(fā)射到參比電極的接線電纜上。2.2定位檢測由于參比電極一般埋設在進出站絕緣法蘭外側10m左右的位置,因此參比電極接線電纜較短,承載不了太大的電流,因此,發(fā)射電流一般設為100mA的最低輸出電流檔。先采用峰值

9、法小范圍內仔細查找定位參比電極接線電纜,并讀取電流和埋深值。由于其大多貼近院墻內側鋪設,附近的其他電纜和站場分布的接地排對信號影響很大,產生很多異常信號,需要通過埋深和電流值的判斷來排除。此時可輔助使用A字架進行配合查找,在經(jīng)過參比電極埋設位置時,電流值和埋深值會有很大的變化,A字架在4個方向亦有明顯的指示,從而精確定位出埋設位置。2.3注意事項(1安裝發(fā)射機時,利用陽極地床作為接地是個便捷的方法,不要使用機殼的接地裝置,因為機殼接地排和參比電纜線的埋設距離過近,會對信號造成影響;也不要使用單獨的接地裝置,站內的其他裝置會屏蔽掉大部分發(fā)射信號。(2參比電極的電纜線一般不會超過150m,因此所能

10、承載的測試電流很小,有時100mA的最小測試電流也會導致發(fā)射機告警,但只要能發(fā)出信號,短時間內仍可以滿足測試需要。(3檢測時,一定要用PCM峰值法查找,并利用電流值和埋深值來判斷參比電極接線電纜的真正位置。由于其他接地裝置和電纜線的影響,參比電極電纜線上的信號是有衰減的,但該線纜上的信號仍是最強的。(4由于參比電極電纜一般和零位接陰的電纜采用同一個套管從埋設位置引進陰極保護間,因此檢測信號會通過零位接陰線感應到管道上,過了埋設位置后仍會有一定的信號指示,所以不要盲目地跟隨檢測信號指示,一旦發(fā)現(xiàn)埋深陡降和信號突變,需要配合使用A字架進行定位檢測。2.4檢測案例開始測試時,先采用機殼的接地裝置作為

11、發(fā)射機的接地極進行參比電極接線電纜的定位查找,結果發(fā)現(xiàn)最后信號都集中指向于接地排。此外,由于機殼接地裝置與站場的接地網(wǎng)連接,干擾信號很強。后經(jīng)試驗,改用陽極地床作為接地極,勉強可以發(fā)射出100 mA電流?？紤]到站內接地線太多、信號比較雜亂,因此不能用谷值法,只能用峰值法。此外,再結合其埋深不26Pipeline Technique and Equipment Nov.2011會有太大變化的特點進行定位查找,而且通過這2個數(shù)據(jù)可以排除掉很多異常信號。參比電極電纜一般會在出站ESD閥處,跟管道幾乎同溝鋪設出站。在站外找到這根電纜的信號繼續(xù)跟蹤,在出站25m處信號突然變小,埋深也變大,A字架的指示信

12、號一直是向前指,在該處也反方向指示,從4個方向定位,鎖定參比電極的大致埋設位置。找到參比電極大致的埋設位置后,在其上方安放一支標準硫酸銅參比電極,用引線引到陰極保護間內,用萬用表測試2個參比電極的電位差,標準規(guī)定電位差不大于30mV,上下波動不大于5mV則合格,否則需要考慮加水保濕或更換。3恒電位儀系統(tǒng)零位接陰電纜的定位檢測3.1常規(guī)測試方法零位接陰電纜線的定位與參比電極電纜的方法一樣,但由于零位接陰線與管道連接,因此不能準確查找到其焊接位置,只能定位其電纜走向。此外,可采用下述評價電纜接線的完好性:(1恒電位儀開通狀況下,來回切換控制面板控制電位和保護電位的2個檔位,如果發(fā)現(xiàn)儀表顯示給定電位

13、數(shù)值沒有變化,則表明參比電極和零位接陰線完好;(2關閉恒電位儀,將零位接陰線從接線板上摘除,用參比電極分別測試零位接陰線和陰極線的電位,數(shù)值相同則表明其完好;(3用萬用表直接測量陰極線和零位接陰線的電位差,數(shù)值幾乎為零則表明其完好。3.2注意事項由于零位接陰線和陰極線焊接到管道上的位置很近,因此在施工時經(jīng)常會出現(xiàn)錯誤連接,或通過一根電纜線引入陰保間后再分叉連接。這會直接導致恒電位儀運行的不正常。因此,在測試期間除了要判斷其電纜線連接的完好性外,還要特別注意這2根電纜線是否通過單獨的電纜引入。其方法是:(1恒電位儀開通狀況下,分別測試零位接陰線和陰極電纜的電位,比較2個電位是否存在明顯的差值;(

14、2關閉恒電位儀后,再次測試2根電纜線,比較電位是否相同。因為陰極電纜線在恒電位儀運行狀況下流通電流的原因,它的電位會比零位接陰電纜上的電位高出50mV左右,而關閉恒電位儀后,這個差值就不存在,2根電纜線的電位趨于一致,通過上述方法可以判斷這2根電纜線是否獨立。4跨接電纜走向定位檢測4.1儀器的安裝發(fā)射機需要安裝在站外的管道上,發(fā)射機的白色夾子接管道,綠色的夾子接地極。4.2定位檢測用接收機跟隨檢測信號,由于其信號值強,電流埋深指示明顯,可采用顯示明顯的谷值法查找,跟蹤信號一直到進站端,信號一直沒有明顯的衰減。進站后,可發(fā)現(xiàn)跟蹤信號沒有與露出地面的管道從同一方向進入工藝區(qū),而是向出站方向延伸,最

15、后在出站端出站,出站后跟蹤信號又回到管道上,電流值沒有明顯的衰減。4.3注意事項由于一些原因,有些跨接電纜不是通過測試樁內通過跨接片連接而是直接焊接到進、出站兩端的絕緣法蘭外側,這樣不利于維護。如果是測試樁內有多根接線,不清楚哪根是跨接線的情況下,可以摘除后通過交流電位測試法來判斷。5絕緣法蘭的定位檢測5.1儀器的安裝發(fā)射機需要安裝在站內的管道上,發(fā)射機的白色夾子接工藝區(qū)管道上,綠色的夾子接地極。5.2定位檢測使用站內的接地排發(fā)射電流,但工藝區(qū)內電流流失很嚴重,只能用峰值法跟蹤到微弱的信號,此時埋深值和電流值均有顯示。沿管道方向慢慢移動接收機,發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過絕緣法蘭后,信號立刻消失,且不再顯示埋深

16、值和電流值。另外,還可以利用A字架配合查找絕緣法蘭,因為在絕緣法蘭兩側信號都是指向法蘭外側而不是指向法蘭。通過上述2種辦法均可判斷絕緣法蘭的埋設位置。5.3注意事項(1由于有跨接電纜的存在,而且直連到管道上無法斷開,因此無法在站外安裝發(fā)射機進行查找。如果跨接線可以斷開,查找絕緣法蘭將容易得多。(2管道上感應到的電流很小,必須用峰值法才能找到,而且顯示的埋深值和電流值都不是真實的數(shù)值,僅可用于管道定位。(3站內地面上的管道可以起到很好的參照作用。(下轉第29頁第6期樊一蒙等:油田小口徑管道內壁腐蝕檢測技術29線鋼絲繩盤上的鋼絲頭從管道出口處牽引至管道進口處。(8鋼絲繩頭與檢測小車連接,自動排線電

17、纜盤與檢測小車尾部連接。操作控制箱檢查燈光、圖像、前進、后退、速度快慢等項目,檢查機件是否松動等,一切正常則進行檢測。(9操作人員必須認真觀測管內情況,發(fā)現(xiàn)異常立即停車,仔細分析。(10檢測車走到盡頭,可以脫離鋼絲繩活絡鉤,檢測車用自動排線電纜盤拖回,從管口取出6。通過室內試驗,獲得令人滿意的效果。4功能和基本技術參數(shù)(1探測管徑:DN50、DN60、DN80、DN100。(2探測距離:250m、雙向行走。(3攝像系統(tǒng):450線CCD3感光泛焦鏡頭,防爆、防水、防泥沙侵入。(4照明系統(tǒng):亮度可調LED4照明。(5影像系統(tǒng):采用微型硬盤實時錄像,具有影像重放功能。(6顯示系統(tǒng):彩色液晶顯示器。(

18、7計米系統(tǒng):電子自動顯示探測車位置距離,缺陷定位精度0.3m,并且設計了計米置零功能。(8行走系統(tǒng):采用速度可調的電動雙向拖拉系統(tǒng)。(9輸出系統(tǒng):具有USB輸出,方便連接電腦進行影視圖像編輯;同時具有AV信號輸出,方便連接其他顯示器。(10電源系統(tǒng):采用交流220V供電,經(jīng)過安全隔離和通過電源管理器取得低壓直流電控制整個系統(tǒng)。5結束語2008年,在大慶油田采油九廠龍虎泡作業(yè)區(qū)對1.1km的89mm摻水管線進行檢測,為管線的維修提供了科學依據(jù),取得了很好的效果。油田管道內腐蝕損壞程度及修復質量視頻檢測車具有長距離、可拍攝錄像、傳輸、長期儲存圖像的管道內窺檢測儀器,實現(xiàn)小口徑管道、長距離的檢測。它的研制開發(fā)將在小口徑管道清洗及修復工程上得到更加廣泛的應用,同時為管道修復質量提供技術保證。參考文獻:1寇杰,梁法春,陳婧油氣管道腐蝕與防護北京:中國石化出版社,20082齊振林,周撫生石油腐蝕與管道防護學術會議哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社,20073CJJ952003城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼質管道腐蝕控制技術規(guī)程4王桂增,葉昊流體輸送管道的泄漏檢測與定位北京:清華大學出版社,20105中國石油管道公司油氣管道腐蝕控制實用技術北京:石油工業(yè)出版社,20106中國石油管道公司油氣管道檢測與修復技術北京:石油工業(yè)出版社,2010(上接第26頁5.4