浅析PCM在城镇燃气钢质管道检测中的应用

上海液化石油气经营有限公司　沈　琳

浅析PCM在城镇燃气钢质管道检测中的应用

上海液化石油气经营有限公司沈琳

介绍了PCM的工作原理，然后针对城镇燃气钢质管道检测(ECDA)准备工作、检测过程中应该注意的问题、后期数据处理及等级划分，结合上海金山天燃气有限公司的现场应用，提出一些要求，便于提高PCM测绘系统的检测效率和检测精度，从而实现管道防腐层检测的完整性。

城镇燃气PCM测绘系统埋地管道外防腐层破损点

城镇燃气中高压管道一般为防腐钢质管道埋地敷设，地理环境复杂多变，一旦发生事故，会带来巨大的经济损失和人员伤亡。在众多事故因素中，除去第三方施工破坏，管体腐蚀是导致管道事故的主要原因，而外防腐层和阴极保护是目前阻止管体腐蚀的最有效措施，因此防腐层和阴极保护效果是判断管道是否安全运行的主要途径。

由于城镇燃气管道(分支多、阀门多、管径大小不一致等)不同于长输油气管道，无法向长输管道那样实施内检测，只能选用“外腐蚀直接评价方法ECDA”，实施过程包括：预先评价(Pre-Assessment)、间接检测(Indirect Inspections)、直接检查(Direct Examination)、后期评价(Post-Assessment)四个方面来对在役管道进行安全评估的。如何找到管道的薄弱点(潜在危险点），选择哪种间接检测工具在地面检测获取管道外防腐层相关数据，就显得十分重要。间接检测有四种方法，分别是“交流衰减法”、“ACVG法”、“DCVG法”和“Pearson法”。由于现场条件的制约，后两种方法在城镇管网的使用不尽人意(抗干扰差，准确率不高)，所以一般情况基本选用前两种方法。管中电流衰减法PCM(Pipeline Current Mapper)及交流电压梯度ACVG(Alternating Current Voltage Gradient)可评价防腐层管段的整体质量和确定防腐。

本文就PCM如何高效率的应用于城镇燃气管道外防腐层非开挖检测评价，提出一些看法和建议，有利于在检测现场更好的应用，提高检测效率和检测精度。

1　多频管中电流法PCM检测原理

多频管中电流法PCM检测原理见图1。

图1　PCM工作原理

如图1所示，发射机从管道检测起点(阀门或阴极保护测试井)向管道施加一特定频率或多个频率的激励信号，激励信号自发射点开始沿着管道两侧传输，管中电流信号强度将随着管道距离的增加而衰减，管道电流流经管道时，在管道周围产生一个磁场，利用接收机在管道上方按一定间隔检测管中激励信号的强度。当管道防腐层性能均匀时，管道中的电流衰减率与距离成线性关系，管道防腐层绝缘性越好，涂层的绝缘电阻值越高，电流衰减越小。若存在电流的异常衰减段，证明存在电流的泄漏点或管道分支点，通过分析可判断出防腐层的绝缘性能下降以及破损的部位。再使用“A字架”精确定位防腐层破损点。此外，根据各个检测点的间距X和电流强度I纪录，通过计算机程序处理分析后，即可计算出各管段防腐层面电阻Rg值，然后根据Rg值的大小给出管道防腐层的质量评级。该方法操作简单，目前在国内得到广泛应用。

2　检测准备工作中的注意事项

2.1查看被检管道原始资料(预评价)

在开始检验工作之前应尽可能多地了解管道的相关信息，熟悉管道的分布、管道运行状况、穿跨越地段、被检管道区域内的其他管线分布、阀门、钢塑转换特别是绝缘接头位置以及管线阴极保护测试桩及其他一些相关信息；同时应该参考日常的记录，如阴极保护电位的测量结果、曾被开挖和修复过的防腐层地点和时间，以及开挖过程中发现破损的严重程度、诱因、修复结果等相关报告。

2.2发射机接地极的选择

(1)接地极一般打在垂直管道方向20~50 m以外的地方，适于放在水沟或池塘当中。应该注意的是，在寒冷的季节，由于河流结冰，接地电阻会很大，则检测电流也很难满足要求。

(2)接好地极之后，应检查接地回路电阻，回路电阻应在数十欧姆至数百欧姆之间。如果地极接地不好，可浇盐水或增加多根钢钎或加大钢钎的长度以降低接地电阻。

(3)地极尽量不要连接在相邻管道或其它金属构件上，以免信号传入测量区产生干扰。

(4)如果施加信号点有牺牲阳极，可直接将阳极包作为接地体，检测完以后再将其与管道连接上。2.3接入点的选择原则

发射机为管道提供信号的原则是尽量使管道上有较强的信号电流，使相邻伴行管线上尽量没有信号，或使其它管线上的信号最小，为此应该注意：

(1)信号注入点一般选着在测试桩或阀门井或者调压箱等管体裸露的地方。当被检管道有多个供入点可供选择时，要尽量选择管道分布最稀疏、防腐层状况较好的位置作为供入点。

(2)尽量将注入点选择在单根管道的末端，这样便于信号电流流入到多支路点(三通位置)，否则单根管线的末端由于绝缘或高阻会出现20~50 m不等的无电流区域。

(3)靠近信号输入点的位置附近时不能进行检测时，将接地线远离测量点，缩小接地干扰范围。

3　检测过程中应该注意的问题

3.1管线的跟踪识别

(1)管线检测按《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》(GB/T 19285—2014)要求首先选用128 Hz，否则应该根据现场实际需要，选定工作频率，检查该频率是否存在干扰，若干扰太强应该选用其它频率。

(2)检测过程中信号指数一般保持在75左右，过大或过小，都会影响检测的精度。具体在使用过程中触发拨盘来完成自动增益控制。

(3)用峰值探测管线的位置和方向，用零值进一步验证管线位置，当峰/零值定位基本重合时，说明管线附近没有其他管线的干扰或者干扰很小。当峰零位置不一致时(峰零值所定的管线位置间隔大于20 cm时)，表示被检管线存在干扰。此时的峰/零值点均不能准确指示管线的位置。实际的管线在靠近峰值的一侧，且是在峰零值间距一半(靠近峰值一侧)的位置上。

(4)在管线的拐点、支管(三通)接头等地段，信号磁场会出现一些畸变。对于有三通的管线，首先确定主管线的路径并做标记，再以一定间距读取信号电流值，在出现电流衰减的管段和探测支管出现的位置，具体做法为：旋转接收机90°，距离管线3 m以外进行搜索，即可发现支管上的信号，从而确定支管出现的位置。而对三通进行检测时，最可靠的方法是将发射机信号加在支管上，信号电流由支管流到主管线上，然后由三通点向主管线的两个方向传导。令接收机的宽面与主管线成直角，搜索该信号，主管线上的三通分支点处将显现零值。

(5)管道拐弯的检测方法：首先沿管线的路由向前追踪管线，当检测到管线拐点处，则继续沿刚刚追踪管线的路由向前就检测不到管线，在管道信号消失处，做半径为5 m的圆形搜索，可确定管线拐向。对管线深度及电流的测量，应在离拐点5 m之外才可得到精度高的数值。

3.2缺陷点的定位

当用“A字架”对可疑管段进行复测时，在破损点附近时，接收机面板读数一般在40~60 dB，漏点很大时可能大于70 dB。以1 m的间隔沿管线的走向进行检测，则dB值读数上升后，短暂下降，又上升，之后数值会逐渐下降；当箭头改变方向的位置，说明破损点就在箭头方向改变附近位置，然后重新以更小的间隔进行前后检测，直到找到电流方向的变化点、毫伏分贝(dB)读数最低的位置，此时可以肯定破损点就在“A字架”的中点位置。将“A字架”转90度，采用“十字交叉法”检测出的破损点就在“A字架”的中央。值得一提的是，当管线处在市区或水泥/沥青路面下时，将“A字架”的探针插入大地会遇到困难，方法一是在偏离管线上方有土壤的位置进行检测，二是在路面上浇点水，使探针能够采集到地面的电压信号。

3.3管中电流测量

发射机的信号强度以够用为原则，并非越大越好。因为较大的信号强度会缩短供电电源的工作时间，但是管道中的传输电流随着距离的增大而逐渐减小，在检测过程中最小不应小于100 mA，否则防腐层等级划分结果便会失真，最小测量电流不应小于5 mA.否则需要重先选择信号点注入电流，依次向前检测。在城市管网上由于管道中间有绝缘接头存在，所以在有些管段的电流测量并非是顺行的，有的会出现逆行。检测时做好相应记录，然后分段评估是有必要的。

3.4破损点的可能位置

防腐层破损点一般分布在河流或小溪，而且岩石中的管道要比松软泥土中的管道防腐层先破损；管线在公路下面的穿越，当管道敷设竣工后，在其邻近位置又进行了开挖(如土木工程或其它管道的施工)的地方；管道的连接位置，主要是指有不同的单位在不同的时间施工的管件连接部位；被后期施工占压的管道；管线位于大片树林中(树根的生长有可能会破坏防腐层)，管线的小半径弯头等部位，因此建议在这些地区，检测间距应该相应的小一些，一般情况测量间距≤3 m。

3.5防腐层缺陷的判定和定位

防腐层质量分为防腐层局部缺陷和整体老化。根据经验统计，可以按照下表盘定其防腐层缺陷类型。同样的dB值并不一定能说明二者破损程度相同，因为埋深不同、土壤含水量不同、周围环境都会对其产生影响，因此dB值只是从量的角度说明破损的程度，不能一概而论。根据经验总结，dB值的大小与防腐层局部缺陷的关系如表1所述。

表1　dB值递减与防腐层局部缺陷之间的对应关系

3.6干扰判断与识别

后期管线分段划分是否合理是防腐层质量等级划分的首要条件。在进行管线分段时，应排除异常干扰信号。一般无干扰时电流曲线总的变化趋势为呈弧状衰减，当存在异常干扰时则呈锯齿状，因此在进行Rg值计算，若电流曲线出现锯齿状时，应结合检测现场环境，排除干扰，得到真实的防腐层等级划分。

4　现场应用

上海金山天燃气有限公司的卫八路段天然气管道从华创路开始至金瓯路结束，全线长962 m，管道材质为SS400高频直缝焊钢管，管道规格为D325×8，防腐系统为3PE与牺牲阳极阴极保护，防腐层厚度为2.3 mm。

该条管线途经公路边绿化草坪、树林，穿越河流、公路。此条管线从投产运行以来从未进行过检验，为了更好地对管道进行管理，及时掌握管道的防腐效果，保障管道的安全运行，对此管道进行了外防腐层非开挖检验。

4.1接地极的选择

由于此条管道的阴极保护测试井被埋且管道沿线与之并行的其它管线较多，考虑到检测信号可能受周围管线的干扰因素，为了满足检测要求，将发射机接在末端阀井的跨接线上。一开始将地极插入附近的绿化中，结果输出电流100 mA目标管线检测信号较弱与周围干扰管线无法有效区分，后来则延长地线，放在距离接入点20 m外的河边，电流达到600 mA，此时发现目标管线检测信号较强能有效与周围干扰管线区分，被检测管道的另一端电流为106 mA满足检测要求。

4.2破损点的判断

本文中以上海金山天燃气有限公司的卫八路段天然气管道约962 m检测曲线为例，判断破损点，如图2所示。

图2　卫八路段(华创路~金瓯路)管道单频分段

1号点处的分贝值达到80 dB，电流衰减较大但是由于此处对照图纸应为牺牲阳极埋设点，使用“A字架”进行确认，发现此处防腐层破损点偏离管道1 m外。2号、3号、4号点处分贝值分别达到43 dB、 55 dB、40 dB电流衰减较小但使用“A字架”进行确认，发现此处防腐层存在破损。

由此判断破损点位于163 m、526 m、667m和900 m处。

4.3防腐层等级划分

由检测数据生成相应的单频分段图，当Rg值越大，则说明电流衰减系数就小，即漏电小，防腐效果好，反之亦然，目前PCM使用的分析软件，则是根据GB/T 19285—2014来对防腐层进行等级划分。图2中得出的结论如表2所示。

表2　防腐层质量等级划分

5　破损点开挖验证

对检测卫八路段(华创路~金瓯路)之间的管道发现破损点进行了开挖验证，发现检测精度可以达到99%，见图3。

图3　破损点进行开挖验证情况

6　检测结论及维护建议

(1)PCM电流测绘系统能够精确定位防腐层破损点，及时地了解管道防腐层的完整性状况，有助于管道使用单位进行科学的管理，减小运行风险，降低运营成本。

(2)通过检测可以发现，防腐层缺陷绝大部分都是由于管道敷设时产生的，因此及时地对新建管道进行非开挖检测，避免管道存在安全隐患运行，把早期施工所引发的危害降至最低点，从而进一步延长管道的使用寿命。

(3)对被埋的测试井应及时修复并定期进行测量阴极保护电位，以便了解管道的阴极。

Analysis of PCM Application in Steel Pipelines of Gas Distribution System

Shanghai LPG Management Co., Ltd.Shen Lin

This paper introduces working principle of PCM. It then goes on explaining preparation of the inspection of the steel pipeline , problems that need to be paid attention to during the inspection process as well as the data processing and ranking during the last stages, combined with the field application of Shanghai Jinshan Gas Co.， Ltd. As a result， it's feasible to complete the integrity of anticorrosive coating inspection.

urban gas, PCM surveying and mapping system, underground pipes, surface anticorrosive, damaged point