沥青路面下燃气钢质管道的外防腐层检测技术

马芝顺

上海市特种设备监督检验技术研究院 （上海 200060）

青岛11·22爆炸事故再次给埋地管道的运行和管理敲响警钟。越来越多的城市燃气管道使用单位意识到检验的重要性，并按照国家法律法规和相应标准开展管道检验工作。

要想及时发现管道腐蚀隐患并对现有含腐蚀缺陷的旧管道制订相应的控制措施方案，需要先对管道的外腐蚀状况进行预测和评估。沥青路面下燃气管道随服役时间的不断延长会逐渐老化，此外，各种介质的腐蚀和其他因素也可能导致管道泄漏。管道防腐层破损是导致管道腐蚀泄漏的主要原因；腐蚀泄漏一旦发生，将造成严重的环境污染和危险事故，同时，输送物料的大量泄漏也会造成重大的经济损失。因此，开展城市沥青路面下燃气管道外防腐层检测技术研究是很重要的一项工作。

1 沥青路面下燃气管道外防腐层破损检测技术

1.1 外防腐层破损检测方法

埋地金属管道外防腐层破损检测方法主要有交流法和直流法两大类，可以细分为：直流-电位法，直流电位梯度法(DCVG)，密间隔电位法(CIPS)，人体电容法（Pearson法），多频管中电流法(PCM，也称电流衰减法)，变频-选频法等。这些常见的管道外防腐层破损检测技术性能对比见表1[1]。

表1 常见的沥青路面下燃气管道外防腐层破损检测方法比较

对于沥青路面下燃气管道这类结构复杂、材质多样、检测环境恶劣的埋地管网，需要利用多种方法组合检测。在进行沥青路面下燃气管道外防腐层破损检测时，会受到电磁信号、杂散电流等周围信号的干扰，因此，需要研究管道外防腐层缺陷与检测信号间的关系并进行评判。目前，尚无可以全面解决沥青路面下燃气管道外防腐涂层腐蚀检测的技术方案。因此，需要在熟悉现有方法的优势和应用条件的基础之上，根据检测对象的实际情况开展研究工作，提出合适的检测方法或者方法组合。

从表1中可发现各种检测方法均有其优点，也存在相应的不足。本文重点运用电流法和直流电位梯度法两种方法组合。多频管中电流法是将交流电信号通入被检管道中，从而产生电磁场，利用接收端从地表检测到的磁场分量准确测定管中信号电流的大小。若防腐层有破损，信号电流就由破损点流入大地，造成地面磁场急剧减小并被接收端发现。

1.2 检测仪器

PCM+是由英国雷迪公司生产的一款以多频管中电流法为原理开发而成的高效能管线检测仪，可用来检测管道位置、埋深、防腐层破损等，其由发射机和接收机两部分组成，见图1。发射机通过导线在地下管道金属本体上加载一种特殊的电流信号，使用接收机在地面上对沿管道的这种特殊信号进行接收，然后对该信号进行分析，通过管中电流衰减的数值与距离是否成线性关系，判断防腐层的绝缘性能下降以及破损点位置，最终识别电流方向和强度，检测管道位置和埋深。PCM+结合A字架使用，运用交流电位梯度法（ACVG）对管道防腐层破损点进行识别，精度可在1 m以内，具体见图2。

图1 PCM+设备组成

图2 PCM+A字架精确定位防腐层破损点

1.3 工程应用实例

1.3.1 管线概况

在本文应用实例中，采用雷迪公司PCM+系统对某沥青路面下钢质燃气管道的外防腐层破损情况进行非开挖检测。该埋地管道检验全长约60 km，管道规格为Ø529 mm×10 mm和Ø325 mm×8 mm，材质为20钢，工作压力小于0.8 MPa，工作温度为常温，为GB1-Ⅳ级（0.4 MPa＜p＜0.8 MPa）次高压燃气管道。钢管采用环氧煤沥青和三层结构聚乙烯进行防腐（加强级防腐层厚度不低于2.9 mm），同时采用直埋牺牲阳极对管道进行阴极保护，该条管线于2000年竣工并投入运行，大部分管道敷设于城市重要沥青路面道路下，管线分布见图3。

1.3.2 现场关键技术

本案例中的燃气管道是位于城市交通繁忙路段的次高压天然气管道，具有压力高，所在地段地下管线复杂、地面标志少等特点，且主要分布于沥青路面下。该路段地电条件较差，不利于管道探查，此外，该路段还有多条他方管线并行或交叉，对燃气管道检测干扰较大。因此，在相关现场检测时要使用合适的方法。

（1）信号注入

PCM+系统的“心脏”是发射机给管道施加接近直流的测绘信号电流。在非常低的频率（4 Hz）上，管线电流衰减和分布的电气特性与整流器发出的阴极保护电流的电气特性实际上是相同的。通常，电连通性良好的管网，检测电流倾向于流向下游支管较多的方向。城镇燃气管道检测常用的信号接入点包括阀井、测试桩、凝水缸、露管段、调压箱（绝缘接头）上游管、钢塑转换接头金属段、盲端等，且优先选择绝缘接头金属侧、钢塑转换接头金属段、盲端等位置；必要时，可选择跨越桥管入土端，去掉油漆层加载信号。城市道路频繁改造可能导致测试桩（井）缺失，本次信号注入点大部分选择阀门井内阀门、钢塑转换接头金属段和凝水缸。

图3 管线分布图

（2）接地点选择

检测电流信号需要与大地形成回路才能进行有效检测，良好的接地极能有效增大施加信号的强度，降低干扰程度且提高检测准确性。为了尽可能地避免检测信号受外界因素的干扰，要求选择的接地点尽可能“干净”（即其能与大地形成良好的电连通性），且检测信号以外的其他信号越少越好。根据燃气管道检测中常用接地位置的特点，选择顺序依次为：牺牲阳极测试桩（井），绝缘接头非检测段，避雷针接地端，公路金属护栏，金属路灯、交通信号灯柱，其他金属构筑物。

（3）沥青水泥路面检测

采用PCM+检测仪结合A字架使用，二者组合能准确定位防护层破损和绝缘故障。但A字架脚钉需要和地面有很好的电接触，而且地面最好潮湿导电。导电性能的优劣顺序为：土壤＞地砖＞水泥路面＞沥青路面[3]。被检管道敷设在导电性较差的沥青和水泥路面之下，给现场检测造成了一定的难度。因此，本次工程应用中对A字架脚钉与路面接触位置进行改进，首次发明了检测A字架连续路面供水装置，见图 4。

图4 A字架连续路面供水装置

装置改造中，在A字架两竖管上端分别安装一个储水罐，在脚钉末端焊接圆柱体形金属盒，圆柱体盒底部镂空，用泡沫或海绵等吸水性物质填充，然后再通过橡胶皮管连接储水瓶与圆柱体盒，达到连续供水的效果。运用该改进装置大大提高了探针与沥青路面之间的电连通性，有效提高了漏点检出率，同时节省了大量的人力，提高了检测效率。

2 开挖验证与信号识别

对所检测高压天然气管道外防腐层整体质量状况进行的评价显示，防腐层质量为1级的管段长度占39.9%，2级管段占20.8%，3级管段占11.5%，4级管段占27.8%。从整体上来看，1，2级管段占实际评价管道长度的60.7%。因此本次所检测管道外防腐层的质量状况综合等级为良。

2.1 开挖验证

本次检测共发现该天然气管道外防腐层破损信号异常点268处。根据检测评价结果、破损点情况和现场施工难度等，最终开挖该管道的67处外防腐层破损点进行直接验证，开挖处包含直管段、弯管段和三通段。该天然气管道外防腐层破损类型主要为防腐层划伤、补扣未防腐、机械损伤、失效牺牲阳极、防腐层剥离、未防腐三通法兰，以及废旧管道碰伤等，具体如图5所示。除了个别开挖点因受不明电磁信号干扰而导致检测结果有少量偏差外，其余验证结果均表明检测数据有效。因此，多频管道电流法能够为埋地管线的外防腐层检测工作提供有效的技术支撑。

图5 开挖后外防腐层破损类型

2.2 信号识别

在检测中，先对整个管道段进行检测，然后再对重点区段进行详细检测。燃气管道防腐层破损检测时的一个技术难点是破损信号的识别[4]，特别是破损信号与牺牲阳极信号之间的区别、破损信号分贝值与破损大小之间的关系等。检测信号与缺陷之间的关系如图6所示。

图6 实际缺陷信号解释结果

图6 中，曲线A显示了理想的响应，即信号损失和台阶式响应，排除了地下故障的影响。实际上，管道上探测到的磁场可能被地下其他信号路径干扰，其中包括保护层破损。曲线B显示的是地下故障电流的理论结果。故障电流从两端进入管道，从而使故障周围管道的磁场失真：管道电流应该减去故障处这段距离的地下电流，由此测得电流减小；故障之后这段距离的地下电流应该加到管道电流上，由此测得电流增大；离开故障一定的距离，电路将稳定下来。曲线C显示的是在实际应用中PCM+电流在一段有破损点的管道上的图形。由于故障的特性，磁场畸变会影响到故障点以外2～10 m远的区域，其结果也因故障类型和严重程度的不同而不同。

通过研究直接开挖验证的67组工程数据，得出了破损信号最大梯度（dB）对应关系，见图7。

图7 破损信号最大梯度值对应关系

根据图7中的数据可知：防腐层破损程度与信号最大梯度呈正比关系，一般划痕破损和机械损伤的防腐层破损面积较小，最大梯度值在60 dB以下；防腐层剥离破损最大梯度值一般与破损面积有关，破损面积越大，最大梯度值越大；牺牲阳极最大梯度值范围一般在60～80 dB之间；无防腐法兰一般漏铁面积较大，尤其是在后期施工中带压装设的三通盲板法兰，其防腐效果较差，所以，其最大梯度值一般较大，部分高达90 dB。

3 结语

沥青路面下燃气管道使用单位应当充分认识管道检测和评估的重要性，并逐步开展管道完整性管理工作，科学合理地对管道严重外防腐层破损点和阴极保护失效等隐患进行修复，对未及时修复的问题加强监控，并有针对性地制定开挖维修与更换计划，避免盲目开挖维修与更换。研究管道检测新技术对降低运行成本及指导新敷设管道的安全管理均具有重要的意义。