我国长输管道外检测技术现状综述

马伟平 蔡亮 王禹钦 潘腾

（1.中国石油管道科技研究中心；2.中国航油集团津京管道运输有限责任公司；3.中国石油管道公司）

1 现状

长输管道腐蚀防护的公认做法是防腐层联合强制电流阴极保护。防腐层完整性对于管道安全至关重要，应具备良好的绝缘性、附着力和连续性[1]。在管道施工阶段，防腐层在管沟回填时可能受到土石块挤压造成破损；管道运行一定年限后，防腐层会发生老化和剥离。管道外检测可及时发现防腐层缺陷，全面、准确了解管道状况并实施改进和修复，从而提高了管道完整性，保证管道安全[2]。

近年来，三轴高清漏磁、电磁超声等管道内检测技术发展很快，但由于变管径、非通径阀门和弯管曲率等制约因素，约1/3 管道实施内检测难度较大[3]。管道外检测技术特别适用于杂质多、结蜡严重、输量低等无法实施内检测的管道。提升我国管道外检测技术水平，对于延长在役管道使用寿命、预防油气泄漏事故和保障管道安全具有重要意义。

2 管道外检测技术概述

管道外检测是指非开挖情况下，应用专业设备在地面非接触式检测管道，确定管道腐蚀缺陷、防腐层破损以及阴极保护系统和防干扰系统状况，提出管道开挖和修复计划，指导管道管理维护工作。

2.1 防腐层完整性

防腐层完整性检测确定防腐层破损位置和严重程度，旧管道采用石油沥青防腐层还应测试防腐层绝缘性能。如发现防腐层破损点，应测试该处腐蚀活性和阴极保护有效性，判断管段是否发生腐蚀。

2.2 管道阴极保护有效性

评价管道阴极保护有效性即测试管-地极化电位是否满足-850 mV准则要求（相对饱和Cu/CuSO4参比电极），电位测量应采用断电延迟测量法。如不满足，应提出阴极保护系统改进和调整建议，例如调整整流器电压和电流参数、调整阳极床位置等。

2.3 管道干扰影响和防干扰系统状况

如管道邻近交、直流电气化铁路或者高压输电线路等干扰源，可能发生交流腐蚀或直流杂散电流腐蚀。管道干扰检测应确定干扰影响类型、范围、规律和程度并采取排流措施，必要时应测试和评价排流效果。

2.4 管道腐蚀缺陷

腐蚀是管道失效的重要原因之一。管道腐蚀缺陷检测是在防腐层完整性检测的基础上，通过现场开挖和直接检查的方式，确定管道发生腐蚀的位置，判定腐蚀类型、测量腐蚀面积和深度，计算管道腐蚀速率、剩余厚度和强度，评价管道剩余寿命等。

3 管道防腐层完整性检测技术

3.1 皮尔逊检测技术

皮尔逊检测技术（Pearson）即交流电流法，原理是将发射机的交流信号（1 000 Hz）加载在管道上，如管道防腐层完好，管道中交流信号沿程均匀衰减；如管道防腐层有破损，有电流泄漏入土壤，在管道破损点和土壤之间形成电压差，据此判定破损点位置，通过电位衰减数值大小判定漏点大小。

皮尔逊检测技术优点是操作简单、快速，信号灵敏度高，能准确定位防腐层破损位置；适用于埋深小于3 m的管道，不受阴极保护系统的影响。该技术缺点是不能判断防腐层整体状况和破损点大小，不能确定是否存在防腐层剥离；易受外界电流干扰，不同类型土壤和涂层电阻都能引起信号改变；判断缺陷依赖于操作员的经验。

3.2 多频管中电流测绘技术

多频管中电流测绘技术（PCM）即交流电流梯度法，向管道加载发送特定频率的交流电流信号（例如4 Hz），绘制电流梯度图，检测管道中电流信号衰减率的变化，确定防腐层破损点位置；测量防腐层绝缘电阻值大小，确定防腐层平均质量状况和缺陷严重程度。电流信号在管道中传播特性取决于管道材质与防腐层状况，如管道防腐层完好，交流电流信号以恒定速率衰减；如管道防腐层有破损点，电流通过破损点流向土壤，该处电流衰减率突然增大。该技术可用于管道防腐层评价、新建管道补口质量验收、阴极保护系统监测、管道泄漏点定位等。

多频管中电流法优点是自带信号发射装置，可检测未实施阴极保护的管道；可准确检测管道埋深及位置、其他金属搭接和较大的防腐层缺陷；检测速度较快，缺陷定位能力较强。缺点是针对防腐层破损点精确定位存在局限性，不能确定较小的缺陷；无法对强电干扰区管段进行检测；防腐层缺陷判断对操作者专业技能要求较高。

3.3 直流电位梯度法

直流电位梯度法（DCVG）是目前较先进、应用广泛的管道外检测技术，原理是向管道施加直流电流，检测电流通过土壤到达管道防腐层的电位梯度（即土壤IR降），如防腐层存在破损点，流失的电流越大，电位梯度也越大越集中。通过根据土壤IR 降占管-地电位的百分比，计算防腐层缺陷大小和严重程度。判断准则为较小破损点0～15%ΔU ；中 型 破 损 点16%～35% ΔU ； 较 大 破 损 点36%～100% ΔU 。 DCVG技术可提供防腐层损伤信息，以及精确定位防腐层缺陷位置。

DCVG 法优点是可测量破损点形状和计算破损面积大小，并对缺陷点排序以确定修复顺序；不受杂散电流或管道上方电网干扰，受地貌影响小；缺陷定位精度高，设备操作简单。缺点是不能给出破损点处的管-地电位，不能指示防腐层剥离。DCVG法可以发现较小的防腐层破损，但需要加载供入较大功率的电流信号才能保证测量信号的灵敏度。

4 管道阴极保护有效性检测技术

4.1 标准管-地电位测试技术

一般管道沿线每间隔1 km 设置阴极保护电位测试桩，采用万用表和Cu/CuSO4参比电极测量管-地电位，通过研究管道沿线电位分布，评价管道阴极保护有效性。电位测量有两种方式，一种在恒电位仪接入电流中断器，实现阴极保护电流同步中断，测量管道通/断电位；另一种是直接测量管道通电电位。通/断电位可以确定土壤IR 降，对管道阴极保护效果评价较准确。通电电位测量简单、快捷，根据管道沿线通电电位衰减状况定性判断管道阴极保护效果和防腐层状况，适用于管道日常管理与维护。

标准管-地电位测试技术优点是检测速度快；缺点是不能对管道缺陷大小与位置精确定位，连续评价能力差，只用于阴极保护系统监测和粗略评价。

4.2 密间隔电位测试技术

密间隔电位测试技术（CIPS）是对标准管-地电位测试技术的改进，也是国外评价管道阴极保护有效性的首选技术。测试时应在管段的恒电位仪安装电流同步中断器，一般在1～3 m 间隔上密集测试管-地电位和密集极化电位（通/断电位），得到管-地电位变化曲线。测定管道阴极保护效果有效性，并可间接确定防腐层缺陷位置和状况，具体方法是电位不满足-850 mV准则或电位曲线出现“低谷”的管段，可能存在防腐层破损点。CIPS对防腐层破损位置检测精度在±1 m范围内。

密间隔电位法优点是可定位缺陷位置，定性评估防腐层状况。缺点是检测速度慢，易受杂散电流、土壤性质和周边地面活动影响而产生较大误差，适于周边活动少且地势平坦地区。密间隔电位法实质上是一种管-地电位测试技术，而非防腐层缺陷检测技术，防腐层状况是通过分析电位得到的，通常应与其他检测技术配合使用。

4.3 CIPS/DCVG联合检测技术

管道外检测技术各有优缺点和适用范围，实际应使用两种或多种检测技术避免单一技术的局限性，例如国外推荐使用CIPS 与DCVG 联合检测技术，可全面检测防腐层状况，包括防腐层老化状况、破损位置及大小、阴极保护系统运行情况、管道保护效果和杂散电流分布等[4]。CIPS/DCVG 联合检测技术具体做法是管道防腐层检测采用DCVG 方法，确定防腐层损坏类型、位置；利用CIPS 密间隔电位检测技术测试管道断电电位，确定管道阴极保护效果和防腐层优劣。

5 管道交直流干扰检测技术

5.1 电位连续测试法

在一段时间内连续测量管道对地直流电位或交流电压以评价干扰情况。存在交直流干扰时，管道对地电位和交流电压随时间不断变化，连续测量一段时间（少则1 h，多则1 d）才能掌握干扰变化规律。采样时间间隔可以是1 s 或更小，在一条管线上的若干个测试点以相同的采样时间间隔同时进行测量，即多点同步测量。获得管道电位（电压）随时间和距离变化的规律，确定管线是否存在干扰以及干扰的程度、范围和规律等信息。

5.2 电流密度测试法

通过测量管道泄漏电流密度评价干扰情况是目前新兴的、较为公认的评价方法，主要用于交流腐蚀评价，即根据电流密度大小评价交流腐蚀严重程度。有两种方式，现场埋设试片或极化测量探头，测量管线通过试片泄漏的电流，根据试片裸露面积计算电流密度；另一种是测量管道对地交流电压和土壤电阻率，计算电流密度。前者用于监测重点干扰管段，后者用于大范围管道交流干扰评价。

6 管道腐蚀缺陷检测技术

6.1 开挖检测法

应用外检测技术确定管道防腐层破损点，针对严重程度排序选择开挖管段，可直接观察管体腐蚀情况，并采用一种或多种无损检测方法测量管道腐蚀缺陷状况。测量内容包括缺陷形貌、面积尺寸、深度、缺陷点分布、腐蚀产物情况、土壤环境情况等，还可采集土壤和腐蚀产物进行分析化验。可采取的无损检测技术包括超声、相控阵超声、磁粉和导波等。开挖检测法是最直接的方法，获取数据真实、丰富，但开挖和回填工作量大。

6.2 非开挖检测法

在役管道非开挖外检测技术是在地面直接针对管道管体缺陷进行检测的技术。近年来这类检测工具主要是磁力层析X 射线摄影技术（MTM）、瞬变电磁检测技术（TEM）、NoPig 技术[5]。三种技术适用于在役管道的非开挖外检测技术利用电磁原理针对金属管体进行地面检测，均具有不开挖管沟、不破坏管道外防腐层、不影响管道运行等显著优点，但从应用现状看，在抗现场复杂环境干扰、数据结果的可靠性等方面，尚需大量实践经验积累。

7 管道外检测技术应用中存在的问题

目前虽有多种管道外检测技术，但每种技术各有优点和局限性，特别是没有一种技术能检测、判断防腐层剥离；Pearson 法可检测管道走向、埋深和防腐层破损点位置，但不能准确判断破损点的大小；PCM 法检测速度较快，但对操作者经验技能要求较高；CIPS/DCVG 法能全面防腐层状况，但检测速度较慢。

目前管道外检测技术虽有较高的普适性，但由于技术原理是基于在管道上加载直流或交流电信号，特殊情形下存在制约因素，难以实施管道外检测技术或者效果很差，例如：

1）含套管的穿越管段以及水平定向钻穿越管段。人员无法接近，无法实施管道外检测，也无法进行开挖直接检查和修复维修。

2）存在交直流强干扰管段。对各类基于电磁技术的检测方法均有较强干扰，检测精度下降，甚至无法检测。

3）发生防腐层剥离的管段，由于存在电流屏蔽效应，大部分管道外检测技术无法实施。这些特殊情形下的管道外检测技术也是未来的研究重点和方向。

8 管道外检测技术发展趋势

近年来我国长输管道建设实现跨越式发展，截止2016 年底，我国在役陆上油气管道总里程超过12.3×104km。很多新建管道敷设于高寒冻土区、山区、戈壁等环境恶劣区域，加之管道沿线经济发展、第三方破坏频繁等，这些因素都对管道运行管理提出了更高要求，管道管理者也迫切需要对新建管道进行检测，以便及早发现并修复施工造成的防腐层破损和管体缺陷。可以预见，管道外检测技术必将得到更广泛的应用。

管道外检测技术的发展趋势是信号反应灵敏、定位准确、抗干扰能力强、操作简便、数据直观等。此外，管道外检测与完整性数据库、GIS 信息技术相结合，提升管道检测的效率和信息化水平。管道企业应根据管道实际特点选择合适的检测技术，建议选择多种方法联合检测，以获得更加全面的检测数据，从而精确、高效的评价管道防腐层状况，建立先进、完善、适用于我国国情的管道外检测技术体系。