国内长输管道外检测技术现状综述

朱宁，李涛，刘红祥，羊映，朱浩

(1. 中国石油新疆油田公司 油气储运分公司，新疆 克拉玛依 834000；2. 中国石油吐哈油田公司 技术监测中心，新疆 吐鲁番 838202；3. 中国石油西南油气田分公司川西北气矿，四川 江油 621700；4. 北京中航油工程建设有限公司，北京 100621)

防腐层联合强制电流阴极保护是长输管道腐蚀防护的公认做法，防腐层完整性对于管道安全运行至关重要，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、准确地了解管道运行状况，从而提高了管道完整性，保证了管道的运行安全[2]。

近年来，三轴高清漏磁、电磁超声等管道内检测技术发展迅速，但由于变管径、非通径阀门、弯管曲率等制约因素，约33%的管道在实施内检测时难度较大[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。提升中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。

1 管道外检测技术概述

管道外检测是指非开挖情况下，使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、阴极保护系统、防干扰系统等的实际状况，提出管道开挖、修复计划，并指导管道运行的管理、维护工作。

1)防腐层完整性。指检测确定防腐层的破损位置和严重程度，旧管道采用石油沥青防腐层时，还应测试防腐层的绝缘性能；如发现防腐层的破损点，应测试该处的腐蚀活性和阴极保护的有效性，从而判断管段是否发生腐蚀。

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

3)管道干扰和防干扰系统状况。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现象。管道干扰检测首先应确定干扰的影响类型、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。

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，评价管道的剩余寿命等。

2 管道防腐层完整性检测技术

2.1 皮尔逊检测技术

皮尔逊检测技术即交流电流法，工作原理是将发射机的1 000 Hz交流信号加载在管道上，如管道防腐层完好，管道中的交流信号沿途呈均匀衰减；如管道防腐层有破损，有电流泄漏入土壤，则在管道破损点和土壤之间会形成电压差，据此判定破损点位置，通过电位衰减数值大小判定漏点的大小。

皮尔逊检测技术的优点是操作简单、快速，信号灵敏度高，能准确定位防腐层的破损位置；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的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均能引起信号改变；判断缺陷依赖于操作员的经验。

2.2 多频管中电流测绘技术

多频管中电流测绘技术PCM(pipe current mapping)指交流电流梯度法，即向管道加载可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，进而确定防腐层破损点位置；测量防腐层绝缘电阻值大小，确定防腐层的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，该处的电流衰减率会突然增大。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。

该技术的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；无法检测强电干扰区管段；防腐层缺陷判断对操作者的专业技能要求较高。

2.3 直流电位梯度法

直流电位梯度法DCVG(direct current voltage gradient)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。根据土壤IR降占管-地电位ΔU的百分比，可计算防腐层缺陷大小和严重程度。判断准则： 较小破损点为(0～15%)ΔU；中型破损点为(16%～35%)ΔU；较大破损点为(36%～100%)ΔU。该检测方法可提供防腐层损伤信息，并可精确定位防腐层缺陷位置。

DCVG法优点是可测量破损点形状、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的干扰，同时受地貌的影响较小；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等信息。DCVG法可以发现较小的防腐层破损，但需要加载较大功率的直流电流信号才能保证测量信号的灵敏度。

3 管道阴极保护有效性检测技术

3.1 标准管-地电位测试技术

一般管道沿线每间隔1 km须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。通过研究管道沿线的电位分布，可评价管道阴极保护的有效性。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，对管道阴极保护的效果评价较准确；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(P/S)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。

3.2 密间隔电位测试技术

密间隔电位测试技术CIPS(close interval potential survey)是对P/S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-地电位和通/断电位，得到管-地电位变化曲线。CIPS技术可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，具体方法是电位未达到-850 mV的管段，或者电位曲线出现“低谷”的管段，可能存在防腐层破损点。CIPS技术对防腐层破损位置的检测精度达±1 m。

CIPS技术的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，检测误差较大，适用于周边活动较少且地势平坦的地区。CIPS技术实质上是一种管-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。

3.3 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，实际检测中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/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联合检测技术的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技术测试管道的断电电位，确定管道阴极保护效果和防腐层优劣。

4 管道交直流干扰检测技术

4.1 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。当存在交直流干扰时，管道对地电位和交流电压将随时间不断变化，连续测量一段时间(少则1 h，多则1 d)才能掌握干扰的变化规律。采样时间间隔可以是1 s或更小，在1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，包括干扰的程度、范围和规律等信息。

4.2 电流密度测试法

电流密度测试法是目前新兴的、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。该测试法有两种方式： 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，及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。

5 管道腐蚀缺陷检测技术

5.1 开挖检测法

应用外检测技术确定管道防腐层破损点，根据破损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。

5.2 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。近年来该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]。TEM，MTM，NoPig三种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以及数据结果的可靠性等方面，尚需大量实践经验积累。

6 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，尤其是没有一种技术能检测、判断防腐层的剥离[6]；皮尔逊法可检测管道走向、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，但对操作者的经验技能要求较高；CIPS/DCVG法能全面检测防腐层状况，但检测速度较慢。

管道外检测技术虽有较高的普适性，技术原理是基于在管道上加载直流或交流电信号，但在下述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[7]：

1)含套管的铁路公路穿越管段以及较长距离的河流水平定向钻穿越管段，由于人员无法接近，无法实施管道外检测，因此无法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，因此大部分管道外检测技术无法实施。

7 结束语

近年来，国内长输管道建设实现了跨越式发展，截至2016年底，在役陆上油气管道总里程超过1.23×105km[8]。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，提升了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、高效地评价管道防腐层状况，建立先进、完善、适用于中国国情的管道外检测技术体系。