埋地压力管道破损点检测技术的应用

2020-07-25吴智海

化工设计通讯 2020年7期

徐薇，吴智海

（吐鲁番市特种设备检验检测所，新疆吐鲁番 838000）

研究方向：为达到对管道状况有全面准确的了解，防止管道事故的发生，管道检测可分为管道外检测和管道内检测，检测设备放在管道外部来对相关的管道情况进行了解的为管道外检测，如对管道的防腐层和地下埋深状况的探测。

进展情况：各国政府处于安全与环境等方面的综合考量，愈加重视管道内检测，尤其是管道发达的西方国家，在20世纪50年代就开始采用漏磁检测器对管道实施了内检测。由于管道安全具有特殊的重要性，我国也陆续从国外引进一些先进的检测技术和设备，但是相比于发达国家，依然存在一定的差距。我国管道检测技术和设备依然处于发展阶段。存在问题：①在检测技术和设备的科研水平与世界先进水平有一定差距。②管道经营管理者对管道检测的重要性认识不足。

选题的意义：利用漏磁检测技术对管道实施了内检测，对管道的状况进行有效地掌握，并且及时了解管道腐蚀的规律，以便能对管道未来状况进行科学的预测，并制定有效的应对措施，防止发生安全事故。

1 工程概况

受某某县某某燃气公司的委托，某某地区某某检验所对其天然气管道进行检测，同时对这部分管道进行评估。本次检测工作于 2010-4-22日至2010-4-26日进行。

2 检测技术依据及探测要求

2.1 工程检测执行的规定和标准

（1）《钢质管线及储罐防腐与保护调查方法标准》（SY/T0087-2010）

（2）《埋地钢质管道防腐层大修理技术规定》（SY/T5918）

（3）《地下管道防腐层破损地面检测评价标准》

（4）《埋地钢质管道防腐层绝缘电阻率现场测量技术规定》（SY/T6063-2010）

2.2 检测范围

根据合同范围内的防腐层状况检验，并对管道进行评估。

（1）使用管道防腐层绝缘电阻测量仪测试防腐层的绝缘电阻率。

（2）在非开挖前提下，利用埋地管道外防腐层状况检测仪测量防腐的漏点，确定挖坑检测点。

（3）对于埋地管道用气体检漏仪进行天然气泄漏检测。

（4）对管道的壁厚进行超声波检测。

2.3 检测要求

地下管道防腐层破损地面检测评价标准见表1。

表1 地下管道防腐层破损地面检测评价标准

SY/T0087-2010《钢质管线及储罐防腐与保护调查方法标准》和SY/T5918《埋地钢质管道防腐层大修理技术规定》标准：

表2 SY/T0087与SY/T5918标准要求

3 检测技术简述

本次检测主要是对合同范围内的管道进行防腐层绝缘电阻的评估，对测区范围内的地下管道防腐层缺陷检测进行定位，同时用气体检漏仪进行气体泄漏检测，对管道壁厚进行常规检测。

3.1 防腐层绝缘电阻的测量

防腐层的单位面积绝缘层电阻是绝缘电阻（率），绝缘层漏敷的数目和大小决定电阻的大小，可以通过电阻（率）对防腐层的质量进行反映。如果可以对防腐层绝缘层电阻进行精准的测量，便可以对埋地管道防腐层质量情况进行反映。对地下管道防腐层绝缘电阻的评估采用变频选频法，原理是向地下管道施加一定频率的电磁信号，将信号的衰耗程度通过仪器收集，将得到的数据输入计算机，就能准确计算出管道防腐层绝缘电阻值，从而对管道的防腐层进行定量的分析。

3.1.1 探管原理

将特定的高频调制电磁波信号发射到地下管道，这时地下管线就可以带电，并产生电磁场，在地表探测时，接收机可以接收到交变磁场的分布，在对地下管道的位置与走向等进行确定时，可以通过数据变化规律确定。

3.1.2 探管方法

3.1.2.1 定位方法

（1）极大值法：该方法就是对磁场水平分量的测量，这时便可以在目标管线正上方呈现极大值（见图1）。

图1 极大值法示意图

（2）极小值法。该方法就是对磁场的垂直分量进行测量，在目标管线正上方呈现极小值或零值（见图3.2）。

图2 极小值法示意图

上面说的两种方法，在实际应用中效果比较明显。极大值法在信号响应幅度上，呈现出大且宽的特征，目标容易被发现；极小值法的信号主要集中在目标附近，具有较高的定位精度。因此在对位置进行确定时，首先使用极大值法确定大概范围，然后使用极小值法进行精准的定位。

3.1.2.2 管线位置、走向的探测

打开探管仪，拉伸探杆，保持长度为最佳长度，对螺杆进行顺时针旋转，旋紧。确定中心为发射机，半径为20～30m，通过环形探测（极大值法或极小值），让探管仪可以对最大或最小信号进行接收，然后确定管线位置。通过峰值法在管线的位置处对探头进行转动，然后通过角度对信号强度进行确定，则与探头垂直的方向即为管线的走向。然后沿管线走向作“S”形向前探测管线。

3.1.2.3 测深方法

常用的管线测深方法有45°法、80%法和极值法。

45°法测深。在确定管线位置时，利用最大值法找到位置A，标记后对探头的角度进行调整，让探杆保持45°角，这时将探头沿垂直管线方向一侧移动，对信号最小的位置B进行确定，由图3可知，管道中心为O，这样△ABO为一等腰垂直三角形，所以AB=AO，即为埋土深度。

图3 45°法测深原理示意图

3.1.3 管道防腐层缺陷的检测

3.1.3.1 检漏原理

将特定的电磁波信号利用发射机向地下管道发射，当在地下的管道防腐层有破坏点时，就会与大地形成回路，并开始向地面辐射，信号最强的点便在破损点正上，通过这样的方式确定破损点。

3.1.3.2 检漏方法检漏方法，采用“人体电容”法。它是用人体做检测仪的感应元件沿管道走向检测。

3.2 管道外防腐层破损点捡漏

3.2.1 检漏原理

发射机向地下管道发送特定的电磁波信号，在地下管道防腐层破损点处与大地形成回路，并向地面辐射，在破损点正上方辐射信号最强，根据这一原理找出管道防腐层的破损点（见图4）。

图4 防腐层破损点检测原理图

3.2.2 检漏方法

检漏方法，采用“人体电容”法。它是用人体做检测仪的感应元件沿管道走向检测。

需要检测人员2名，将金属手表戴好，在表带上戴上检测线夹，2名检测人员需要保持3m的距离，并且两人成横向，其中一个人需要在管线的正上方。检测人员开始对灵敏度和增益大小进行调节，然后将检测仪的静态信号控制在合理范围内，一般为0～50mV。，2名检测人员在行走期间，对信号和音响的变化进行检测，如果都比较小，这就说明防腐层并没有损坏，如果声音较大，这时就说明有破损，计数器计数一次（见图5）。如果对所测漏点有疑问，可采用减小增益返回进行验证。

图5 “人体电容法”防腐检测示意图

3.2.3 漏点大小的确定

理想状况下，根据检测信号强弱，选择不同的波段测出漏点处的电流，通过漏电电流大小来确定漏点的大小，漏点电流越大，漏点越大（见图6）。

图6 电磁场信号的地面形态与破损点关系示意图

3.2.4 漏点个数的测定方法

当漏点异常被检测仪检测到后，脉冲信号会在仪器内产生，对所测管线的漏点总数可以通过计数器进行统计。

3.2.4.1 漏点处的电辐射分布

当地下管线被加入交变电流信号后，若在管道存在防腐层破损，该信号电流就会在破损处泄漏入大地，由于IR降的存在，在地底下的等电位分布是在以破损点正上方为中心呈平面圆形分布，其周围电位分布呈等距离等电位，若两名检测人员站在离中心点等距离位置，接收机示值为零，即称为等距离回零法，这种电位用万用表也可以测到（见图7～图8）。

图7 破损点电位梯度立面分布图

图8 地表等电位梯度平面分布图

3.2.4.2 检测仪的使用及漏点的确定验证

（1）纵向法复测。采用纵向法检测，前面的人探测管位，后面的人检漏，当前面的人走到破损点时示值出现由小到大、又由大到小的变化过程，后面的人走到该处时，示值有同样的反应，就可初步确定示值最大点即为破损点（见图9）。

图9 纵向法示意图

（2）等距回零法：在验证时使用等距回零法，就是将中心确定为漏点，2名检测人员对于漏点的位置相等时，这时就发现在检漏仪上的数值为0，这时定位则是准确的。而这个特征是点状破损特有的。如果两名检测人员距漏点中心等距离，但是显示值不能回0，就说明有连续的，大小不一致的破损点存在，且也有可能是小漏点。或者有连续大小不等的破损点。

（3）平行走向移动电位法采用此法验证时，一人持接收机在管线一侧4～6m距离，沿管道正上方与管线走向作平行移动，示值出现由小到大、由大到小的变化时，最大点就是防腐层破损点，即漏点。

更大漏点的二次测量：当存在特大漏点，显示值为1，这时就要进行2次以上的测量，漏点实际测量值确定为叠加值，以漏点中心，在漏点附近有1名检测人员时，示值已达到1 000mV，然后在距离漏点中心等半径距离的位置，另一名检测人员进行移动，示值在电位梯度圈时为0，并且就移动到中心点，示值又会变大，将两次或多次所测的示值相加就是该漏点的实际信号值。

3.2.4.3 漏点的开挖验证法

在确定泄漏点后，需要反复的验证才可开挖，当破损在末端被挖到后，需要将管道挖到1m以上长度，悬空20m，这样便可以将漏点的位置找到，如果没有发现漏点，管道底部也有可能存在，也有可能是肉眼无法发现太小的漏点将原来挖的钟形坑扩开成长方体坑，开挖过程中，管道处于悬空状态，地面上就检测不到泄漏电流，如果电流还能在地面上测到，说明定位点与开挖点不一致，在开挖坑的两边电位会不相等，可向电位高的那一边继续挖，便可挖到漏点。如果不能直接看到漏点，可用下面方法再进行验证：

（1）高压电火花检测法。利用电火花检漏仪的毛刷探头，在已被挖掘的管道表面平刷，当高压探极经过微小的破损点时，就会发生高压击穿，产生电火花放电，并同时发出声光报警，此法很容易找出极小漏点。当在城市燃气管道检漏时，绝对不能用高压电火花检验法，以防泄漏燃气达到爆炸极限，引起爆炸。在成品油输油管道也要注意。

（2）湿布手工触摸法。用一湿布或湿海绵，将挖掘的管段湿润，然后检测人员将检漏金属线金属鱼夹与人体电性相连，再用手沿管线触摸，摸到破损处时，仪器示值音响均会变大，再用放大镜放大，以便观察。

（3）镜面反照法。在破损点位于管道底部，人眼不能直接观察时，可用一面较大的镜子，再用放大镜放大，以便观察。

（4）地表电位再测法。采取了上述三种方法仍不能找到破损点时，说明漏点定偏或开挖人员挖偏，在此种情况下地表仍有电位。破损点开挖验证如图10。