埋地金属管道地面电磁检测技术分析

唐伟 刘禾 舒向水

摘 要：在埋地金属管道运行中，为保障管道正常运行，需采取一系列措施，如优化管道设计与安装，设置阴极保护，做好检验工作等。文章将埋地金属管道地面电磁检测技术为研究对象，分析外检测中常用的检测技术，重点探究交变电流梯度法的检测原理、要点与应用效果，为检测人员开展工作提供理论与实践帮助。

关键词：埋地金属管道;交变电流梯度法;回路

埋地金属管道是专门运输流体的特种设备，如原油、天然气等。在实际运行中，管道需在一定压力条件下完成运输，运行环境相对恶劣，易受第三方破坏，影响管道正常运行，引发安全事故。为保障埋地金属管道的安全应用，需采用有效检测技术，及时发现管道异常，将问题制止在萌芽阶段。

1 埋地金属管道地面电磁检测技术

在埋地金属管道检测中，内检测技术对检测条件的要求较高，并不适用大部分金属管道运行环境，影响检测的效率与质量。外检测技术较为多元，在埋地金属管道检测中更为灵活，实用性更强。

1.1 常见埋地金属管道检测技术

1.1.1 磁记忆检测技术

在检测过程中，金属的磁记忆激励源为天然弱磁场，使管道出现自发磁化，在管道表面形成磁场，如果检测到的磁场均匀分布，则说明管道正常运行，如检测到的磁场属于漏磁场，则说明管道存在缺陷，以此实现埋地金属管道的故障检测。在故障定位方面，可根据地面获取的磁场信号来实现。目前常用的磁记忆检测设备为TSC-4M-16检测仪，虽然其检测效率较高、检测成本偏低，但易受应力集中区的干扰，导致检测结果出现偏差。

1.1.2 直流电位梯度法（DCVG）

由接地桩向土壤发送电流信号，在防腐层破损区域，会产生电压梯度，越靠近破损区域，电流密度越大，对应的电位越高，使金属管道电位表现出向外递进的趋势。埋地金属管道的破坏面积越大，递进的电位梯度越多，可根据电位差实现故障检测。该方法具有检测结果准确、抗干扰能力强等优势，但对埋地金属管道所在区域的土壤电阻率有一定要求，且仅适用于具备阴极保护系统的埋地金属管道，检测效率偏低。

1.1.3 超声导波检测技术

由探头发射脉冲信号，在管壁四周沿着管体发散，发散至管道的缺陷部位时，部分脉冲信号会反射，接收装置在接收到反射的脉冲信号时，会根据信号参数判断缺陷的位置和严重程度。该检测方法适用于长距离管道，对于存在弯头过多的管道，易出现检测偏差。

1.1.4 交变电流梯度法

在管道和土壤间施加正弦电压，并向管道发送电流信号，会在管道和土壤区域形成交变电磁场，应用PCM和A字架，获取电磁场的各项参数，并根据电磁场的强度、参数变化，判断故障位置。检测设备中显示的数值越高，就表明埋地金属管道的破坏现象越严重。

1.2 交变电流梯度法分析

1.2.1 检测系统

在埋地金属管道地面电磁检测中，需将交变电流梯度法为核心，建设检测系统，配置发射机与接收机等硬件设备，由超大功率发射机向管道发送电流信号;接收机在地面沿着管道敷设方向，检测电流强度、管道深度、地表磁场分量等参数，结合交变电流梯度法，分析电流变化规律，明确故障位置，分析防腐层性能。

1.2.2 构建电路模型

在应用检测系统开展电磁检测时，因交变电流梯度法受管道参数、防腐结构与土壤条件等因素影响，需利用均匀传输线理论，构建管--地回路的等效电路模型，实现管道的定量分析。在模型構建中，纵向分量阻抗及横向分量导纳，是电路核心参数。在电磁检测过程中，可将等效电路模型转变为有阻抗传输线，该线呈现匹配状态，所有入射波均被吸收，不会产生反射波。基于该原理，可准确计算回路的绝缘电阻，明确管道的防腐层状况;将电流转变为分贝电流，其与测点距离曲线为直线，直线斜率可体现防腐层的性能水平。在该模型中，绝缘电阻与分贝电流的计算均需应用原参数与副参数，前者包括指回路参数等;后者指衰减常数。

1.2.3 计算回路参数

基于电路模型数据计算的需求，技术人员需进行回路参数计算，包括回路电阻、回路电感与回路电容等。回路电阻包括金属管道的内电阻与土壤的内电阻两部分。技术人员可采用0阶变形贝塞尔工程，结合磁场强度等参数，计算金属管道的内电阻;利用“卡松线路”模拟电力传输，计算土壤内电阻。回路电感包括管道内自感与外自感，内自感通过金属管道内电感计算，外自感将管道防腐层区域土体看做导体，按照同轴圆柱体对应的电感计算方法明确具体电感数据;回路电容的计算与圆柱形电容器计算公式相同，根据管道内径、管道外径、管道与防腐层整体结构的外半径等参数，明确具体电容数据。

1.2.4 计算横向电导

在埋地金属管道中，横向电导包括漏电导和土壤电导两部分，可用于判断金属埋地管道防腐层老化与破损状况。

1.3 复杂管道的检测

在埋地金属管道地面电磁检测中，可能遇到复杂地下管网，影响交变电流梯度法应用的准确性。在此基础上，技术人员可引进先进辅助设备，与交变电流梯度法配合使用，提高检测效率与质量，发挥检测系统的作用。

对于纵横交错的管网，检测时电流易被划分为多个分支，不能准确定位防腐层故障点。技术人员可引进管道定位仪，首先应用管道定位仪明确所测管道的具体位置，再应用上述检测系统进行全面检测。对于输送流体中存在氢气的埋地金属管道，技术人员需引进管道定位仪与氢气查漏仪，首先应用管道定位仪明确所测管道的具体位置，再应用氢气查漏仪确定氢气泄漏点，最后应用检测系统检测防腐层缺陷。对于长期泄漏的采暖管道或供水管道，易在检测中出现漏电想象，影响检测结果。技术人员可引进频率分析型检漏仪或地面拾音器，前者适用于不明确是否存在泄漏点的管道，将其设置在所测管道的电流信号衰减位置，明确具体管道泄漏点;后者适用于已明确存在泄漏点的管道，从管道端头开始，沿着管道输送方向，每隔50cm听测一次，逐步排查泄漏点。

2 埋地金属管道地面电磁检测案例

通过上述分析可知，交变电流梯度法的管道检测功能较为多元，本文选择两个案例，分析交变电流梯度法在定位管道故障方面的作用。本文以某运输石油的埋地金属管道为例，分析交变电流梯度法的应用。该输油管道的运行土壤表现出软塑性、大空隙等特征，属于不良地质，但区域地磁场较为稳定，在应用交变电流梯度法检测时，不会受地质因素影响。就此，技术人员在应用本文设计的检测系统开展电磁检测时，将电流衰减显著区域作为检测重点，提高该区域的检测密度，通过A字架，实现管道防腐层泄漏点与破损点的精准定位。根据检测系统的检测结果，该输油管道共存在4处泄漏点、40余处外腐蚀断裂点、200多个防腐层故障点。针对4处泄漏点，进行开挖验证，结果与检测结果一致，说明检测系统在检测泄漏点与故障点时准确性较高。在此基础上，技术人员通过GDFFW软件，进行输油管道各项参数的计算，综合定量评价管道防腐层，指出其不足，为输油管道运维提供参考。

基于上述案例可知，在埋地金属管道地面电磁检测中，基于交变电流梯度法的检测系统，可准确定位管道的泄漏点与破损点，分析管道防腐层的老化状况或性能水平，检测效果较为理想，为埋地金属管道管理提供参考，有助于埋地金属管道可持续发展。就此，基于交变电流梯度法的检测技术，可在埋地金属管道地面电磁检测中推广应用。

综上所述，在埋地金属管道地面电磁检测中，交变电流梯度法可准确获取管道防腐层的电阻参数，定位管道的破损位置、泄漏位置或搭接位置，分析管道防腐层的防腐性能或老化状况，为埋地金属管道运维提供技术支持，保障埋地金属管道安全可靠运行，发挥其重要作用。

参考文献：

[1]潘晨.交流输电线路接地故障对埋地金属管道的强电冲击防护[J].全面腐蚀控制，2020，34（03）：25-28.

作者简介：

唐伟（1984- ），男，民族：汉，籍贯：山东省海阳市，学历：本科，毕业于山东轻工业学院，现有职称：中级工程师，研究方向：化工工程。