作者：石青
作者单位：上海派普诺管道检测科技发展有限公司
摘要：本文简要介绍复杂地理环境下，埋地钢质管道防腐层检测的基本原理和方法，旨在交流钢质管道防腐层的检测技术。再借助埋地钢质管道腐蚀防护综合评价系统软件,该软件能对目前国内常用的埋地管道检验检测设备测试数据进行处理分析,并结合现行国家和行业相关法规标准规定,对检验检测结果进行评价。
关键词：埋地钢质管道;外防腐层检测;防腐层评价;软件
1检测方法的选择
由于城镇钢质埋地燃气管道敷设的特殊性，许多在长输管道中成熟运用的检测技术反而在城镇钢质埋地燃气管道的检测中有很大的局限性。这就要求我们在借鉴长输管道检测技术的同时合理的根据现实工况和仪器的优缺点搭配使用。目前，普遍使用的钢质管道外防腐层破损点查找、定位和大小值测量的检测方法主要有：①直流电位梯度测试法（DCVG），②多频管中电流衰减法（PCM+A字架、C-SCAN、RD+A字架等）；③人体电容法（SL-）。其中各自特点如下：
（1）DCVG采用直流电流技术，与CIPS联合使用效果最好[2]，由于城镇燃气管道往往采用牺牲阳极进行保护，不能实现同时通断；而且DCVG/CIPS仪器操作复杂，并且参比需要与土壤接触。主要应用于长输管道的检测，对于城镇燃气钢质管道效果欠佳。
（2）多频管中电流法，其理论依据是“线传输函数”。将信号输入管道，理论上可视为单线-大地回路，电流沿管道纵向逐渐衰减，衰减率与防腐层质量优劣有关。通过测量土壤中交流电位梯度的变化，从而对埋地管道防腐层破损点进行查找和准确定位。检验管道防腐层缺陷点检验定位时，管道的防腐层和大地之间存在着分布电容耦合效应，信号电流在管道外防腐层完好时传播过程中呈指数衰减规律，当管道防腐层破损后，管中电流便由缺陷点流入大地，管道中电流明显衰减，引发地面磁场强度的急剧减小，由此可对防腐层的破损位置进行定位。
（3）“人体电容法”通过主机给管道发送一个或多个频率的交流电流信号，检验时两名检验人员分别和检验仪的两个电极相连，形成“人体电容”，两人之间保持3～5米的距离在管道上方前进，当管道的防腐层存在破损时，管道上的信号就会从这一点流入管道周围土壤。在破损点上方形成漏点异常，两名检验人员经过该处时就会检验到漏点异常所产生的电位差信号，通过来回验证的方法即可找出破损点具体位置。
2检测设备的选择
在实际检测过程中，使用的每种仪器都有自身的优缺点，只有充分了解每种仪器的基本性能和检测盲点。针对不同的工况，合理选用检测仪器，才能提高检测精度，减小误差。
PCM、C-SCAN和RD埋地管线防腐检测仪原理都是基于多频管中电流衰减法。一方面发射机向被检管道施加特定的电流值信号，电流在传播时会在管道周围产生磁场，磁场与输入电流值的大小成正比；另一方面接收机通过感应线圈将这一信号转化为管道的电流强度和方向。理论上，由于钢质管道与土壤良好接触，电流应成线性衰减，衰减的主要原因是由于管道自身电阻的原因。如果管道防腐层破损或有阀门和阴保等漏电点出现，电流将从漏电点处流出，造成电流的急速衰减。检验人员可根据电流的衰减变化通过软件的计算防腐层的绝缘电阻判断出防腐层的优劣。
它们的主要区别体现在以下几个方面：
（1）信号点连接，PCM和C-SCAN埋地管线防腐检测仪都是采用直接连接法。即由发射机引出的两根线，一端通过测试点与管道相连，另一端通过接地体与大地相连，形成回路；而RD除了直连法还可采用夹钳法和感应法。因此RD适用范围更广。
（2）测量长度，PCM最大功率瓦，最大电流可达到3A，最高可测30公里；C扫描埋地管线防腐检测仪最大mA，最大可检测数公里；而RD发射器最大功率10瓦，检测长度有限，比较适合短范围测量；
（3）选择频率，PCM有ELF、ELCD↑、LF↑三个频率模式可供不同工况选择；RD则有16种频率信号可供选择；而C-SCAN则依靠的是信号发生器产生.5Hz的纯正弦波信号；
（4）数据处理方面，C-SCAN的探测读数是6秒钟内次测量的平均值，可靠度方面要远远高于PCM和RD；
（5）抗干扰能力方面，PCM和RD采用谐波信号和选频锁相技术，电磁干扰部分得到抑制；C-SCAN的信号属于纯正弦波，滤去了谐波，避开了常见的干扰源，抗干扰能力很强。而且C-SCAN具有自动识别假信号并即时提示的功能，更好的适应于有强干扰段的埋地管道防腐层检测；
（6）价格方面，C-SCAN埋地管线防腐检测仪是PCM和RD的数倍之多。
综合对比PCM、C-SCAN和RD之间的区别，C-SCAN的综合性能最好，但是价格昂贵；PCM价格适应且适合长距离检测；RD可适用无信号源情况下检测，但比较适宜于短距离管道检测。因此PCM的性价比最高。
3防腐层检测原理及评级
3.1防腐层检测原理
根据电磁学理论分析可知，当将一交变正弦检测信号由发射机供入管－地回路中时，信号的衰减幅度远大于专用传输线。检测工程中，回路的损耗远大于理想传输线，可将回路视为特性阻抗的传输线，此时的传输线处于匹配状态，反射波不存在，除未竣工管道或靠近绝缘法兰的管段等特殊情况外，通过入射波的传输的功率全部被负载吸收，由于信号传输距离有限，大部分情况下管道的长度远远大于有效的传输距离，都可以看成是无限长的满足如下传输规律：
式中：I0为供入点电流；α为衰减系数；X为检测点与供入点距离。
而被称为衰减常数α与管-地回路参数满足如下关系：
式中：R为管道的纵向电阻、G为横向电导、C为管地分布电容、L为管道自感。
在实际检测中发射的是交变检测信号，回路中的电磁场为正弦电磁场。管中的检测等效电流为安培电流，将安培电流转换成分贝电流后IdB-X曲线则是一条倾斜的直线，其斜率Y与α成正比关系。已知某两点的管中电流时即有：
G即为包含着能反映防腐层状况的绝缘电阻Rg，计算出管－地回路的衰减常数α后，Rg即可被求出。
3.2防腐层等级划分
根据以上外防腐层评价原理，我国制订了埋地钢质管道的外防腐层评定标准GB/T-《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》[2]，由计算得出的外防腐层电流衰减率Y值（dB/m），根据不同的外防腐层类型将管道的外防腐层的老化程度分为四个等级，如表1所示。
注1：Y是基于标准土壤电阻率10kΩ.m情况下的计算值，根据实际情况，在试验分析的基础上，分界点可以适当调整。
注2：dB值=,I1、I2为相邻2个检验点的实测电流值，此电流值为在管道上施加Hz电流的检验值，仪器采用不同频率时，分级评价可参照执行。
根据测得的外防腐层电阻率Rg值(kΩ.m2），根据不同的防腐层类型，可将外防腐层的老化程度分为四个等级，按下表2进行：
注：此标准中Rg值是基于线传输理论计算所得；电阻率是基于标准土壤电阻率10Ωm。
3.3数据处理
对于检验员来说，计算防腐层绝缘电阻值Rg是一件比较复杂的事情。目前大部分检测设备都有相应配套的软件，借助软件可以快速高效的对防腐层绝缘电阻进行计算、评估，并将结果生成图形和表格。比如较为普遍的是借助于保定驰骋千里科技有限公司开发的“驰骋地下管道腐蚀检测评价系统”就可以对FE-PCM的测试结果进行分段计算、评估、生成图形和表格等功能。
4埋地管道检测示例
4.1PCM应用示例
采用PCM对某段钢质燃气管道进行检测，采用驰骋地下管道腐蚀检测系统FE-PCM对数据进行处理，得到Hz等效电流衰减曲线如图1所示，从中可以看出在～m、～之间电流突然下降，电流不是均匀衰减，符合防腐层破损点的特征，属于部分防腐层老化或剥离所致。通过驰骋软件的计算，得到防腐层绝缘电阻分级图如图2所示，从中可以看出，防腐层整体质量状况一般，部分存在老化现象；在～m、～之间，为防腐层评为二级，～m、～之间为四级，表明防腐层老化严重或部分剥离，应当定期进行防腐层破损点检测。
4.2RD应用示例
城镇燃气敷设往往存在诸多的局限性，某公司有一段约50米次高压和中压同沟敷设的钢质管道，由于投用年限长，图纸并不能区分中压与次高压的方位，而且由于牺牲阳极的相互影响，给检验检测带来了不小的麻烦。中压次高压管线布置示意图如图3所示，图示阀门之间为埋地管线。如果采用PCM检测的话，由于管道敷设太近，电磁场会相互干扰；又因为管线距离太短，不能完全体现出PCM的优势所在。因此在此次检验过程中，我们采用RD进行检测。如果使用直连法，显然跟PCM一样是行不通的；其次使用感应法的话，由于距离太近，两根管子同时会被施加感应电流。导致磁场相互叠加，无法准确测量。最终我们采用的是RD的夹钳法（亦或称“强制回路法”），使用夹钳分别再管线入第两端加延长线进行单根管线串联。这样使得电流在单根管道上行成闭合回路，可以有效的避免管道之间的电磁干扰。评价同上述方法，此处不再赘述。
图三管线布置示意图
5结语
随着城镇化建设的飞速发展，以往钢质燃气管道外防腐层老化问题日益加剧，事故频发；加之政府职能部门的密切