檢查埋地管線線纜外防腐層完整性標準的探討
2011-08-09
線纜管道具有大部分埋地架空式特征，許多的管道線纜測試儀器都需要穿越埋地，管道的完整性是指管道在物理上和功能上完整,始終處于安全可靠的受控狀態,管理人員不斷采取措施防止管道事故的發生。在CJJ95—2003《城鎮燃氣埋地鋼質管道腐蝕控制技術規程》中提出了“防腐層完整性”概念。第5.3.5條為強制性條文:“防腐管回填后必須對防腐層完整性進行檢查”。在條文說明中表述為:“防腐管道在下溝回填時很容易損傷防腐層,形成腐蝕隱患。目前常采用音頻信號檢漏儀及時按國家現行標準檢查防腐層受損情況,一旦受損,對防腐層應立即采取修補措施”。條文的規定非常嚴格,對檢測出的防腐層缺陷必須修補。由于音頻信號檢漏儀的原理為人體電容法,是定性的檢測設備,其檢測結果對防腐層的檢測評價沒有定量的標準,在實踐中線纜管道埋地測試儀器的檢測人員對檢測結論很難有一致的判斷,直接影響了標準的執行效力。我們理解“防腐層完整性”要求應該側重指在施工完工后防腐層的電絕緣性能,在實踐中一般可以通過兩方面的指標來評價:單位長度管道上防腐層漏點數量,管道防腐層絕緣電阻率。本文即討論這兩方面的問題。
1·埋地鋼管外防腐層性能檢測方法簡介
①交流電流衰減法
交流電流衰減法在實踐應用中主要為多頻管中電流法和C-掃描法。一般用來評價管道防腐層質量,檢測和比較不連續的防腐層異常。由于磁場可以穿透冰、水和混凝土等表層來采集管道防腐層的信息,這項技術不需要和土壤直接電性接觸。測量時,通過發射機(信號發生器)向管道發射一個恒定的交流信號,用接收機從地面接收管道中的電流信號。現場記錄信號衰減、管道埋深,通過專用軟件計算防腐層絕緣電阻率。國內標準中提及的多頻管中電流法的代表性儀器為RD-PCM[1],其測試頻率有3種:128、64、4Hz,輸出電流可以達到3A。C-掃描是近年來從英國引進的測試儀器,代表性的儀器為C-SCAN2010,其測試頻率唯一:937.5Hz,輸出電流一般為750mA,最大為1A。交流電流衰減法可以定性測量防腐層電阻率、管道埋深,還能夠區分單個和連續的防腐層缺陷。
②變頻-選頻法
其理論依據是“線傳輸函數”。將信號輸入管道,理論上可視為單線-大地回路,電信號沿管道縱向逐漸衰減,采用改變頻率使信號衰減到某個電平值的方法來求取信號傳播常數。防腐層絕緣電阻率就包含在該常數中,根據已知參數和現場測量參數即可求得防腐層絕緣電阻率。代表性的儀器為AY508。此方法只能定量測量一段管道石油瀝青防腐層電阻率。
③直流法
在美國腐蝕工程師協會標準NACETM0102-2002《地下管道覆蓋層電導率的測量》中采用的是直流法測試管道防腐層電阻率。通過對一段管道通入直流電流,測量管道沿線各點的電位變化,并測量每段管段上的泄漏電流,然后計算外防腐層電阻率(注:NACE規范中計算的是電導率,與國內規范中的外防腐層電阻率互為倒數關系)。其測試方法有一般方法和電位衰減法兩種,并對測試結果通過特定土壤電阻率加以修正,得到標準條件下的防腐層電阻率。國內最新的規范中測試管道防腐層電阻率的方法是參照NACETM0102-2002中“一般方法”提出的。
④人體電容法
人體電容法也稱為皮爾遜(Pearson)法或鐵鞋法,是一種確定埋地管道防腐層漏點位置的地面測量技術。測量時,通過發射機(信號發生器)向管道發射一個恒定的交流信號(頻率為1kHz或175Hz),沿管道測量兩個與地面電性接觸的移動電極之間的電位差,通過接收器接收防腐層缺陷部位漏到大地的信號(電位梯度),來確定缺陷部位。CJJ95—2003中的音頻信號檢漏儀原理即為人體電容法。代表性的儀器為SL2088和ZB-2088。人體電容法測量中沒有確定防腐層缺陷大小的準則,一般只用來定位缺陷。在實踐應用中,測試人員可以根據接收機信號的強弱、距發射機的遠近等經驗比較同一管段上防腐層缺陷的大小。也有文獻報道利用人體電容法的測試結果來劃分防腐層絕緣電阻率的等級。
⑤直流電位梯度法
直流電位梯度法(DCVG)是目前世界上比較先進的埋地管道防腐層缺陷檢測技術,可以對防腐層缺陷的位置進行定位,并可以判斷缺陷的大小程度。一般與密間隔管地電位測量(CIPS)技術結合使用。其工作原理為:在施加陰極保護的埋地管道上,如果管道防腐層破損,陰極保護電流在破損處的地面上會形成一個電壓梯度,DCVG技術就是通過檢測地面的電壓梯度來判斷防腐層缺陷的位置與大小。
2·關于標準中檢測方法的討論
對埋地鋼質管道進行防腐層性能檢測,國內現行標準中的檢測方法與評價指標不統一[1、2、4~6],其主要區別見表1。
直流法是NACETM0102—2002《地下管道覆蓋層電導率的測量》和其他規范均認可的測試方法,其測試結果真實可靠,基本能夠反映防腐層絕緣電阻率的大小,但受到現場條件及雜散電流干擾的限制,在實際中應用較少。目前在現場應用較廣泛的測試方法有4種:交流電流衰減法(包括多頻管中電流法和C-掃描法)、變頻-選頻法、人體電容法、直流電位梯度法。在有關文獻介紹的具體實踐中,測試相同管道時不同測試方法得出的結論有較大出入[7~9]。交流電流衰減法比較快捷,可以測試任意長管道防腐層的電阻率,并判別防腐層缺陷的具體區域。對交流電流衰減法測試中電流衰減值較大的區域,采用人體電容法或直流電位梯度法,可以很快檢測出管道防腐層缺陷的具體位置。
SY/T0087.1—2006《鋼質管道及儲罐腐蝕評價標準:埋地鋼質管道外腐蝕直接評價》中3.3節要求采用兩種互補的間接檢測方法進行驗證,以減少測試偏差。最新發布的陰極保護國家標準GB/T21448—2008《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》第9節中也建議在陰極保護系統運行1年內,宜進行下列調查[10]:防腐層檢漏、電流衰減測量、密間隔管地電位測量、直流電位梯度法檢測、管地電位缺陷定位測量、全線防腐層絕緣電阻率測試。GB/T21448—2008標準中對于陰極保護的有效性和防腐層性能非常關注,但是都沒有涉及“防腐層一旦受損,對防腐層應立即采取修補措施”。我們認為陰極保護的有效性評價和管道實際的腐蝕程度更應該受到重視。過分地強調防腐層的作用,要求沒有破損,在實踐中很難操作。此時有效的陰極保護系統和定期的腐蝕檢測評價就可以彌補防腐層不足可能導致的風險。
3·結論
①在定量測試外防腐層絕緣電阻率時,應采用直流法進行測試。交流電流衰減法(包括多頻管中電流法和C-掃描法)只能作為定性的輔助手段。
②在測試防腐層缺陷的準確位置和程度時,應采用直流電位梯度法(DCVG),一般與密間隔管地電位測量(CIPS)技術結合使用。也可以采用人體電容法定性測試。
③鑒于管道安裝時陰極保護設備還沒有投入使用,實踐中可以采用交流電流衰減法(包括多頻管中電流法和C-掃描法)和人體電容法定性測試防腐層的絕緣性能,并對測試結果進行比較分析。
④對于采用定性檢測方法得到的測試數據,不同的測試人員可能有不同的結論,此時如何判斷與執行CJJ95—2003標準中的“防腐層一旦受損,對防腐層應立即采取修補措施”的要求,是實踐中需要進一步研究的問題。
⑤陰極保護的有效性評價和管道實際的腐蝕程度更應該受到重視,腐蝕控制系統更重要的是日常的運行管理與維護。
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