PCM+探測儀在大埋深金屬管道探測中的應(yīng)用

黃豐和

(福州市勘測院 福建福州 350000)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家對于基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)逐漸重視，管道作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，管道建設(shè)和管道質(zhì)量自然受到了人們的重點關(guān)注，地下管道敷設(shè)技術(shù)也隨之進(jìn)一步發(fā)展，特別是大埋深管道工程非開挖工程技術(shù)的應(yīng)用。但是，在管道非開挖技術(shù)應(yīng)用解決管道施工難題的同時，如何對大埋深金屬管道質(zhì)量和位置進(jìn)行探測則成了當(dāng)今時代新問題。工程實踐中，筆者發(fā)現(xiàn)英國雷迪公司生產(chǎn)的PCM+探測儀可以很好地解決這個問題?；诖耍疚脑敿?xì)介紹PCM+探測儀在大埋深金屬管道探測中的應(yīng)用，以供同行借鑒。

1 PCM+探測儀的工作原理和特點

1.1 工作原理

圖1 PCM+接收機(jī)信號顯示

PCM+探測儀由兩個設(shè)備組成，一個設(shè)備是手提式接收機(jī)，另一個設(shè)備為便攜式發(fā)射機(jī)，如圖1所示。發(fā)射機(jī)功用主要在于向大埋深金屬管道發(fā)送一個與直流大致相當(dāng)?shù)男盘栯娏?，讓這個電流沿著管道進(jìn)行傳送，而接收機(jī)的功用則在于對這個信號進(jìn)行接收，并對信號電流的強(qiáng)度和方向進(jìn)行顯示。工程實踐中，只要將電流強(qiáng)度和方向作為依據(jù)，即可實現(xiàn)對金屬管道位置的準(zhǔn)確判斷。并且，這個設(shè)備還可以應(yīng)對各種復(fù)雜的情況，比如：管道相互交叉、金屬管道相距較近等。

此外，在進(jìn)行此類探測時，只要對管中電流信號的衰減情況進(jìn)行觀察，繼而即可實現(xiàn)對管道防腐層情況的預(yù)測。比如：在環(huán)境和影響因素相同的條件下，電流信號損失越小，則說明管道防腐層絕緣性能越強(qiáng)，反之則越弱。

1.2 技術(shù)特點

PCM+探測儀特點具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)發(fā)射機(jī)功率較大，最大深測距離為30km，性能顯著;

(2)PCM+探測儀具有多項功能，包括電流強(qiáng)度測量、電力方向測量、管線定位和管線深度測量等功能;

(3)PCM+探測儀可以評估不同長度管道的防腐層狀況;

(4)PCM+探測儀中的設(shè)備，具有自動化保護(hù)功能;

(5)PCM+探測儀支持多種供電方式，220V交流供電和20-50V直流供電均可;

(6)PCM+探測儀的應(yīng)用能夠?qū)β裆畹陀?5m的金屬管道進(jìn)行準(zhǔn)確的探測。

1.3 PCM+探測儀與其他管線探測儀比較研究

為了對PCM+管線探測儀的實際應(yīng)用效果進(jìn)行驗證，福州市有關(guān)部門通過實驗的方式，分別對管線檢測設(shè)備是DM探測儀和PCM+探測儀兩種設(shè)備的使用性能進(jìn)行了驗證。

此次對比檢驗的路段為福州市某街道上1000m左右的埋地鋼質(zhì)管道，且該管段安裝了陰極保護(hù)測試樁，輻射環(huán)境為自然土壤，檢測人員需沿地面進(jìn)行管道檢測。在對比試驗之前，已經(jīng)知道管道存在3個異常點，并畫出了異常標(biāo)記，僅需使用管線探測儀對故障區(qū)域管線進(jìn)行檢測即可。在檢測的同時，需要做好dB值的記錄，探測儀僅對管道外防腐層的缺點之大小值進(jìn)行顯示。簡言之就是，dB值越大，代表防腐層缺點越大，電流流失量也愈發(fā)嚴(yán)重。

(1)試驗設(shè)備參數(shù)

DM和PCM+探測儀發(fā)射機(jī)的頻率組合均采用3HZ、6HZ和128HZ組合，其輸出電流恒定為600mA。

(2)試驗過程

首先，需要做好準(zhǔn)備工作。由專業(yè)的檢測部門負(fù)責(zé)調(diào)試設(shè)備，并穿戴檢測所需的工作服。

其次，是試驗過程，本次試驗的過程共分為5步，第一步：對DM和PCM+探測儀的輸出信號進(jìn)行檢測，確保其與對比條件相吻合。第二步：使?fàn)奚枠O包和管道之間的連接斷開，然后使管道陰極保護(hù)接口與發(fā)射機(jī)和測試樁相連接。第三步：打開試驗設(shè)備，做好信號的檢查。第四步：將設(shè)備與A字架相連接，并使用設(shè)備檢測異常管段。第五步：由工作人員使用設(shè)備檢測異常點，單點檢測次數(shù)為3次，同時做好dB值等數(shù)據(jù)的記錄。

(3)試驗結(jié)果

本次試驗所得到的結(jié)果，其處理方法選擇了四分位數(shù)統(tǒng)計方法，本文將PCM+探測儀埋深測量為例，對檢測結(jié)果統(tǒng)計方法加以闡述，DM探測儀所用的統(tǒng)計方法與之相同。

首先，對指定值和試驗結(jié)果進(jìn)行明確。通過工作人員使用DM和PCM+探測儀對3個異常點分別進(jìn)行3次檢驗，本次測量共得到9個數(shù)據(jù)，這9個數(shù)據(jù)的平均值就是PCM+探測儀得到的試驗結(jié)果。

其次，對四分位距進(jìn)行確定，所確定的四分位距：Q=Q3-Q1；在這個公式中，四分位距由Q代表、第三四分位數(shù)由Q3表示、Q1表示第一四分位數(shù)。利用四分位數(shù)處理試驗得到的9個數(shù)據(jù)，可以得到Q0。

最后，對能力統(tǒng)計量進(jìn)行明確，按照公式Z=x-X/Q0計算能力統(tǒng)計量。

(4)對比結(jié)論

DM和PCM+探測儀的對比結(jié)果如表1所示。

表1 DM和PCM+探測儀試驗結(jié)果

由表1可知，兩種探測儀的檢測精度都非常高，甚至精確到小數(shù)點的7位以上，能夠大致還原管道的實際情況。

通過對比分析判定，DM和PCM+探測儀均具有良好的性能，可以滿足管道探測的需要。但DM管線探測儀的抗干擾能力相對偏低，如果管線發(fā)射機(jī)位置不合理，在直讀埋深時可能會出現(xiàn)嚴(yán)重的誤差，故不適合使用直讀法進(jìn)行探測。而PCM+探測儀的缺點為設(shè)備沉重，且使用成本較高。建議有關(guān)部門在選擇探測儀器時應(yīng)根據(jù)自身的需要酌情選擇。

2 PCM+探測儀用于大埋深金屬管道探測中的使用方法

在使用PCM+探測儀探測管道時，可以從峰值法和谷值法中自由選擇一種方法，完成對管道的探測。

在做好現(xiàn)場情況勘查工作之后，首先應(yīng)確保發(fā)射機(jī)的接地效果，然后將輸出線與被測管道相連接，隨即啟動接收機(jī)電源，保證發(fā)射機(jī)輸出頻率與工作頻率的一致性。此時，接收機(jī)上會存在顯示訊號強(qiáng)度的顯示條，工作時可以通過調(diào)節(jié)按鈕進(jìn)行訊號的調(diào)節(jié)，然后按下頻率鍵，讓接收機(jī)進(jìn)入波谷模式，此時接收機(jī)的面板上就會出現(xiàn)一個箭頭指示，可以將該箭頭指示作為依據(jù)，對地下管道的位置進(jìn)行確定；在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)轉(zhuǎn)換頻率，使接收機(jī)進(jìn)入波峰模式，長按頻率鍵3s，接收機(jī)就會對埋深進(jìn)行顯示。此時，做好記錄為后續(xù)工作的開展提供依據(jù)[2]。PCM+探測儀具體使用方法可以分為以下幾個步驟：

(1)PCM發(fā)射機(jī)

①在通電之前，應(yīng)該調(diào)整發(fā)射機(jī)的電源，促使電源檔位為OFF檔，簡言之，就是發(fā)射機(jī)在啟動之前應(yīng)該保持關(guān)機(jī)的狀態(tài)；

②調(diào)整發(fā)射機(jī)的電流檔，100mA或300mA均可；

③頻率調(diào)到中間檔；

④在電源輸入線中，應(yīng)該確保黑線與負(fù)極相連接，而紅線需要與正極相連接；

⑤在調(diào)整信號輸出線時，應(yīng)確保白線與管道相連，而綠線需要連接接地棒；

⑥應(yīng)盡量增加接地棒導(dǎo)線的長度，其長度應(yīng)超過45m。

(2)PCM接收機(jī)

①工作人員應(yīng)該結(jié)合圖紙，對管線進(jìn)行定位，然后控制發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的間距；

②按開關(guān)，啟動接收機(jī)；

③按Mode鍵，對測繪方式進(jìn)行選擇；

④按Peak鍵，對峰值和峰谷進(jìn)行選擇；

⑤保證接收機(jī)的牢固性；

⑥進(jìn)行峰谷方式的選擇。

3 PCM+探測儀應(yīng)用于大埋深金屬管道探測中的實例研究

3.1 PCM+探測儀在天然氣拉管探測中的應(yīng)用

某天然氣管線工程位于福建省福州市，管線走向為自南向北，管線位于公路兩側(cè)，管徑為400mm，由于管線需要穿過公路，故在施工過程采取了拉管技術(shù)，對經(jīng)過公路部分的天然氣管道進(jìn)行處理，其拉管埋深與普通管道埋設(shè)深度相比，具有深度大的特點，最大埋設(shè)深度可達(dá)20m。由于需要在公路兩側(cè)建設(shè)自來水管線工程，因此必須掌握天然氣拉管的埋設(shè)情況，故通過PCM+探測儀的使用，探測該區(qū)域的天然氣拉管，且取得了良好的效果，如圖1所示，PCM+探測在拉管埋設(shè)深度高達(dá)14.8m時，其電流信號并沒有受到影響。該工程案例證明了PCM+探測儀在探測大埋深金屬管道具有十分顯著的優(yōu)勢[3]。

3.2 PCM+探測儀在探測福州市達(dá)明路煤氣中壓管道中的應(yīng)用實例分析

圖2 州市達(dá)明路電流曲線圖

探測福州市達(dá)明路煤氣中壓管道時應(yīng)用了PCM+探測儀。首先，將1A的ELF電流由站前閥門向管道施加，同時將通過兩側(cè)檢測所獲得的電流結(jié)果作為依據(jù)，繪制了電流曲線圖，如圖2所示。第一次對管線進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)在第3點和第4點間，電流迅速下降，下降幅度高達(dá)400mA，而其他管段電流下降速度較為平緩，于是使用A字架查找原因，將箭頭指向第3點和第4點間管彎處，由此推斷這個位置的管道防腐層存在的問題；然后，將該處管道挖開，發(fā)現(xiàn)該位置管道的防腐層確實存在一定的缺陷。經(jīng)過修復(fù)后，使用PCM+探測儀重新檢測，發(fā)現(xiàn)電流異常狀況小時，所繪制的電流變化曲線也接近平緩。

3.3 PCM+探測儀在探測福州市福新東路煤氣中壓管道中的應(yīng)用實例分析

在檢測福州市福新東路煤氣中壓管道時，利用PCM+探測儀繪制了管線的電流曲線圖，如圖3所示。經(jīng)檢測后發(fā)現(xiàn)，煤氣中壓管道多段管線出現(xiàn)了電流異常下降的狀況，在間距40m處情況尤為嚴(yán)重。該管段在長度為1km的距離內(nèi)，所損失的電流高達(dá)1A，由此表明，這段管線具有非常大的電流衰減率，電流曲線分布較為陡峭，檢測時將其作為依據(jù)，推斷出該管線的防腐層存在問題。然后，據(jù)此對管道進(jìn)行開挖，發(fā)現(xiàn)管道確實存在老化情況，檢測單位對老化管道進(jìn)行了更換和維修，從而使管道恢復(fù)了正常。

圖3 福州市福新東路煤氣中壓管道電流曲線圖

4 結(jié)語

綜上所述，大埋深金屬管道探測并不是單純的追蹤信號定位定深，重要是利用管道的埋設(shè)特點及材質(zhì)、管徑，結(jié)合實地情況進(jìn)行。通過分析PCM+探測儀用于大埋深金屬管道探測中的實例和對比不同探測儀的工作性能和不足，可以發(fā)現(xiàn)，將PCM+探測儀與DM探測儀相比，在檢測精度上相對較高，但卻存在著使用成本高，且設(shè)備沉重的缺陷，故有關(guān)部門在使用過程中應(yīng)按照使用方法，充分發(fā)揮儀器特性，以確保探測工作的順利開展，提高了施工效率和探測精度。

其次，雖然使用者在不掌握PCM+探測儀工作原理的情況下，依然可以有效使用PCM+探測儀進(jìn)行管線探測，但是加強(qiáng)對PCM+探測儀工作原理的掌握，有利于在應(yīng)用設(shè)備過程中更加靈活，以充分發(fā)揮設(shè)備在探測大埋深金屬管道的作用。為此，探測時需要在應(yīng)用在PCM+探測儀時，掌握其技術(shù)原理。PCM+探測儀的工作原理就是所謂的電磁感應(yīng)原理，在一個電流流經(jīng)一條管線時，那么就會在周邊產(chǎn)生一定的電磁場，一般情況下可以根據(jù)右手定則，對磁場的方向進(jìn)行明確，流經(jīng)的電流直接關(guān)系到磁場強(qiáng)弱，一旦流經(jīng)導(dǎo)線的電流出現(xiàn)波動，那么磁場也會發(fā)生相應(yīng)的波動，這種會出現(xiàn)波動的磁場就是電磁場[1]。同理，如果導(dǎo)線在磁場中進(jìn)行磁力線切割動作，感生電流就會隨之產(chǎn)生，導(dǎo)線處會在不斷變化的磁場中進(jìn)行運(yùn)動，同樣會導(dǎo)致電流的感生。簡言之，電流與磁場是相輔相成的，電流是產(chǎn)生磁場的基礎(chǔ)，而磁場運(yùn)動又是電流感生的主要途徑。而PCM+探測儀屬于一個交變信號發(fā)生器，換句話講，PCM+探測儀等同于一個電源，并且這個電源就有產(chǎn)生交流信號的功能。在上述案例中，就利用電流信號發(fā)射機(jī)會將電流信號發(fā)送至管道，此時管道就好比一根深埋地下的導(dǎo)線，成為了電流信號的傳播介質(zhì)，在電流信號流經(jīng)管道后，管道周圍就會有磁場產(chǎn)生，在電流發(fā)生變化時，磁場會隨之發(fā)生改變。然后依據(jù)電流變化的異常狀況，對管道缺陷進(jìn)行判斷和定位。