(廣東省特種設(shè)備檢測研究院,廣東 佛山 528251)
對于埋地敷設(shè)的輸油或輸氣管道,合理地涂覆外防腐層是防止管道本體出現(xiàn)金屬損傷的重要措施。眾所周知,外防腐層應(yīng)具有足夠的完整性;然而,在實(shí)際的管道敷設(shè)過程中,管道外壁涂覆的防腐層容易損壞。分析其原因,一是會因碰撞摩擦等原因造成缺損;二是隨著管道在土壤中長周期運(yùn)行,受濕度、酸堿度及雜散電流等因素的影響也有可能造成外防腐層出現(xiàn)破損、剝離和穿孔等現(xiàn)象。管道外防腐層的完整性直接影響埋地長輸管道的本質(zhì)安全[1]。
當(dāng)前,針對埋地長輸管道外防腐層完整性檢測的主要技術(shù)手段有:皮爾遜檢測法、直流電位梯度法(DCVG)及多頻管中電流檢測法(PCM)等[2]。PCM檢測方法操作比較簡單,初學(xué)者較易上手[3]。PCM檢測法具有很強(qiáng)的管道定位功能,而且不會受到地形因素和防腐涂層材料等外界因素影響。由于該方法適用于地表環(huán)境復(fù)雜多變的埋地管道外防腐層檢測[4],因此,被廣泛應(yīng)用于埋地管道外防腐層完整性檢測。
整個(gè)檢測系統(tǒng)主要由:信號激勵(lì)裝置、接收機(jī)和A字架構(gòu)成[5]。PCM檢測系統(tǒng)見圖1。利用PCM檢測系統(tǒng)可對管道進(jìn)行定位及埋深勘測,同時(shí),通過檢測管道經(jīng)過的電流可對外防腐層整體完整性做出判斷[6]。從理論上說,采用PCM技術(shù)對埋地管道外防腐層完整性的檢測不受管道敷設(shè)長度的影響,檢測系統(tǒng)可對30 km長的埋地管道實(shí)現(xiàn)一次性作業(yè)[7]。檢測過程中,根據(jù)觀察接收機(jī)記錄的電流幅值信號,一旦出現(xiàn)異常信號時(shí),配合專用A字架,即可對異常信號位置進(jìn)行厘米(cm)級誤差范圍內(nèi)的精確定位。然而實(shí)際的工程實(shí)踐表明:由于受到地理環(huán)境因素、防腐層破損面積、管道彎頭、三通和直管等影響,檢測電流往往在埋地管線本體中傳播數(shù)公里后發(fā)生迅速衰減,從而致使檢測靈敏度大大降低。因此,采用PCM技術(shù)進(jìn)行埋地管道外防腐層完整性檢測通常施行分段方式進(jìn)行。
圖1 PCM檢測系統(tǒng)示意
PCM檢測技術(shù)的基本工作原理是通過信號激勵(lì)裝置向被檢管道傳輸多種頻率的電流信號,電流隨著管道軸向逐漸傳播,并隨距離的增加不斷衰減。電流幅值衰減的速率取決于埋地管道外防腐層電阻率,若防腐層平均電阻率高則衰減速率慢,反之則快[8]。被檢管道中電流衰減規(guī)律如式(1)所示。
I=I0e-ax
(1)
式中:I為被檢管道中任意一處檢測電流;I0為激勵(lì)單元供給被檢管道的電流信號;x為激勵(lì)單元至被檢管道點(diǎn)的距離;a為電流幅值衰減系數(shù)。
管道外防腐層在相同材質(zhì)并且各管段外防腐層平均電阻率幾乎無區(qū)別條件下時(shí),被檢管道中的電流強(qiáng)度的自然對數(shù)與激勵(lì)信號點(diǎn)位置的距離幾乎成線性關(guān)系,其斜率實(shí)質(zhì)為電流衰減率。當(dāng)管道外防腐層完整性出現(xiàn)異常時(shí),電流通過異常位置會發(fā)生衰減,此處的值將發(fā)生突變增大;電流衰減率與距離之間的關(guān)系曲線示意圖將會出現(xiàn)一個(gè)明顯脈沖方波異常,以此表示該檢測點(diǎn)防腐層可能存在破損點(diǎn)。
采用PCM技術(shù)手段,對某煉化廠區(qū)內(nèi)的某段埋地原油管道進(jìn)行外防腐層完整性檢測。被檢管道及其外防腐層材質(zhì)等相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。
表1 被檢管道基本信息
為確保埋地管道的安全運(yùn)行,不受外力破壞影響,依據(jù)輸油管道工程設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,管線的敷設(shè)深度必須滿足下列要求:根據(jù)管道經(jīng)過的地區(qū)等級、農(nóng)田耕作深度、凍土深度、地下水深度等因素,根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),一般情況下管頂?shù)母餐翆雍穸葢?yīng)不低于0.8 m。對現(xiàn)場待檢埋地管道進(jìn)行隨機(jī)深度測試,采集32處檢測點(diǎn),結(jié)果如圖2所示。管道深度范圍為1.55~5.88 m,符合一般施工要求。
在待檢原油管道周邊沿線的陰極保護(hù)測試樁引入發(fā)射源,信號激勵(lì)裝置一端接入待檢管道閥門,另一端接入大地,同時(shí)設(shè)定檢測頻率。專用A字架與信號接收機(jī)相連,根據(jù)已被確定好的管道走向,攜帶A字架沿管線進(jìn)行檢測,并根據(jù)讀取A字架底端兩個(gè)探針之間獲取的dB值對管道防腐層完整性做出評估。結(jié)合以往檢測經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)技術(shù)規(guī)范,對于該條埋地原油管道外防腐層破損點(diǎn)評價(jià)的依據(jù)見表2。
圖2 管道埋深數(shù)據(jù)
表2 被檢管道外防腐層質(zhì)量評估
該次檢測的原油管道長度為986 m,發(fā)現(xiàn)3PE外防腐層破損點(diǎn)27處,見表3。
表3 管道外防腐層破損點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)
經(jīng)PCM檢測發(fā)現(xiàn)存在27處疑似破損點(diǎn),考慮實(shí)際的破損點(diǎn)數(shù)量較多,因此采用隨機(jī)開挖抽查方式進(jìn)行完整性檢測數(shù)據(jù)的有效性驗(yàn)證。對6號及9號疑似破損點(diǎn)位置進(jìn)行開挖驗(yàn)證,經(jīng)開挖發(fā)現(xiàn),6號檢測點(diǎn)處原油管段外防腐層已出現(xiàn)局部脫落,9號檢測點(diǎn)位置防腐層出現(xiàn)破損,兩處的管體均未發(fā)生金屬壁厚缺損(見圖3)。由圖3可以看出,采用PCM技術(shù)手段可對埋地金屬管道外防腐層完整性進(jìn)行有效檢測。
圖3 6號和9號外防腐層破損點(diǎn)實(shí)物
應(yīng)用PCM技術(shù)可對埋地金屬輸油管道外防腐層完整性進(jìn)行有效評價(jià)。采用PCM技術(shù)既可對外防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的定位,也可實(shí)現(xiàn)不停車在役檢測,從而有效地降低了企業(yè)實(shí)施開挖作業(yè)的成本。在埋地金屬管道實(shí)施PCM檢測前,作業(yè)人員需提前熟悉管道走向、測試管道深度及觀察管道周邊可能存在的干擾因素,從而確保PCM檢測數(shù)值的真實(shí)性和有效性。