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埋地燃气钢管外防腐层完整性检查标准探讨

发布时间:2019-06-12 07:54 来源:未知 编辑:admin

  1、中交武汉港湾工程设计研究院有限公司长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室;2.建设部沈阳煤气热力研究设计院,王亚平 张国志 屠柳青 董炽 高鹏

  摘要:新建埋地燃气钢质管道外防腐层必须进行完整性检查,是CJJ95—2003《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》提出的强制性要求。介绍了埋地钢质管道外防腐层性能检测的主要方法,对多项标准中的规定进行了讨论,建议在检测中综合应用几种不同的方法进行测试。

  管道的完整性是指管道在物理上和功能上完整,始终处于安全可靠的受控状态,管理人员不断采取措施防止管道事故的发生。在CJJ95—2003《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》中提出了“防腐层完整性”概念。第5.3.5条为强制性条文:“防腐管回填后必须对防腐层完整性进行检查”。在条文说明中表述为:“防腐管道在下沟回填时很容易损伤防腐层,形成腐蚀隐患。目前常采用音频信号检漏仪及时按国家现行标准检查防腐层受损情况,一旦受损,对防腐层应立即采取修补措施”。条文的规定非常严格,对检测出的防腐层缺陷必须修补。由于音频信号检漏仪的原理为人体电容法,是定性的检测设备,其检测结果对防腐层的检测评价没有定量的标准,在实践中检测人员对检测结论很难有一致的判断,直接影响了标准的执行效力。我们理解“防腐层完整性”要求应该侧重指在施工完工后防腐层的电绝缘性能,在实践中一般可以通过两方面的指标来评价:单位长度管道上防腐层漏点数量,管道防腐层绝缘电阻率。本文即讨论这两方面的问题。

  交流电流衰减法在实践应用中主要为多频管中电流法和C-扫描法。一般用来评价管道防腐层质量,检测和比较不连续的防腐层异常。由于磁场可以穿透冰、水和混凝土等表层来采集管道防腐层的信息,这项技术不需要和土壤直接电性接触。测量时,通过发射机(信号发生器)向管道发射一个恒定的交流信号,用接收机从地面接收管道中的电流信号。现场记录信号衰减、管道埋深,通过专用软件计算防腐层绝缘电阻率。国内标准中提及的多频管中电流法的代表性仪器为RD-PCM[1],其测试频率有3种:128、64、4Hz,输出电流可以达到3A。C-扫描是近年来从英国引进的测试仪器,代表性的仪器为C-SCAN2010,其测试频率唯一:937.5Hz,输出电流一般为750mA,最大为1A。交流电流衰减法可以定性测量防腐层电阻率、管道埋深,还能够区分单个和连续的防腐层缺陷。

  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,电信号沿管道纵向逐渐衰减,采用改变频率使信号衰减到某个电平值的方法来求取信号传播常数。防腐层绝缘电阻率就包含在该常数中,根据已知参数和现场测量参数即可求得防腐层绝缘电阻率。代表性的仪器为AY508。此方法只能定量测量一段管道石油沥青防腐层电阻率[1]。

  在美国腐蚀工程师协会标准NACETM0102-2002《地下管道覆盖层电导率的测量》中采用的是直流法测试管道防腐层电阻率。通过对一段管道通入直流电流,测量管道沿线各点的电位变化,并测量每段管段上的泄漏电流,然后计算外防腐层电阻率(注:NACE规范中计算的是电导率,与国内规范中的外防腐层电阻率互为倒数关系)。其测试方法有一般方法和电位衰减法两种,并对测试结果通过特定土壤电阻率加以修正,得到标准条件下的防腐层电阻率。国内最新的规范中测试管道防腐层电阻率的方法是参照NACETM0102-2002中“一般方法”提出的[2]。

  人体电容法也称为皮尔逊(Pearson)法或铁鞋法,是一种确定埋地管道防腐层漏点位置的地面测量技术。测量时,通过发射机(信号发生器)向管道发射一个恒定的交流信号(频率为1kHz或175Hz),沿管道测量两个与地面电性接触的移动电极之间的电位差,通过接收器接收防腐层缺陷部位漏到大地的信号(电位梯度),来确定缺陷部位。CJJ95—2003中的音频信号检漏仪原理即为人体电容法。代表性的仪器为SL2088和ZB-2088。人体电容法测量中没有确定防腐层缺陷大小的准则,一般只用来定位缺陷。在实践应用中,测试人员可以根据接收机信号的强弱、距发射机的远近等经验比较同一管段上防腐层缺陷的大小。也有文献报道利用人体电容法的测试结果来划分防腐层绝缘电阻率的等级[3]。

  直流电位梯度法(DCVG)是目前世界上比较先进的埋地管道防腐层缺陷检测技术,可以对防腐层缺陷的位置进行定位,并可以判断缺陷的大小程度。一般与密间隔管地电位测量(CIPS)技术结合使用。其工作原理为:在施加阴极保护的埋地管道上,如果管道防腐层破损,阴极保护电流在破损处的地面上会形成一个电压梯度,DCVG技术就是通过检测地面的电压梯度来判断防腐层缺陷的位置与大小。

  对埋地钢质管道进行防腐层性能检测,国内现行标准中的检测方法与评价指标不统一[1、2、4~6],其主要区别见表1。

  直流法是NACETM0102—2002《地下管道覆盖层电导率的测量》和其他规范均认可的测试方法,其测试结果真实可靠,基本能够反映防腐层绝缘电阻率的大小,但受到现场条件及杂散电流干扰的限制,在实际中应用较少。目前在现场应用较广泛的测试方法有4种:交流电流衰减法(包括多频管中电流法和C-扫描法)、变频-选频法、人体电容法、直流电位梯度法。在有关文献介绍的具体实践中,测试相同管道时不同测试方法得出的结论有较大出入[7~9]。交流电流衰减法比较快捷,可以测试任意长管道防腐层的电阻率,并判别防腐层缺陷的具体区域。对交流电流衰减法测试中电流衰减值较大的区域,采用人体电容法或直流电位梯度法,可以很快检测出管道防腐层缺陷的具体位置。

  SY/T0087.1—2006《钢质管道及储罐腐蚀评价标准:埋地钢质管道外腐蚀直接评价》中3.3节要求采用两种互补的间接检测方法进行验证,以减少测试偏差。最新发布的阴极保护国家标准GB/T21448—2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》第9节中也建议在阴极保护系统运行1年内,宜进行下列调查[10]:防腐层检漏、电流衰减测量、密间隔管地电位测量、直流电位梯度法检测、管地电位缺陷定位测量、全线防腐层绝缘电阻率测试。GB/T21448—2008标准中对于阴极保护的有效性和防腐层性能非常关注,但是都没有涉及“防腐层一旦受损,对防腐层应立即采取修补措施”。我们认为阴极保护的有效性评价和管道实际的腐蚀程度更应该受到重视。过分地强调防腐层的作用,要求没有破损,在实践中很难操作。此时有效的阴极保护系统和定期的腐蚀检测评价就可以弥补防腐层不足可能导致的风险。

  ①在定量测试外防腐层绝缘电阻率时,应采用直流法进行测试。交流电流衰减法(包括多频管中电流法和C-扫描法)只能作为定性的辅助手段。

  ②在测试防腐层缺陷的准确位置和程度时,应采用直流电位梯度法(DCVG),一般与密间隔管地电位测量(CIPS)技术结合使用。也可以采用人体电容法定性测试。

  ③鉴于管道安装时阴极保护设备还没有投入使用,实践中可以采用交流电流衰减法(包括多频管中电流法和C-扫描法)和人体电容法定性测试防腐层的绝缘性能,并对测试结果进行比较分析。

  ④对于采用定性检测方法得到的测试数据,不同的测试人员可能有不同的结论,此时如何判断与执行CJJ95—2003标准中的“防腐层一旦受损,对防腐层应立即采取修补措施”的要求,是实践中需要进一步研究的问题。

  ⑤阴极保护的有效性评价和管道实际的腐蚀程度更应该受到重视,腐蚀控制系统更重要的是日常的运行管理与维护。

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