高 星 沈成业 李斌彬 钱盛杰 胡炜炜 陈文飞

（宁波市特种设备检验研究院）

管道输送在物料输运中占有重要地位，现已广泛用于气态物料、 液态物料等的远距离输送。管道一般可以分为架空敷设和埋地敷设。 架空管道一般采用管廊架敷设，因管廊架的设计和规划受城市建设的影响很大，且敷设费用高昂，后期还需要定期支付一定的租金，故对于一般低风险的管道常常会选用埋地敷设的方式。 而埋地管道由于地理环境复杂，一旦发生事故，会导致巨大的经济损失甚至人员伤亡。 在导致事故的众多因素中，管道表面腐蚀是引发事故的主要原因。

无损检验是保障管道安装质量和运行质量的有效手段，有助于及时发现、处理安全隐患，因此对埋地管道的无损检验研究具有重要的意义。业界在埋地管道方面推出了一些可行的新型无损检验技术，获得了不少试验和应用数据。 目前，常用的埋地管道不开挖检验技术有：PCM+系统不开挖检验、C-SCAN 探地雷达检测、地球弱磁检测、瞬变电磁（TEM）检测及局部开挖的导波检测等。 其中，地球弱磁检测技术、探地雷达检测技术均可检测埋地金属/非金属管道的埋藏深度和走向，瞬变电磁（TEM）检测技术可进行埋地金属管道的壁厚测定和腐蚀检测。 这些技术中借助于多频管中电流检测仪（PCM）、直流电压梯度检测仪（DCVG）或密间隔管地电位检测仪（CIPS）来完成对埋地金属管道防腐层的破损情况和阴极保护装置完好情况的检测。

1 埋地管道现状

某气体公司共有3 种介质的工业气体输送管道（表1），其中氧气管道总长约53 km，氮气管道总长约87 km，氢气管道总长约10 km。 管道途经大榭、北仑及镇海（包括石化区）等区域，其管道敷设方式主要为埋地敷设。 由于管内工作介质都是高纯度的气体， 该管道基本不存在内腐蚀，而会受到来自于土壤的外腐蚀。

表1 工业气体输送管道的设计参数

土壤的固相间隙中常含有空气和水，水中所含的盐分使土壤具有离子导电性，从而使土壤具有一定的电腐蚀性。 为此， 埋地管道通常选用3层PE 覆盖层（加强级）——第1 层是环氧粉末涂层、第2 层是胶粘剂层、第3 层是聚乙烯覆盖层，补口处采用内涂环氧树脂底漆的热收缩套 （带）进行包裹。 另外，埋地管道还选用外加电流阴极保护法——利用外部直流电源取得阴极极化电流来防止金属遭受腐蚀的方法，被保护的金属接在直流电源的负极上，而在电源的正极则接辅助电极。 外加电流对管径较大并有连续绝缘层的管段能取得良好的保护效果， 当杂散电流产生的管-地电位变化超过牺牲阳极的保护能力时，采用外加电流可消除杂散电流的影响。

2 埋地管道不开挖检验技术

2.1 PCM+系统

PCM+系统主要由发射机和信号接收机组成， 通过发射机在管道和大地间施加某一频率的电流，给待测管道施加信号，在地面上沿管路由接收机测出管道中各测点流过的电流值 （图1）， 测试结果可以确定管道的位置和防腐层的状况［1］。

图1 PCM+系统检验原理示意图

电流沿埋地钢质管道上传播，且衰减程度随着与起始点间距离的增加而增加：当存在破损点时， 电流会从破损点穿过防腐层泄漏到土壤中，此时电信号衰减必然增大； 如果防腐层均匀完好，电信号衰减呈对数曲线形式。 电流衰减值主要取决于防腐层/涂层的绝缘电阻和单位长度的管道防腐层/涂层表面积［2］，对于给定的防腐涂层，衰减值与管道的周向面积成比例。

若管段对应的衰减值明显增大或探测到泄漏的电信号固定指向某个方向，则说明该管段的防腐层存在面积较大的破损点或者数量较多且密集的小破损点。 此时， 通过先记录间隔3～5 m的检验电流值，发现电流衰减曲线中下降最快即破损最严重的位置进行精确定位（定位精度一般为1～2 m），随即可开挖、检验和修复。

2.2 现场检验实例

某管道尺寸规格为ϕ426 mm×10 mm， 设计压力2.5 MPa，材料20#钢，采用阴极保护为主牺牲阳极保护为辅的形式， 管道走向大部分沿围墙，途经绿化带和公路，旁边有河流，穿越段采用套管，运行时间已超10 a，挖开后管道敷设位置渗水较多。

选用仪器为PCM+，电流为1 000 mA，频率为128 Hz，将检验数据输入数据处理软件，得到管线的电流和衰减值检测结果（图2）。

图2 管线的检测电流和衰减值

由图2b 可知，在1 456～1 900 m 之间出现两处较高的柱状图，且在现场通过A 支架发现箭头指向此处，怀疑有破损存在。 现场开挖后，发现1 534 m 处管道外防腐层有凹坑、1 838 m 处管道外防腐层有部分脱落（图3），露出了管道的底漆。同时，通过电火花扫查确定了这两处的防腐层可以被电火花击穿，已不能起到对管道的防腐保护作用。

图3 现场开挖发现的两处缺陷

2.3 检验精度的影响因素

管道的位置、直径、长度、材料和外覆层绝缘电阻率，发射场源、测试距离、破损点的位置、土壤介电常数、拾取信号极间距离及回路状况等因素都会对检验信号产生一定影响［3］，实例中的影响因素有以下4 种：

a. 管道组成件。 694 m 处的波峰就是由三通结构引起的，导致电流信号被旁路引流。

b. 杂散电流。设计或规定回路以外的电流称为杂散电流， 能引起大地电位梯度的变化，55 m处的波峰就是因此处跨越高压线而产生杂散电流所致。

c. 阴极保护线。 检验中会遇到破损点严重偏离管道正常走向的情况，大多因阴极保护线的影响造成了破损点的“偏移”，而非管道真实破损点的位置［4］。

d. 其他管道。在所要检验的埋地管道附近往往埋有许多其他设施，如市政排污管道、燃气管道及地下电缆等，这些设施的电信号对仪器产生一定的干扰或误导。

2.4 不开挖检验要点

不开挖检验前，需先研究管道走向，关注管道的组成件，如法兰连接的阀门、管道旁路的三通等。 有绝缘垫片的阀门会影响电信号的正常传导，从而无法探测包含该阀门的一段管道；三通旁路的影响主要在于电信号会朝电阻值低的地方传播，使所需检验管段的电信号发生明显的电流降（将电流引至旁路）。

测量的间隔点推荐选择30～50 m，对怀疑破损的区域需要缩小间隔确定破损的大致位置，以便于后续开挖。 因电流频率过低时，电信号遇到小破损就会很弱，故电流频率推荐选取128 Hz。

需要重点关注可能破坏管道外防腐层的区段，如穿跨越段、铺设岩石偏多的路段、管道上方有灌木的路段、管道附近重新开挖施工的路段以及发现管段偏移的路段。

3 结束语

埋地管道不开挖检验，对于确定埋在地下管道的走向、 埋深和破损具有较强的参考意义，可以帮助企业了解管道的近况，降低管道的使用成本并延长使用寿命。

应用PCM 检验技术检验的是防腐层的综合电气性能，而不是防腐层的物理分布。 埋地管道现场检验时所受的影响因素较多，需要事先熟悉现场做好细致的策略， 并根据实际情况及时调整。 检验人员对仪器的熟悉程度也存在一定的影响，需在现场工作中不断总结，提高操作水平。