黔西南州阳光天然气发展有限公司 贵州兴义 562400
摘要：根据埋地钢管完整性检测的实施情况，并对检测过程中发现的问题进行了深入的探讨。针对城镇燃气管道中钢质管道防腐层的检测，根据实践中的检测事例，为DCVG检测技术在城市燃气管道防腐层检测提供了测量经验。
关键词：埋地钢管；防腐层；检测；修复
1.前言
十三五期间，中国城镇天然气的应用得到进一步迅速普及，天然气管道铺设里程数不断攀升。2015年中国城镇燃气管道在役里程数约60万公里，到2017年增加至约8万公里。
阳光天然气公司位于黔西南州兴义市，公司成立于14年4月，公司主体管网由Ø406mm、Ø273mm、Ø219mm等多种管径钢管组成，管网地质情况，全市共有8个土壤类型、27个亚类、79个土属、161个土种。其中喀斯特地貌去自燃区自然土主要是石灰土，其次还有旱作土。埋地钢管进行了3层PE、冷缠带等防腐层技术处理。近年来，为了适应城镇及工业发展需要，燃气管网进行了大幅度的扩展及延伸，在役管道里程数已达到110公里，其中钢管60公里。为了确保燃气管网的安全运行，依据《城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程》（CJJ51-2016）、《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》（CJJ95-2013），公司决定为在役的钢制管道进行管道完整性评价，同时为严把工程验收关，及时发现新建管道存在问题，在竣工验收之前也要求进行管道完整性评价。
2.钢管完整性检测仪器及方案
埋地钢管防腐层缺陷探测的方法有很多，如标准管/地（P/S）电位测试、密间隔电位测试技术（CIPS）、直流电位梯度测试技术（DCVG）、皮尔逊（Pearson）检测技术、管中电流衰减测试技术（PCM）、变频－选频技术等，这些方法各有优缺点。公司在役燃气管道主要采用3层PE防腐、冷缠带两种防腐层技术。防腐层材质不一对管道检测带来一定的困难，根据设备厂家推荐，决定采用DCVG检测技术对管道防腐层进行全面调查。
2.1管道防腐层检测使用仪器
本次管道防腐层检测采用澳大利亚生产的PCS-2000 DCVG测量仪以及海安晟利生产的SL2188检测仪联合检测。
DCVG技术是在埋地管道上施加一个直流电源（如阴极保护电流），并采用周期性同步断路器使管道上形成周期性通、断的直流电流。如果管道防腐层存在破损点，泄漏电流将在破损点周围土壤形成一个稳定的直流电压梯度场，其范围将在十几米至几十米之间变化，对其进行检测可比较准确的发现破损点。通过在管道地面上方的两个Cu/CuSO4饱和参比电极以及与电极连接的高灵敏度毫伏表来检测这个电位梯度，就可以判断管道破损点的位置和大小。
检测时，当检查者接近防腐层缺陷点事，电压表相应信号渐渐增强，当两探杆分别位于缺陷点的两侧时，电压表指针突然变小接近于零，其余点信号都很大，当检测则离开防腐层缺陷点时，电压表信号渐渐减小，从而可以准确的定位防腐层缺陷点。
根据DCVG检测的技术原理，通过对埋地管道防腐层缺陷处地表电场检测，绘出缺陷处地表电场等压线轮廓形状，根据绘制的地表电场等电位线可以判断埋地管道防腐层缺陷的形状以及缺陷所在管体的位置。典型的电场轮廓线有图1所示的几种。
在检测过程中，通过检测管地电位差可以进一步判断防腐层缺陷的大小。在阴极保护过程中，外加电流在管道上形成的电位差包括管道到周边土壤的电位差VI和管道边的土壤到远方大地的电位差VS，管道的电位差可由图2所示，他们之间的关系可由下式表示[3]：
VT=VI+VS （1）
其中：VT——管道到远方大地点的电位差，mV
VI—— 管道到周边土壤的电位差，mV
VS—— 管道边的土壤到远大地点的电位差，mV
采用DCVG进行检测时，VT为管道外加电流的断电电位Voff与管道外加电流的通电电位Von的差，VS可由DCVG的高灵敏度毫伏表直接读取。
图1 典型的几种管道防腐层缺陷地表电场等电位轮廓线示意图
图2 管道外加电流后周边电位分布图
在埋地管道阴极保护电位差中，VI是外加阴极保护电压中真正起到保护管道作用的一部分电压，VS是为克服土壤阻抗而损失的电压，对于保护管道并没有作用，所以要获得较好的阴极保护效果，VI应较大而VS较小，阴极保护的水平可以用VI的大小来衡量。然而在实际的检测中很难对VI进行测量，而较容易测量VS的值，因此可以利用VS值的大小来评价阴极保护的作用，通常是利用其占埋地管道外加阴极保护电位差的百分比进行表示，公式如下：
（2）
IR越大，阴极保护程度越低，外加电流在此处流失严重，因此埋地管道防腐层缺陷面积越大，因而DCVG能够较准确地预测防腐层缺陷面积的大小，并能对整个管道的阴极保护效果做出客观的判断[4-5]。
根据实际检查经验，IR降大小与防腐层破损情况如表1所示：
表1 IR降与管道防腐层破损大小情况关系及判断准则
2.2检测具体方案
由于公司燃气管网采用了两种防腐材料，两种防腐材料都有这各自的特点：三层PE防腐层绝缘性较好，防腐层没有破损的情况下不会出现漏电现象，而冷缠带防腐层的绝缘性较差，在管道上施加DCVG检测电流，在管道周边会出现几毫伏的微小漏电电位。因此在试探性检测后提出以下检测方案：在管道检测过程中对3层PE类防腐层采用传统的DCVG检测方法即寻找防腐漏点来判断管道防腐层的好坏；对于采用冷缠带防腐的钢制管道采用检测垂直于管道走向方向约1 m内的地表电位差，并绘制管道沿途电位差值与距离的关系确定管道防腐层的好坏。
3.检测结果及讨论
3.1 检测结果
本次钢制管道防腐层安全检测共检测55公里在役管道，其中约26.4公里为新铺设管道。检测结果如表2所示：
表2 钢制管道防腐层安全评价检测结果
从检测结果可以看出3层PE类防腐层单位里程数内出现缺陷的数目明显小于冷缠带类防腐层。根据检测到信号的强弱，对达到开挖程度的漏电点进行开挖，开挖结果表明除个别情况受到环境影响未找到防腐层破损处外，开挖结果基本与检测结果相同，准确率达到90%以上。说明了广泛应用于长输管道检测的DCVG技术同样可以应用于城市燃气管道防腐层检测工作。
对冷缠带防腐层的管道采用DCVG技术检测垂直于管道走向1 m内电位差波动来判断防腐层的好坏。由于整个管网内未设置绝缘法兰，管道内施加的电流流失严重，在管道阀门井处施加电压信号只能达到365 mV。检测过程中采取每间隔5 m记录一次电位梯度值，在信号增强区间内减少踩点间距，根据记录数据绘制沿管道走向方向1 m范围内的电位梯度图。从图可以清楚的反映管道防腐层的状况。在图中出现波峰处说明管道防腐层漏点严重，防腐层出现较大问题需要进行开挖修补。这种方法能有效的判断管道是否因为防腐层绝缘性能差而造成的漏电还是防腐层出现缺陷而造成的漏电。对该段管道选择性的选取了5处波峰位置进行开挖验证，开挖结果表明发现管道防腐层出现多处破损，如图3所示。
图3 管道防腐层缺陷处现场开挖图
3.2 检测结果
本次钢制管道防腐层检测主要问题：
1. 管道防腐层漏电点出现区域性集中。城市燃气管道不同于长输燃气管道，不同的管道施工的时间不同，施工及监理单位不同，施工的环境也有所不同，这些都会影响到管道防腐的好坏。因此在检测中发现，部分管道防腐层状况较好，未出现防腐层漏电现象。而部分管道出现较多漏电现象。如在一段长约2公里的高压管道上发现6处漏电现象。选择性的对5处进行开挖，发现4处出现管防腐层破损，1处为防腐层部分厚度划伤，检测结果如表3所示。对开挖的防腐层破损点进行检测发现，防腐层破损基本是施工过程中遗留下来的。因此管道施工过程中对防腐层的保护是非常重要的，同时应加强对施工过程中的监理。
2. 从管道的在役工龄来看，新铺设管道同样存在防腐层缺陷，对新铺设的3层PE防腐层和冷缠带防腐层的5处开挖结果表明，其中2处为施工过程中防腐层处理不当而造成的，3处为后期管道施工时对管道造成的损伤。这些缺陷点对今后防腐层的运行存在着致命的危害。这也印证了在役管道防腐层的缺陷主要来自于管道施工过程中，因此对新铺设管道进行防腐层安全评价是非常有必要的。
表3 防腐层检测及开挖损伤表
根据检测结果及开挖情况：（1）对3PE类防腐层管道根据相关标准规范，过5年后进行防腐层检测及综合评价，而对冷缠带防腐层检测时间间隔可每隔3年检测一次。（2）开挖结果发现防腐层缺陷处均为管道铺设施工时造成的。因此建议在今后的管道铺设中加强监理职能，并将防腐层缺陷检查作为管道竣工验收，衡量管道竣工质量好坏的一评价标准。
4.结论
阳光天然气公司本次检测本着以安全第一、预防为主的方针，对该公司管辖的钢制天然气管道进行了防腐层检测，对新竣工管道同样进行完整性检测并将防腐层检测结果作为管道竣工验收的标准之一，这是对管道安全运行管理的一次重要探索。
参考文献：
[1]王长勇，基于阴极保护的埋地钢质管道外覆盖层缺陷检测与评价方法研究.北京工业大学，2007.
[2]周琰，靳世久，孙墨杰，肖昆．埋地管道防腐层缺陷DCVG检测技术研究及应用[J]．管道技术与设备，2001（5），38-40.
[3]张宇. 埋地管道防腐层缺陷快速检测系统的研究[C]，天津：天津大学，2006
[4]李颜强，徐正康，王昌遒. 全国城市燃气管道的发展和改造[A]. 中国土木工程学会城市燃气分会第九届理事会第一次会议论文集[C]，2006
[5]胡士信，阴极保护工程手册[M]，北京：化工工业出版社，1999年1月第一版.
论文作者:杨忠营
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/10/1
标签：管道论文; 缺陷论文; 电位差论文; 阴极论文; 电位论文; 燃气论文; 电流论文; 《基层建设》2018年第27期论文;