埋地管線電流梯度檢測方法在輔助陰保設(shè)計中的應(yīng)用

1、埋地管線電流梯度檢測方法在輔助陰保設(shè)計中的應(yīng)用埋地管線電流梯度檢測方法在輔助陰保設(shè)計中的應(yīng)用摘要：外加電流陰極保護是國內(nèi)外廣泛采用的防腐技術(shù)，高效合理的保護站設(shè)計方案取決于準(zhǔn)確可靠的管道防腐數(shù)據(jù)。采用電流梯度法進行管道防腐層的參數(shù)測定，是簡單有效的方法。天津嘉信公司進行了相關(guān)的嘗試，取得了一定的成果。關(guān)鍵詞：外加電流保護、陰極保護電流密度、PCM檢測埋地鋼質(zhì)管道的外加陰極保護是當(dāng)前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的防腐技術(shù)，已有一百多年的歷史，在延緩埋地

2、管道的腐蝕發(fā)生、延長管道的服役年限上發(fā)揮了極其重要的作用。隨著我國相關(guān)行業(yè)對埋地管道管理水平的日益提高，在重要管線上都采用了陰極保護措施。近年來，國家加強了管道、壓力容器的安全立法、各行業(yè)普遍采用了以英國雷迪公司為代表的檢測儀器，對在用管線的防腐層進行檢測，提高了管道的竣工驗收、維護、更新、報廢等環(huán)節(jié)的技術(shù)管理水平，取得了可喜的社會、經(jīng)濟效益，使得我國管道的安全運行水平普遍提高。但是，對于新近在建的管線上進行外加電流陰極保護設(shè)計的過程中

3、，由于施工現(xiàn)場千變?nèi)f化，選擇陰極保護系統(tǒng)時由于不能有效采集管道防腐層的運行參數(shù)，設(shè)計方案的選擇制定過程存在一定的盲目性，影響了管道保護的可靠性、運行的經(jīng)濟性，致使管道的陰極保護存在欠保護或過保護的現(xiàn)象大量存在。如何對已經(jīng)建好的管線進行必要的檢測，得出管線的運行參數(shù)，提供陰極保護設(shè)計的必有參數(shù)，是廣人防腐工作者普遍關(guān)心的問題。天津嘉信技術(shù)工程公司在推廣埋地管道防腐檢測系統(tǒng)的過程中配合用戶進行了大量的現(xiàn)場實驗，取得了一定的經(jīng)驗。下面，就使用

4、雷迪公司的管道電流測繪儀，進行埋地管道的外加電流保護密度的測量，做一簡單介紹。一、流梯度法的原理PCM系統(tǒng)由發(fā)射機和接收機兩部分組成：超大功率發(fā)射機向管道供入一個頻率接近直流的信號電流，當(dāng)電流向管道遠處延伸時，它在管道周圍產(chǎn)生有規(guī)律的電磁場，當(dāng)工作人員手持接收機在管道上方時，便可以探測到這個電磁場，根據(jù)顯示可以測定管道的位置、埋深，測定管道中的信號電流強度及該電流的方向。由于采用4Hz超低頻信號在管中電流衰減和分布的特性，實際上與斷續(xù)的

5、陰極保護電流是相同的。通過對該信號的檢測就可間接得到管道防腐層的電氣性能，從而評估防腐層的狀況。此外，將近直流信號施加到管道上，相當(dāng)于采用直流電對管道進行饋電實驗。由于測量此時管道上的電流強度，不需要進行開挖或預(yù)埋測試樁。這樣的檢測可以在任何有代表性的管段上進行。檢測方法簡單可靠，經(jīng)過簡單的數(shù)學(xué)計算，就可以得出管線的陰極保護電流密度，由此進行外加電流陰極保護系統(tǒng)的設(shè)計，可使陰極保護站的選址、陰極保護設(shè)備的選型更有針對性。有利于管道陰極保

6、護系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，為管道長期有效工作提供有力的保證。二、陰極保護的參數(shù)及計算方法保護電流密度系指被保護構(gòu)筑物單位面積上所需的保護電流，是陰極保護設(shè)計中必不可少的重要參數(shù)。使金屬得到完全保護時所要的電流密度為最小保護電流密度，它的數(shù)值與金屬種類，金屬表面狀態(tài)（由于無保護膜、漆膜的完整程度，介質(zhì)條件）等有關(guān)。一般當(dāng)金屬在介質(zhì)中的腐蝕性越強，陰極極化程度越低時，所需的保護電流密度越大。金屬構(gòu)筑物所需陰極保護電流密度參考表1。式中：I——保

7、護電流密度；i0——促使電保護電流；ix——遠端保護電流；S——管段面積；10499.990.232099.991.01052990.290099.9990.3341063610.302099.99990.2771073690.303099.999990.271i陽=03700.3040100.00.270從以上的關(guān)系中可以看出合理的保護電流強度是管道得以保護的重要條件，過大的電流密度會產(chǎn)生相反的作用，使管道上發(fā)生析氫現(xiàn)象，致使防腐層與

8、管體的剝離，破壞防腐層的保護性能。過小的電流密度會使一些管段得不到保護。而電流梯度法由于能對管道的陰保電流分布有一全面了解，針對失效原因及時進行修復(fù)，最大限度的減少事故隱患和電力浪費。通過施加的檢測電流的大小與電流在管道上的分布范圍之間的關(guān)系，推算出陰極保護電流密度，為陰保站設(shè)計提供必要的參數(shù)，提高設(shè)計方案的合理性和科學(xué)性。三、陰極保護的檢測及注意問題在應(yīng)用電流梯度法進行埋地管道檢測時，由于受管道規(guī)格尺寸、敷設(shè)年代、土壤環(huán)境等變化因素的

9、影響，沒有任何兩條管線能夠得到完全相同的檢測結(jié)果，在儀器使用過程中，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，采用正確方法、有效地使用儀器，結(jié)合方法原理，對檢測結(jié)果做出科學(xué)、合理的解釋，對于發(fā)揮儀器的作用是至關(guān)重要的，嘉信公司自1997年推廣英國雷迪公司PCM和自主版權(quán)的GDFFW解釋系統(tǒng)以來，配合用戶進行大量的現(xiàn)場檢測，公司技術(shù)人員自己也作過一系列的試驗，從中積累了一些實地經(jīng)驗。例如：引灤入津水源干管腐蝕調(diào)查及評估工程，對1983年引灤入津工程修建的兩條水

10、源管線，一條從宜興埠水廠至紅橋水廠，直徑2500mm、管壁厚20mm、長10.67Km；另一條至新開河水廠，直徑1800mm、管壁厚18mm、長2.7Km進行了檢測，發(fā)現(xiàn)有明顯破損點26處，絕緣電阻大部分在12kΩm2，屬差和劣級；而管道中、下部瀝青失澤、龜裂、變脆、與管體附著力很差。可見老化程度十分嚴(yán)重，防護作用大大減小，可能造成大面積多處爆發(fā)性腐蝕泄漏事故，后果不堪設(shè)想。在此基礎(chǔ)上制定出陰保方案：由于管道的防腐層老化程度相當(dāng)嚴(yán)重，建

11、議采用外加電流陰極保護為主，建陰極保護站3座、安裝整流器6臺、測試樁15個、均壓線、跨接線多處、設(shè)立中深井陽極4座，深井陽極2座。對管道穿越北環(huán)鐵路的套管內(nèi)方犧牲陽極，加強對內(nèi)輸水管道的保護。主要設(shè)計指標(biāo)：（一）保護年限：20年；（二）保護電位值：0.85V至1.5V（vs.CuCuSO4）。（三）保護度：試驗掛片保護度大于85%（四）副作用問題：消除屏蔽，陰極保護系統(tǒng)對其他系統(tǒng)干擾降至最低。技術(shù)方案說明：陰極保護系統(tǒng)組成與原理圖是由直

12、流電源深井陽極管道組成。正極通過陽極電纜連接到深井極，負極通過陰極電纜連接到被保護地下管道。外加電流法所產(chǎn)生的電流經(jīng)土壤流進管道使其陰極極化，電位負移使金屬進入免蝕區(qū)，使管道得以保護。深井打在三個泵站內(nèi)，電源放在室內(nèi)，安全、便管理。總之，追加陰極保護的投資是重建復(fù)線的幾百分之一，是經(jīng)濟有效的解決辦法。PCM電流檢測系統(tǒng)是管道工業(yè)評估陰極保護的管線在被保護中的效果時，能夠克服現(xiàn)有一般技術(shù)的局限性，特有的4Hz頻率信號，極好的模擬了陰極保護

13、電流在管道中的分布特征。近直流電流信號的施加相當(dāng)于對管道進行的饋電試驗。儀器提供了多個頻率可供選擇，對同管道采用不同頻率進行檢測，結(jié)果可以相互印證更加可靠、真實。防腐層檢測與陰保有效性檢測原理是相同的。根據(jù)管道中電流的衰變趨勢，評估防腐層的狀況及各種短路故障和防腐層破損點的定位。破損點的定位采用了該系統(tǒng)配置的A型架，其原理為地面電場法。這樣該套儀器集多種檢測方法于一身，我們便可得到準(zhǔn)確、完整的第一手資料。從圖一可見，管道中的陰保電流和P

14、CM檢測電流分布幾乎完全一致，利用PCM電流檢測，實現(xiàn)合理的站點布置及恰當(dāng)?shù)年幈ＴO(shè)備配置，達到可靠的保護區(qū)域，使管道得到全面的保護。檢測過程應(yīng)注意的問題：1做好充分的準(zhǔn)備工作，盡可能多的了解管道的信息，一張大比例地圖（1：5000或更大），來了解已取得管線情況，準(zhǔn)備好儀器用的蓄電池和干電池及其他必備器材。2檢測前應(yīng)對信號供入點和信號頻率做出正確的選擇，確定合理的地極點。3根據(jù)管道的實際情況采用適當(dāng)?shù)臋z測間距，根據(jù)防腐層大致情況選定信號強