埋地管線電流梯度檢測(cè)方法在輔助陰保設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、埋地管線電流梯度檢測(cè)方法在輔助陰保設(shè)計(jì)中的應(yīng)用埋地管線電流梯度檢測(cè)方法在輔助陰保設(shè)計(jì)中的應(yīng)用摘要：外加電流陰極保護(hù)是國(guó)內(nèi)外廣泛采用的防腐技術(shù)，高效合理的保護(hù)站設(shè)計(jì)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(jìn)行管道防腐層的參數(shù)測(cè)定，是簡(jiǎn)單有效的方法。天津嘉信公司進(jìn)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(hù)、陰極保護(hù)電流密度、PCM檢測(cè)埋地鋼質(zhì)管道的外加陰極保護(hù)是當(dāng)前國(guó)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(zhǎng)管道的服役年限上發(fā)揮了極其重要的作用。隨著我國(guó)相關(guān)行業(yè)對(duì)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(hù)措施。近年來(lái)，國(guó)家加強(qiáng)了管道、壓力容器的安全立法、各行業(yè)普遍采用了以英國(guó)雷迪公司為代表的檢測(cè)儀器，對(duì)在用管線的防腐層進(jìn)行檢測(cè)，提高了管道的竣工驗(yàn)收、維護(hù)、更新、報(bào)廢等環(huán)節(jié)的技術(shù)管理水平，取得了可喜的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，使得我國(guó)管道的安全運(yùn)行水平普遍提高。但是，對(duì)于新近在建的管線上進(jìn)行外加電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)的過(guò)程中

3、，由于施工現(xiàn)場(chǎng)千變?nèi)f化，選擇陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)由于不能有效采集管道防腐層的運(yùn)行參數(shù)，設(shè)計(jì)方案的選擇制定過(guò)程存在一定的盲目性，影響了管道保護(hù)的可靠性、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，致使管道的陰極保護(hù)存在欠保護(hù)或過(guò)保護(hù)的現(xiàn)象大量存在。如何對(duì)已經(jīng)建好的管線進(jìn)行必要的檢測(cè)，得出管線的運(yùn)行參數(shù)，提供陰極保護(hù)設(shè)計(jì)的必有參數(shù)，是廣人防腐工作者普遍關(guān)心的問(wèn)題。天津嘉信技術(shù)工程公司在推廣埋地管道防腐檢測(cè)系統(tǒng)的過(guò)程中配合用戶進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。下面，就使用

4、雷迪公司的管道電流測(cè)繪儀，進(jìn)行埋地管道的外加電流保護(hù)密度的測(cè)量，做一簡(jiǎn)單介紹。一、流梯度法的原理PCM系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分組成：超大功率發(fā)射機(jī)向管道供入一個(gè)頻率接近直流的信號(hào)電流，當(dāng)電流向管道遠(yuǎn)處延伸時(shí)，它在管道周?chē)a(chǎn)生有規(guī)律的電磁場(chǎng)，當(dāng)工作人員手持接收機(jī)在管道上方時(shí)，便可以探測(cè)到這個(gè)電磁場(chǎng)，根據(jù)顯示可以測(cè)定管道的位置、埋深，測(cè)定管道中的信號(hào)電流強(qiáng)度及該電流的方向。由于采用4Hz超低頻信號(hào)在管中電流衰減和分布的特性，實(shí)際上與斷續(xù)的

5、陰極保護(hù)電流是相同的。通過(guò)對(duì)該信號(hào)的檢測(cè)就可間接得到管道防腐層的電氣性能，從而評(píng)估防腐層的狀況。此外，將近直流信號(hào)施加到管道上，相當(dāng)于采用直流電對(duì)管道進(jìn)行饋電實(shí)驗(yàn)。由于測(cè)量此時(shí)管道上的電流強(qiáng)度，不需要進(jìn)行開(kāi)挖或預(yù)埋測(cè)試樁。這樣的檢測(cè)可以在任何有代表性的管段上進(jìn)行。檢測(cè)方法簡(jiǎn)單可靠，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算，就可以得出管線的陰極保護(hù)電流密度，由此進(jìn)行外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可使陰極保護(hù)站的選址、陰極保護(hù)設(shè)備的選型更有針對(duì)性。有利于管道陰極保

6、護(hù)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為管道長(zhǎng)期有效工作提供有力的保證。二、陰極保護(hù)的參數(shù)及計(jì)算方法保護(hù)電流密度系指被保護(hù)構(gòu)筑物單位面積上所需的保護(hù)電流，是陰極保護(hù)設(shè)計(jì)中必不可少的重要參數(shù)。使金屬得到完全保護(hù)時(shí)所要的電流密度為最小保護(hù)電流密度，它的數(shù)值與金屬種類(lèi)，金屬表面狀態(tài)（由于無(wú)保護(hù)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(qiáng)，陰極極化程度越低時(shí)，所需的保護(hù)電流密度越大。金屬構(gòu)筑物所需陰極保護(hù)電流密度參考表1。式中：I——保

7、護(hù)電流密度；i0——促使電保護(hù)電流；ix——遠(yuǎn)端保護(hù)電流；S——管段面積；10499.990.232099.991.01052990.290099.9990.3341063610.302099.99990.2771073690.303099.999990.271i陽(yáng)=03700.3040100.00.270從以上的關(guān)系中可以看出合理的保護(hù)電流強(qiáng)度是管道得以保護(hù)的重要條件，過(guò)大的電流密度會(huì)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(hù)性能。過(guò)小的電流密度會(huì)使一些管段得不到保護(hù)。而電流梯度法由于能對(duì)管道的陰保電流分布有一全面了解，針對(duì)失效原因及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，最大限度的減少事故隱患和電力浪費(fèi)。通過(guò)施加的檢測(cè)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(hù)電流密度，為陰保站設(shè)計(jì)提供必要的參數(shù)，提高設(shè)計(jì)方案的合理性和科學(xué)性。三、陰極保護(hù)的檢測(cè)及注意問(wèn)題在應(yīng)用電流梯度法進(jìn)行埋地管道檢測(cè)時(shí)，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(méi)有任何兩條管線能夠得到完全相同的檢測(cè)結(jié)果，在儀器使用過(guò)程中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采用正確方法、有效地使用儀器，結(jié)合方法原理，對(duì)檢測(cè)結(jié)果做出科學(xué)、合理的解釋?zhuān)瑢?duì)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(guó)雷迪公司PCM和自主版權(quán)的GDFFW解釋系統(tǒng)以來(lái)，配合用戶進(jìn)行大量的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，公司技術(shù)人員自己也作過(guò)一系列的試驗(yàn)，從中積累了一些實(shí)地經(jīng)驗(yàn)。例如：引灤入津水源干管腐蝕調(diào)查及評(píng)估工程，對(duì)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(zhǎng)10.67Km；另一條至新開(kāi)河水廠，直徑1800mm、管壁厚18mm、長(zhǎng)2.7Km進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有明顯破損點(diǎn)26處，絕緣電阻大部分在12kΩm2，屬差和劣級(jí)；而管道中、下部瀝青失澤、龜裂、變脆、與管體附著力很差。可見(jiàn)老化程度十分嚴(yán)重，防護(hù)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(hù)為主，建陰極保護(hù)站3座、安裝整流器6臺(tái)、測(cè)試樁15個(gè)、均壓線、跨接線多處、設(shè)立中深井陽(yáng)極4座，深井陽(yáng)極2座。對(duì)管道穿越北環(huán)鐵路的套管內(nèi)方犧牲陽(yáng)極，加強(qiáng)對(duì)內(nèi)輸水管道的保護(hù)。主要設(shè)計(jì)指標(biāo)：（一）保護(hù)年限：20年；（二）保護(hù)電位值：0.85V至1.5V（vs.CuCuSO4）。（三）保護(hù)度：試驗(yàn)掛片保護(hù)度大于85%（四）副作用問(wèn)題：消除屏蔽，陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)其他系統(tǒng)干擾降至最低。技術(shù)方案說(shuō)明：陰極保護(hù)系統(tǒng)組成與原理圖是由直

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

13、電流在管道中的分布特征。近直流電流信號(hào)的施加相當(dāng)于對(duì)管道進(jìn)行的饋電試驗(yàn)。儀器提供了多個(gè)頻率可供選擇，對(duì)同管道采用不同頻率進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果可以相互印證更加可靠、真實(shí)。防腐層檢測(cè)與陰保有效性檢測(cè)原理是相同的。根據(jù)管道中電流的衰變趨勢(shì)，評(píng)估防腐層的狀況及各種短路故障和防腐層破損點(diǎn)的定位。破損點(diǎn)的定位采用了該系統(tǒng)配置的A型架，其原理為地面電場(chǎng)法。這樣該套儀器集多種檢測(cè)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(jiàn)，管道中的陰保電流和P

14、CM檢測(cè)電流分布幾乎完全一致，利用PCM電流檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)合理的站點(diǎn)布置及恰當(dāng)?shù)年幈ＴO(shè)備配置，達(dá)到可靠的保護(hù)區(qū)域，使管道得到全面的保護(hù)。檢測(cè)過(guò)程應(yīng)注意的問(wèn)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(lái)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(cè)前應(yīng)對(duì)信號(hào)供入點(diǎn)和信號(hào)頻率做出正確的選擇，確定合理的地極點(diǎn)。3根據(jù)管道的實(shí)際情況采用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)間距，根據(jù)防腐層大致情況選定信號(hào)強(qiáng)