車立新　孫立國(guó) 摘　要：根據多年檢測地下管道(dào)外防腐層的實踐經(jīng)驗，系統地論述了地下管道(dào)外防腐層檢測前沿的幾種(zhǒng)理論方法。通過(guò)對(duì)這(zhè)些理論方法和檢測技術的分析，以期能(néng)對(duì)我國(guó)油氣等埋地管網腐蝕評價的技術規範制定、實際管道(dào)腐蝕檢測的實施、埋地管網腐蝕評價起(qǐ)到指導和借鑒作用。 關鍵詞：外防腐層直接檢測和評價；交流電流法；直流電壓法　　1埋地鋼管的腐蝕類型　　①管道(dào)内腐蝕　　這(zhè)類腐蝕影響因素相對(duì)來說(shuō)比較單一，主要受所輸送介質和其中雜質的物理化學(xué)特性的影響，所發(fā)生的腐蝕也主要以電化學(xué)腐蝕爲主。例如：如果所運輸的天然氣的濕度和含硫較高時(shí)，管道(dào)内就(jiù)容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。對(duì)于這(zhè)類腐蝕的機理研究比較成(chéng)熟，管道(dào)内腐蝕所造成(chéng)的結果也基本上可預知，因此處理方法也規範。比如通過(guò)除濕和脫硫，或增加緩蝕劑就(jiù)可消除或減緩内腐蝕的發(fā)生。近年來随著(zhe)管道(dào)業主對(duì)管道(dào)運行管理的加強以及對(duì)輸送介質的嚴格要求，内腐蝕在很大程度上得到了控制。目前國(guó)内外長(cháng)輸油氣管道(dào)腐蝕控制主要發(fā)展方向(xiàng)是在外防腐方面(miàn)，因而管道(dào)檢測也重點針對(duì)因外腐蝕造成(chéng)的塗層缺陷及管道(dào)缺陷。　　②管道(dào)外腐蝕　　管道(dào)外腐蝕的原因包括外防腐層的外力破損，外防腐層的質量缺陷，鋼管的質量缺陷，管道(dào)埋設的土壤環境腐蝕。　　③管道(dào)的應力腐蝕破裂　　管道(dào)在拉應力和特定的腐蝕環境下産生的低應力脆性破裂現象稱爲應力腐蝕破裂(StressCorrosionCracking，SCC)，它不僅能(néng)影響到管道(dào)内腐蝕，也能(néng)影響到管道(dào)外腐蝕。關于應力腐蝕，有資料表明，截至1993年底，國(guó)内某輸氣公司的輸氣幹線共發(fā)生硫化物應力腐蝕事(shì)故78起(qǐ)，其中某分公司的輸氣幹線共發(fā)生硫化物應力腐蝕破裂事(shì)故28起(qǐ)，僅1979年8月至1987年3月間就(jiù)發(fā)生12次硫化物應力腐蝕的爆管事(shì)故，經(jīng)濟損失超過(guò)700×104元。據國(guó)外某國(guó)11家公司對(duì)1985年至1995年間油氣管道(dào)事(shì)故的統計，應力腐蝕破裂占17％。該國(guó)某公司自1977年以來，天然氣和液體管道(dào)系統發(fā)生應力腐蝕破壞事(shì)故22起(qǐ)，其中包括12起(qǐ)破裂和10起(qǐ)洩漏事(shì)故。這(zhè)些應力腐蝕爲近中性應力腐蝕，是由于聚乙烯外防護層剝離和管道(dào)與水分接觸造成(chéng)的。　　2埋地鋼管的防腐措施　　目前管道(dào)的腐蝕防護采用了雙重措施，即外防腐層和陰極保護。外防腐層是第一道(dào)屏障，對(duì)埋地鋼管腐蝕起(qǐ)到約95％以上的防護作用，一旦發(fā)生局部破損或剝離，就(jiù)必須保證陰極保護(CathodicProtection，CP)電流的暢通，達到防護效果。随著(zhe)防腐塗層性能(néng)的降低，CP的作用會(huì)逐漸增加，但是無論如何發(fā)揮CP的作用，它都(dōu)不可能(néng)替代防腐塗層對(duì)管道(dào)的保護作用。而且使用CP應注意它的負作用，CP僅在極化電位-(0.85～1.17)V這(zhè)樣(yàng)一個很窄的電位帶上起(qǐ)作用，一旦電位超出這(zhè)個範圍，就(jiù)會(huì)造成(chéng)陽極溶解或引起(qǐ)應力腐蝕破裂。　　3外防腐層破損的直接檢測和評價　　外防腐層破損直接檢測和評價技術ECDA(ExternalCorrosionDirectAssessment)是在對(duì)埋地鋼管不開(kāi)挖的前提下，采用專用設備和檢測方法在地面(miàn)非接觸性地對(duì)外防腐層破損缺陷定位，從而對(duì)管道(dào)的腐蝕狀況和管道(dào)運行的安全風險進(jìn)行評估。國(guó)外對(duì)這(zhè)個領域的研究比較早，已經(jīng)制定了相應的技術規範，從而形成(chéng)了比較完善的知識體系，比如國(guó)際防腐蝕工程師協會(huì)(NACE)标準RP0502—2002和美國(guó)天然氣協會(huì)(INGAA)對(duì)ECDA作了詳細的要求和規定，因此具有很強的可操作性。　　國(guó)内實施管道(dào)外防腐層檢測技術始于20世紀80年代中期，随著(zhe)改革開(kāi)放，國(guó)外的檢測設備大量引進(jìn)。但是對(duì)于其理論方法和技術規範鮮有論述，緻使引進(jìn)的先進(jìn)設備并沒(méi)有發(fā)揮應有的效能(néng)。筆者認爲對(duì)理論方法和技術規範的消化引進(jìn)更重要，它是我們引進(jìn)設備的基礎，也是再創新的基礎。雖然我國(guó)也制定了相應的腐蝕控制的标準，CJJ95—2003《城鎮燃氣埋地鋼質管道(dào)腐蝕控制技術規程》、SY/T0063—1999《管道(dào)防腐層檢漏試驗方法》，但這(zhè)些标準隻涉及到了防腐層施工和埋設前的質量保證，對(duì)埋地管道(dào)外防腐層破損直接檢測和評價技術沒(méi)有詳細規定，而這(zhè)方面(miàn)卻又是生産運行中急需解決的問題。　　3．1外防腐層破損直接檢測和評價的步驟　　按照國(guó)際防腐蝕工程師協會(huì)(NACE)标準RP0502—2002的要求，ECDA的總體技術要求是對(duì)于腐蝕已經(jīng)發(fā)生、正在發(fā)生和將(jiāng)要發(fā)生的敏感管段能(néng)做出預測。在實際應用時(shí)，爲達到此目标，要進(jìn)行如下4個操作步驟。　　①預評價(Pre．Assessment)　　收集敏感管道(dào)的曆史資料及管道(dào)特征，并對(duì)這(zhè)些資料進(jìn)行評估。在所搜集的管道(dào)資料的基礎上，制定ECDA的可行性方案，按相似條件的管段劃分不同的區域，在這(zhè)些區域内采用的檢測儀器要相同，以保證結果的可比性。　　②非接觸測量(IndirectInspection)　　采用2種(zhǒng)或2種(zhǒng)以上的地面(miàn)外防腐層破損檢測技術，比如：密間隔電位法(CloseIntervalPotentialSurvey，CIPS)、直流電壓梯度法(DirectCurrentVoltageGradient，DCVG)、交流電壓梯度法(AlternatingCurrentVoltageGradient，ACVG)、交流電流衰減法(ACAttenuation)，用以檢測管道(dào)的腐蝕行爲和查找外防腐層的破損點。系統地分析以上方法所取得的數據，得出高風險區域的開(kāi)挖修複的準确信息。　　③直接開(kāi)挖驗證(DirectExamination)　　選定開(kāi)挖的現場，實際識别出破損點，并決定是修複還(hái)是更換管道(dào)。　　④後(hòu)評價(PostAssessment)　　對(duì)ECDA的以上3個步驟做出總結，建立起(qǐ)評價模型，以便指導將(jiāng)來的管道(dào)安全維護。　　3．2外防腐層破損的檢測方法　　3．2．1交流電流法　　交流電流法在國(guó)際上通常被(bèi)稱爲皮爾遜檢測法(PearsonSurvey)。其基本原理是：當用一個信号發(fā)射機把特定頻率的交流信号通過(guò)導線施加在金屬管道(dào)上時(shí)，這(zhè)種(zhǒng)特定頻率的交流信号就(jiù)會(huì)沿管道(dào)向(xiàng)前傳播，并在無窮遠處與發(fā)射機的地線形成(chéng)回路。如果管道(dào)的外防腐層完好(hǎo)，由于管道(dào)電阻的原因，管道(dào)中交流信号是沿程均勻衰減的；如果管道(dào)的外防腐層有破損或絕緣不好(hǎo)，在外防腐層破損點便會(huì)有電流洩漏入土壤中，這(zhè)樣(yàng)如果沿程測量管道(dào)中的電流信号，在破損點附近，就(jiù)會(huì)有一個管中電流的陡降；同時(shí)在管道(dào)破損點和土壤之間也會(huì)形成(chéng)電壓差，且在接近破損點的部位電壓差最大，用儀器在埋設管道(dào)的地面(miàn)上可檢測到這(zhè)種(zhǒng)電流或電位異常，即可發(fā)現管道(dào)外防腐層破損點。　　特别指出的是，皮爾遜檢測是一種(zhǒng)檢測方法和基本原理，不是具體的某種(zhǒng)設備，把基于以上原理的檢測設備與一種(zhǒng)檢測方法混爲一談是不恰當的。皮爾遜檢測法最大的特點是向(xiàng)管道(dào)施加特定頻率的交流信号，然後(hòu)在防腐層破損點檢測到電流或者電壓的異常。　　基于以上原理，不同的廠家開(kāi)發(fā)出各具特色的産品，這(zhè)些産品的區别主要在于采用的信号頻率不同和接收天線數目和布局不同，目前主流的檢測設備有以下兩(liǎng)種(zhǒng)。　　①C-掃描設備　　該設備接收機采用5根垂直陣列天線，提高了管道(dào)定位精度，具有自動識别幹擾信号并提示的能(néng)力。C-掃描采用的交流信号是單一的937.5Hz交流信号。　　該設備能(néng)夠方便地确定被(bèi)測管道(dào)位置或防腐層缺陷位置。在測試過(guò)程中自動記錄、處理和儲存檢測數據，現場顯示各種(zhǒng)檢測曲線，可現場評判防腐層性能(néng)，并具備數據結果存儲和進(jìn)一步分析評價的能(néng)力。其缺點是設備價格昂貴，稍高的信号頻率易受外界電磁雜波的幹擾，并且一旦受到幹擾，由于設備隻有一種(zhǒng)頻率，很難避開(kāi)幹擾。另外，C-掃描沒(méi)有測量破損點電壓異常的附件。　　②管中電流法測繪設備　　管中電流法測繪設備(PipeCurrentMapping，PCM)的最大特點是施加“準直流”的4Hz交流信号作爲防腐層破損檢測的測繪信号，并有128/640Hz的定位信号。接收機天線采用經(jīng)典的雙水平天線和單豎直天線，既可按峰值(雙水平天線)也可按零值(單豎直天線)定位。PCM能(néng)夠通過(guò)A字架測量破損點的跨步電壓(SetVoltage)異常。PCM具有數據存儲功能(néng)，數據可以用國(guó)内開(kāi)發(fā)出的相應評價軟件分析。PCM具有較大的市場占有率。PCM的缺點是發(fā)射機不帶電源，在野外操作不方便。　　與PCM類似的産品還(hái)有德國(guó)FerrophonEL/G1設備。其最大的特點是接收機能(néng)夠直接接收陰極保護的信号，因此對(duì)有陰極保護的管道(dào)定位十分方便。它把1.1kHz交流信号作爲防腐層破損檢測的測繪信号，并有42/10kHz的定位信号，接收機天線也是采用經(jīng)典的雙水平天線和單豎直天線，既可按峰值(雙水平天線)也可按零值(單豎直天線)定位。它也能(néng)夠通過(guò)A字架測量破損點的跨步電壓異常。其優點是價格低，缺點是數據不能(néng)存儲。　　基于皮爾遜檢測法的設備，由于接收機輕便，檢測速度較快，自帶信号發(fā)射機，可以檢測沒(méi)有陰極保護(CP)的管道(dào)，因此目前國(guó)内仍較普遍使用，受現場檢測人員的歡迎。但是這(zhè)些設備使用局限性也很大：操作者的經(jīng)驗技能(néng)特别重要，沒(méi)有現場經(jīng)驗的人不易查找到塗層缺陷的位置，或者是常給出不存在的缺陷信息；很難指示塗層剝離但管道(dào)不漏鐵的破損點；不能(néng)指示CP效率，易受地電場幹擾。　　3．2．2直流電壓法　　外防腐層破損檢測和管道(dào)腐蝕狀态評價的另一個前沿研究領域就(jiù)是直流電壓梯度法(DCVG)，其特點是利用現有的陰極保護直流信号或臨時(shí)向(xiàng)管道(dào)施加直流信号，然後(hòu)在防腐層破損點檢測到管對(duì)地極化電壓的異常，從而确定破損點和破損程度。而采用密間隔電位法(CIPS)全面(miàn)測量，有助于評估管道(dào)整體陰極保護的情況。這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)技術的結合(DCVG+CIPS)代表了這(zhè)一領域的發(fā)展方向(xiàng)，也符合國(guó)際防腐蝕工程師協會(huì)(NACE)标準RP0502—2002的基本要求。　　①密間隔電位測量法　　密間隔電位法CIPS主要用于測定CP系統的效果，間接反映防腐塗層狀況。CIPS法沿管道(dào)以間隔1.0～1.5m采集數據，繪制連續的開(kāi)/關管地電位曲線圖，反映管道(dào)全線陰極保護電位情況。當防腐層某處存在缺陷時(shí)，該處電流密度增大，使保護電位正向(xiàng)偏移，當這(zhè)種(zhǒng)偏移達到一定數量，在地表就(jiù)可檢測到，當電位(銅/硫酸銅參比電極)低于-850mV時(shí)，管道(dào)就(jiù)會(huì)發(fā)生腐蝕。　　CIPS法不能(néng)檢出塗層破損的準确位置，實際上是一種(zhǒng)管地電位檢測技術并非塗層缺陷檢測技術，塗層狀況是通過(guò)電位分析獲得的，因此通常要與DCVG配合使用。用CIPS判定CP不足或過(guò)保護具有獨到之處。　　②直流電壓梯度法　　直流電壓梯度法(DCVG)是由JohnMulvaney在澳大利亞首先提出，最初應用在通信電<