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檢查埋地管線線纜外防腐層完整性標(biāo)準(zhǔn)的探討
2011-08-09
線纜管道具有大部分埋地架空式特征，許多的管道線纜測試儀器都需要穿越埋地，管道的完整性是指管道在物理上和功能上完整,始終處于安全可靠的受控狀態(tài),管理人員不斷采取措施防止管道事故的發(fā)生。在CJJ95—2003《城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程》中提出了“防腐層完整性”概念。第5.3.5條為強(qiáng)制性條文:“防腐管回填后必須對防腐層完整性進(jìn)行檢查”。在條文說明中表述為:“防腐管道在下溝回填時(shí)很容易損傷防腐層,形成腐蝕隱患。目前常采用音頻信號(hào)檢漏儀及時(shí)按國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)檢查防腐層受損情況,一旦受損,對防腐層應(yīng)立即采取修補(bǔ)措施”。條文的規(guī)定非常嚴(yán)格,對檢測出的防腐層缺陷必須修補(bǔ)。由于音頻信號(hào)檢漏儀的原理為人體電容法,是定性的檢測設(shè)備,其檢測結(jié)果對防腐層的檢測評價(jià)沒有定量的標(biāo)準(zhǔn),在實(shí)踐中線纜管道埋地測試儀器的檢測人員對檢測結(jié)論很難有一致的判斷,直接影響了標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行效力。我們理解“防腐層完整性”要求應(yīng)該側(cè)重指在施工完工后防腐層的電絕緣性能,在實(shí)踐中一般可以通過兩方面的指標(biāo)來評價(jià):單位長度管道上防腐層漏點(diǎn)數(shù)量,管道防腐層絕緣電阻率。本文即討論這兩方面的問題。
1·埋地鋼管外防腐層性能檢測方法簡介
①交流電流衰減法
交流電流衰減法在實(shí)踐應(yīng)用中主要為多頻管中電流法和C-掃描法。一般用來評價(jià)管道防腐層質(zhì)量,檢測和比較不連續(xù)的防腐層異常。由于磁場可以穿透冰、水和混凝土等表層來采集管道防腐層的信息,這項(xiàng)技術(shù)不需要和土壤直接電性接觸。測量時(shí),通過發(fā)射機(jī)(信號(hào)發(fā)生器)向管道發(fā)射一個(gè)恒定的交流信號(hào),用接收機(jī)從地面接收管道中的電流信號(hào)?，F(xiàn)場記錄信號(hào)衰減、管道埋深,通過專用軟件計(jì)算防腐層絕緣電阻率。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中提及的多頻管中電流法的代表性儀器為RD-PCM[1],其測試頻率有3種:128、64、4Hz,輸出電流可以達(dá)到3A。C-掃描是近年來從英國引進(jìn)的測試儀器,代表性的儀器為C-SCAN2010,其測試頻率唯一:937.5Hz,輸出電流一般為750mA,最大為1A。交流電流衰減法可以定性測量防腐層電阻率、管道埋深,還能夠區(qū)分單個(gè)和連續(xù)的防腐層缺陷。
②變頻-選頻法
其理論依據(jù)是“線傳輸函數(shù)”。將信號(hào)輸入管道,理論上可視為單線-大地回路,電信號(hào)沿管道縱向逐漸衰減,采用改變頻率使信號(hào)衰減到某個(gè)電平值的方法來求取信號(hào)傳播常數(shù)。防腐層絕緣電阻率就包含在該常數(shù)中,根據(jù)已知參數(shù)和現(xiàn)場測量參數(shù)即可求得防腐層絕緣電阻率。代表性的儀器為AY508。此方法只能定量測量一段管道石油瀝青防腐層電阻率。
③直流法
在美國腐蝕工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NACETM0102-2002《地下管道覆蓋層電導(dǎo)率的測量》中采用的是直流法測試管道防腐層電阻率。通過對一段管道通入直流電流,測量管道沿線各點(diǎn)的電位變化,并測量每段管段上的泄漏電流,然后計(jì)算外防腐層電阻率(注:NACE規(guī)范中計(jì)算的是電導(dǎo)率,與國內(nèi)規(guī)范中的外防腐層電阻率互為倒數(shù)關(guān)系)。其測試方法有一般方法和電位衰減法兩種,并對測試結(jié)果通過特定土壤電阻率加以修正,得到標(biāo)準(zhǔn)條件下的防腐層電阻率。國內(nèi)最新的規(guī)范中測試管道防腐層電阻率的方法是參照NACETM0102-2002中“一般方法”提出的。
④人體電容法
人體電容法也稱為皮爾遜(Pearson)法或鐵鞋法,是一種確定埋地管道防腐層漏點(diǎn)位置的地面測量技術(shù)。測量時(shí),通過發(fā)射機(jī)(信號(hào)發(fā)生器)向管道發(fā)射一個(gè)恒定的交流信號(hào)(頻率為1kHz或175Hz),沿管道測量兩個(gè)與地面電性接觸的移動(dòng)電極之間的電位差,通過接收器接收防腐層缺陷部位漏到大地的信號(hào)(電位梯度),來確定缺陷部位。CJJ95—2003中的音頻信號(hào)檢漏儀原理即為人體電容法。代表性的儀器為SL2088和ZB-2088。人體電容法測量中沒有確定防腐層缺陷大小的準(zhǔn)則,一般只用來定位缺陷。在實(shí)踐應(yīng)用中,測試人員可以根據(jù)接收機(jī)信號(hào)的強(qiáng)弱、距發(fā)射機(jī)的遠(yuǎn)近等經(jīng)驗(yàn)比較同一管段上防腐層缺陷的大小。也有文獻(xiàn)報(bào)道利用人體電容法的測試結(jié)果來劃分防腐層絕緣電阻率的等級。
⑤直流電位梯度法
直流電位梯度法(DCVG)是目前世界上比較先進(jìn)的埋地管道防腐層缺陷檢測技術(shù),可以對防腐層缺陷的位置進(jìn)行定位,并可以判斷缺陷的大小程度。一般與密間隔管地電位測量(CIPS)技術(shù)結(jié)合使用。其工作原理為:在施加陰極保護(hù)的埋地管道上,如果管道防腐層破損,陰極保護(hù)電流在破損處的地面上會(huì)形成一個(gè)電壓梯度,DCVG技術(shù)就是通過檢測地面的電壓梯度來判斷防腐層缺陷的位置與大小。
2·關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)中檢測方法的討論
對埋地鋼質(zhì)管道進(jìn)行防腐層性能檢測,國內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的檢測方法與評價(jià)指標(biāo)不統(tǒng)一[1、2、4~6],其主要區(qū)別見表1。
直流法是NACETM0102—2002《地下管道覆蓋層電導(dǎo)率的測量》和其他規(guī)范均認(rèn)可的測試方法,其測試結(jié)果真實(shí)可靠,基本能夠反映防腐層絕緣電阻率的大小,但受到現(xiàn)場條件及雜散電流干擾的限制,在實(shí)際中應(yīng)用較少。目前在現(xiàn)場應(yīng)用較廣泛的測試方法有4種:交流電流衰減法(包括多頻管中電流法和C-掃描法)、變頻-選頻法、人體電容法、直流電位梯度法。在有關(guān)文獻(xiàn)介紹的具體實(shí)踐中,測試相同管道時(shí)不同測試方法得出的結(jié)論有較大出入[7~9]。交流電流衰減法比較快捷,可以測試任意長管道防腐層的電阻率,并判別防腐層缺陷的具體區(qū)域。對交流電流衰減法測試中電流衰減值較大的區(qū)域,采用人體電容法或直流電位梯度法,可以很快檢測出管道防腐層缺陷的具體位置。
SY/T0087.1—2006《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕評價(jià)標(biāo)準(zhǔn):埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評價(jià)》中3.3節(jié)要求采用兩種互補(bǔ)的間接檢測方法進(jìn)行驗(yàn)證,以減少測試偏差。最新發(fā)布的陰極保護(hù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T21448—2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》第9節(jié)中也建議在陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行1年內(nèi),宜進(jìn)行下列調(diào)查[10]:防腐層檢漏、電流衰減測量、密間隔管地電位測量、直流電位梯度法檢測、管地電位缺陷定位測量、全線防腐層絕緣電阻率測試。GB/T21448—2008標(biāo)準(zhǔn)中對于陰極保護(hù)的有效性和防腐層性能非常關(guān)注,但是都沒有涉及“防腐層一旦受損,對防腐層應(yīng)立即采取修補(bǔ)措施”。我們認(rèn)為陰極保護(hù)的有效性評價(jià)和管道實(shí)際的腐蝕程度更應(yīng)該受到重視。過分地強(qiáng)調(diào)防腐層的作用,要求沒有破損,在實(shí)踐中很難操作。此時(shí)有效的陰極保護(hù)系統(tǒng)和定期的腐蝕檢測評價(jià)就可以彌補(bǔ)防腐層不足可能導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。
3·結(jié)論
①在定量測試外防腐層絕緣電阻率時(shí),應(yīng)采用直流法進(jìn)行測試。交流電流衰減法(包括多頻管中電流法和C-掃描法)只能作為定性的輔助手段。
②在測試防腐層缺陷的準(zhǔn)確位置和程度時(shí),應(yīng)采用直流電位梯度法(DCVG),一般與密間隔管地電位測量(CIPS)技術(shù)結(jié)合使用。也可以采用人體電容法定性測試。
③鑒于管道安裝時(shí)陰極保護(hù)設(shè)備還沒有投入使用,實(shí)踐中可以采用交流電流衰減法(包括多頻管中電流法和C-掃描法)和人體電容法定性測試防腐層的絕緣性能,并對測試結(jié)果進(jìn)行比較分析。
④對于采用定性檢測方法得到的測試數(shù)據(jù),不同的測試人員可能有不同的結(jié)論,此時(shí)如何判斷與執(zhí)行CJJ95—2003標(biāo)準(zhǔn)中的“防腐層一旦受損,對防腐層應(yīng)立即采取修補(bǔ)措施”的要求,是實(shí)踐中需要進(jìn)一步研究的問題。
⑤陰極保護(hù)的有效性評價(jià)和管道實(shí)際的腐蝕程度更應(yīng)該受到重視,腐蝕控制系統(tǒng)更重要的是日常的運(yùn)行管理與維護(hù)。
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