常规测试方法简介

引言•埋地钢质管道发生外腐蚀事故，是由于外防腐层缺陷（漏点、剥落区）处裸露金属在电解质（土壤、水）中产生电化学反应，特征是腐蚀电流从管道裸露表面流向土壤（电流从阳极区流出）。因此管道外防腐层缺陷部位的下列状况是关注的焦点。•·外防腐层缺陷的位置、分布及严重程度•·其中那些是腐蚀活性点•·阴极保护系统的运行状况及有效性•下面就现场通过测试查明这些问题的方法做一些技术交流1、电位测试•1.1管地电位测试接线与极性数字万用表管地电位测量接线图指针式电压表管地电位测量接线图1.2测试项目•1.2.1自然电位•1）测试条件（未施加阴极保护电流）•2）基准电位（实际埋设环境腐蚀电位、极化电位偏移、直流干扰程度判断）•1.2.2通电电位（Von）•1）测试条件•阴极保护正常运行，管道已充分极化。管道防腐层质量不同，所需极化的时间差异较大。•2）IR降误差•管地通电电位是极化电位与IR降之和，它包括来自强制电流、牺牲阳极和大地等电流源的电流，通过电解质和防腐层时所产生的电压降。•3）日常常规管理的监测测量•当IR降影响程度已考虑，在没有较大的环境、构筑物、防腐层完整性及阴极保护参数改变的情况下，可用于日常常规管理的监测测量。•1.2.3断电电位（Voff）•1）测试与记录条件（同步通/断循环状态）•通常采用在所有电流能流入测试区间的阴极保护电源处安装电流中断设备（CI-50型GPS卫星同步断流器），并设置在通/断循环状态下同步运行。合理的通/断循环周期和断电时间设置原则是：断电时间应尽可能的短，以避免管道过大的去极化，但应有足够长的时间保证测试采集及在消除电压尖脉冲影响后读数，典型的通/断周期设置为：通电12s，断电3s；读数应在0.5s之后进行。••2）消除IR降有害误差后的极化电位•电化学的极化电位和土壤中的欧姆电压降具有不同的时间常数，因此，保护电流所引起的电压降可通过瞬时断开保护电流来予以消除。•1.2.4密间隔电位测试法（CIPS）•1）测试条件（同步通/断循环状态）•2）适用性•适用于对管道阴极保护系统的有效性进行全面评价的测试。•硫酸铜电极安放处的断电电位代表该处的管道保护电位，密间隔管地电位测试法是以密间隔（1～3m）移动硫酸铜电极进行通/断管地电位的测量，所以不仅可以测量测试桩处的保护电位，沿线各处的保护电位都可以测得，通过对全线•管地电位的数据处理与变化趋势分析，可对全线的保护状况（管道是否获得全面、有效的阴极保护，是否存在欠保护或过保护情况）给予评价。对管道保护电流不能同步中断（多组牺牲阳极或其与管道直接相接，或存在不能被中断的外部强制电流设备），以及套管内的破损点未被电解质淹没的管道本方法不适用。另外下列情况会使本方法应用困难或测量结果的准确性受到影响：•a）覆盖层导电性很差的管段，如铺砌路面、冻土、钢筋混凝土、含有大量岩石回填物；•b）剥离防腐层下或绝缘物造成电屏蔽的位置，如破损点处外包覆或衬垫绝缘物的管道。•3）主要设备、仪器组成•可采用管地电位检测仪或数字式万用表两种方式测量。•快周期（通电800ms，断电200ms）•管地电位检测仪系统是由：CIPS/DCVG测量主机、探杖式硫酸铜参比电极、GPS卫星同步电流中断器（若干个）、线轴和探管仪组成。CIPS/DCVG测量主机是具有高输入阻抗，能滤除交流干扰的直流毫伏表微功耗数据采集器设备，可测量距离（与线轴配合）、管地电位和电压梯度、GPS坐标，并可储存、显示这些数据及与计算机连接输出数据。•慢周期（通电12s，断电3s）。•采用数字式万用表4）测试、记录与数据处理•1.2.5加强测量技术•1）平衡电流影响•2）无IR降管地电位（（VIR-free）测试与计算•1.2.6牺牲阳极开路电位2、电流测试•2.1管内阴极保护电流•1）电压降法•a)管长与电位差•b)计算•2)标定法•a)断开开关K，测量并记录c、d的电位差V0，单位为mV•b)合上开关K，调节变阻器，使电流表的读数I1约为10A，并同时记录毫伏表测量的c、d电位差V1。再调节变阻器，使电流表读数I2约为5A，并同时记录毫伏表测量的c、d电位差V2，单位为mV，•计算2.2牺牲阳极输出电流3、电阻3.1土壤电阻率的测试3.2管道防腐层电阻率测试••1）基本概念•防腐层电阻率是防腐层电阻和面积的乘积。防腐层电阻是管道和电解质（土壤）之间的电阻，取决于土壤电阻率、破损点的数量和面积，是管道防腐层材料性能和施工质量的综合体现，因此，它是衡量管道实际运行状况中防腐层质量的标准指标。在管道实际运行中，聚乙烯防腐层的电阻率大于105Ω·m2。•2）方法介绍•采用利用沿线电流测试桩把管道分成5km左右一段，然后测试该段的电流漏失量，同时测试本段始末点通电与断电电位之差，取其平均值作为ΔV，由此计算该段的防腐层电阻。•3）测试举例a）计算公式b)电阻率测量基本参数记录表测试位置里程（km+m)管地电位（V）K管内电流（A）VONVOFFΔVIONIOFFΔIA1.7-1.400-1.000-0.41.141.400.693.01.41.6B3.0-1.350-1.000-0.352.91.41.5C5.2-1.200-0.950-0.252.81.30.5D6.8-1.400-1.040-0.361.651.200.45•测量段平均防腐层电阻率数据表测量管段管段长度（m）平均通/断电位差ΔV1(V)电流漏失量ΔI(A)防腐层电阻R(Ω)管段表面积（m2）平均电阻率(Ω.m2)113000.3750.13.759311211698222000.3001.00.30052671580316000.3050.056.0983830233553.3绝缘接头（法兰）绝缘性能测试•3.3.1电位法•3.3.2接地电阻测量法4、管道腐蚀活性点及外防腐层漏点的地面检测•4.1交流电流衰减法（PCM）•交流电流衰减法（PCM）适用于远离高压交流输电线地区，处于钢套管、钢丝网加强的混凝土配重层（套管）外，任何交变磁场能穿透的覆盖层下的管道外防腐层质量检测。对埋地管道的埋深、位置、分支、外部金属构筑物、大的防腐层破损，能给出准确的信息；根据电流衰减的斜率，可以定性确定各段管道防腐层质量的差异，为更准确的防腐层破损点详查提供基础。管道问题区的确定4.2交流地电位梯度法（ACVG）•交流地电位梯度法（ACVG）采用埋地管道电流测绘系统（PCM）与交流地电位差测量仪（A字架）配合使用，通过测量土壤中交流地电位梯度的变化，用于埋地管道防腐层破损点的查找和准确定位。对处于套管内破损点未被电解质淹没的管道本方法不适用，另外下列情况会使本方法应用困难或测量结果的准确性受到影响：•a）A字架距离发射机较近；•b）测试不可到达的区域，如河流穿越；•c）覆盖层导电性很差的管段，如铺砌路面、冻土、沥青路面、含有大量岩石回填物。无问题段问题区无问题区无问题段无问题段破损点4.3直流电位梯度法（DCVG）•1）适用性•直流电位梯度法（DCVG）测量技术适用于确定埋地管道外防腐层破损点位置；对破损点腐蚀状态进行识别；结合密间隔管地电位测量（CIPS）技术可对外防腐层破损点的大小及严重程度进行定性分类。对套管内破损点未被电解质淹没的管道不适用，另外下列情况会使本方法测量结果的准确性受到影响或应用困难：•a）剥离防腐层下或绝缘物造成电屏蔽的位置，如破损点处外包覆或衬垫绝缘物的管道；•b）测试不可到达的区域，如河流穿越；•c）覆盖层导电性很差的管段，如铺砌路面、冻土、沥青路面、含有大量岩石回填物。•2）方法介绍•采用周期性同步通/断的阴极保护直流电流施加在管道上后，利用两根硫酸铜参比电极探杖，以密间隔测量管道上方土壤中的直流地电位梯度，在接近破损点附近电位梯度会增大，破损面积越大，电位梯度也越大，根据测量的电位梯度变化，可确定防腐层破损点位置；通过检测破损点处土壤中电流的方向，可识别破损点的腐蚀活性；依据破损点IR%定性判断破损点的大小及严重程度。•3）腐蚀活性点的检测方法及评估•评估破损点的腐蚀类型分为以下四类：•a)阴极的/阴极的（C/C）。这种类型表示当阴极保护系统接通时，防腐层破损部位管道是受阴极保护的，当阴极保护中断或断开时，破损处管道仍然保持极化。它们仅消耗阴极保护电流，但不发生腐蚀。•b)阴极的/中性的（C/N）。这种类型是指当阴极保护系统接通时，防腐层破损部位管道是受阴极保护的，但是当阴极保护中断或断开时，破损处管道极化状况接近或达到保护要求。这些缺陷不仅消耗阴极保护电流，而且当阴极保护系统受到干扰时，可能发生腐蚀。••c)阴极的/阳极的（C/A）。这种类型表示当阴极保护系统接通时，防腐层破损处管道好象是受保护的，当阴极保护中断或断开时，破损处管道呈阳极。它们不但消耗阴极保护电流，甚至当阴极保护系统正常运行时，这些缺陷处管道也可能发生腐蚀。•d)阳极的/阳极的（A/A）。这种类型指的是不管阴极保护系统是否接通，防腐层破损处管道都没有受到保护。它们可能消耗也可能不消耗阴极保护电流，同时可能正在发生腐蚀。•4）IR%的计算及定性分析•评估破损点大小及严重程度定性分类有以下四种：•种类Ⅰ：1%至15%IR。在该类中的防腐层破损通常被认为不需要修复。合适的阴极保护系统能够对防腐层破损部位的管道提供有效的长期保护。•种类Ⅱ：16%至35%IR根据与埋地试片或者邻近已开挖的防腐层破损情况相比较，对该类中的防腐层破损可能会建议修复。通常认为，这些破损没有严重的危害，合适的阴极保护系统很可能会起到充分的保护作用。但这类破损需要被记录下来，精确定位（GPS）并进行监测，以便当防腐层质量变差或阴极保护发生变化时能够及时得到修复。•种类Ⅲ：36%至60%IR。这类中的防腐层破损被认为应该进行修复。这样的缺陷通常是阴极保护电流主要的漏失点，以及可能存在严重的防腐层损伤。根据与埋地试片或者邻近已开挖的防腐层缺陷情况相比较，建议对这些缺陷有计划的•进行修复。这类缺陷同样需要被记录下来，精确定位（GPS）并进行监测，以便当防腐层质量变差或阴极保护发生变化时能够及时得到修复。•种类Ⅳ：61%至100%IR。对这类防腐层破损应立即进行修复。这样的缺陷不但是阴极保护电流主要的漏失点，同时防腐层还可能存在非常严重的问题，并对管道的总体完整性造成危害。4.4音频信号检漏法•音频信号检漏法适用于一般地段的埋地管道防腐层检漏；不适用于露空管道、覆盖层导电性很差的管道、水下管道、套管内的管道的防腐层地面检漏；水田或沼泽地、高压交流电力线附近的埋地管道，使用本方法进行防腐层检漏比较困难。5、小结•1）测试的目的•间接检测与评价的目的是地面检测、识别和确定防腐层缺陷和其他异常点的严重程度、及已经发生或可能正在发生腐蚀的区域•2）检测方法和设备选择•埋地管道间接检测方法选择表测试方法环境密间隔电位测量法（CIPS）直流电压梯度法或交流电压梯（DCVG，ACVG）音频信号检漏法（pearson）交流电流衰减法（PCM）带防腐层漏点的管段21.21.22裸管的阳极区管段2333接近河流或水下穿越管段2332无套管穿越的管段21.221.2带套管的管段3333短套管2222铺砌路面下的管段3331.2冻土区的管段3331.2相邻金属构筑物的管段21.231.2相邻平行管段21.231.2测试方法环境密间隔电位测量法（CIPS）直流电位梯度法或交流电位梯（DCVG，ACVG）音频信号检漏法（pearson）交流电流衰减法（PCM）杂散电流区的管段21.221.2高压交流输电线下管段21.223管道深埋区的管段2222湿地区（有限的）管段21.221.2岩石带/岩礁/岩石回填区的管段3332检测方法的特点评价阴极保护系统有效性、杂散电流影响范围、检测防腐层漏点的检测技术。DCVG、ACVG比其它测量方法能更精确确定防腐层漏点位置，区别是孤立或连续的防腐层破损。DCVG还可评估漏点尺寸、缺陷处金属腐蚀活性。确定埋地管线防腐层漏点位置的地面测量技术。评价每段防腐层管段的总体质量和确定防腐层漏点位置的检测技术。