2024年4月28日发(作者:訾鹏程)
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2008芷
管 道 技 术
5 设 各
2008
第3期
Pipeline Technique
and Equipment
No.3
埋地钢管外防腐层破损检测中的电位梯度法
杨 水
(中国特种设备检测研究院管道与气瓶事业部,北京100013)
摘要:简述了埋地钢质管道外防腐层破损检测中的电位梯度法(包括直流和交流电位梯度法)原理,着重阐述了几种
实际应用仪器及现场可能遇到的相关问题分析,最后对该方法的优缺点作了分析,认为该方法是当前埋地钢管外防腐层
破损检测技术中最精确高效的。
关键词:外防腐层;埋地管道;电位梯度法
中图分类号:TE988 文献标识码:A 文章编号:1004—9614(2008)03—0055—02
Current Voltage Gradient Survery of Buried Ferrous Pipeline Coating Holiday
YANG Yong
(Pressure Pipeline and Cylinder Division,China Special Equipment Inspection&Research Institute,Beijing 100013,China)
Abstract:It describes briefly the principle of current voltage gradient surveys which includes direct and alternating current
voltage gradient survey(DCVG/ACVG)and is intended for buried ferrous pipeline Coating holiday survey.It mainly introduces sev-
era1 common instruments based O13 the principle and gives some opinions about condition encountered during the survey,by judging
that DCVG/ACVG is a most precise and efficient way to conduct buried ferrous coating holiday survey at present.
Key words:external anticorrosive coating;buried pipeline;DCVG/ACVG
1概述
效果欠佳。
外防腐层破损会引起阴极保护电流的大量流失,造成阴极 2 电位梯度法的检测应用
保护效果降低甚至失效,使管道快速腐蚀,在大阴极小阳极情
DCVG检测仪是利用阴极保护的直流电流在防腐层破损周
况下甚至穿孔。_l 因此,防腐层的破损点检测维修是确保管道 围形成的电场,用两个接地端装有饱和硫酸铜参比电极的探
防腐系统有效的必要手段。当前防腐层破损检测使用的方法 杖,在管道上方测量管道沿线的电位梯度,依据梯度值的大小
有较小间距加密的电流衰减法和电位梯度法。电位梯度法是
及正负来判断破损点位置及相对大小,该仪器一般集成DCVG
当前使用的主要方法,也是NACE0502中推荐的破损点检测方 与CIPS功能,且同时使用。 在阴极保护的恒电位仪上装上中
法 ,根据信号电流的不同分为直流电位梯度(DCVG)和交流 断器,测出管道对地的通/断(ON/OFF)电位后,可以用%IR来
电位梯度(ACVG)。 判断破损点的相对大小,%IR为管道上方的地表电位与远地点
电位梯度法的基本原理是:当向管道施加特定频率电流信
的电位差除以ON电位与OFF电位之差。根据NACE0502,该
号时,如果防腐层出现破损,信号电流就是会从破损点处流出,
方法是唯一能估计防腐层漏损点大小的方法,且NACE0502还
并以破损处为中心形成一个球形电位场(见图1),在地面上通
根据%IR的大小对防腐层破损分成四类,作为立即修复、计划
过对这个电位场地面投影的电位梯度检测,确定出电位场的中
修复、监控使用还是无需修复的依据。另外,根据所测出的破
心,从而定出破损点的位置。需要注意的是,当周围的环境介
损点的位置及地表电流方向,还可以判断该破损处于阴极保护
质电特性出现较大差异时,该电位场可能发生畸变,而使地面
的有效保护下还是在遭受腐蚀,即电流从破损处流出表示该点
上的电位场中心偏移。
在遭受腐蚀,反之表示该点处于阴极保护下。
要 = =
PCM的A支架是测量两固定金属地针之间的电位差,检测
p
、
、
’
e
t
、
t
一、
,
、
时向管道中施加特定频率的交流信号,检测人员在管道上方将
A支架地针插入地表,依据接收机上的箭头方向和DB值的大
小判断破损的位置和相对大小。利用DB值的大小判断破损的
相对大小时,需考虑破损处的管道埋深及土壤的干湿情
况。[ 一 ]
图1 电流信号在防腐层破损周围形成的电位场
当前国内运用该原理的主要仪器有:DCVG与密间隔电位
sIJ又称人体电容法,检测时是以两个检测人员作为地极实
检测(CIPS)功能合为一体的DCVG/CIPS检测仪;ACVG使用
现与大地的电连接,检测人员相当于DCVG的探杖,向管道中施
较多的是雷迪PCM的A支架以及皮尔逊的防腐层探测检漏仪
加检测信号后,检测人员沿着管道一前一后走在管道上方或是
(sL)。sL已完全实现国产化,国内企业也有生产PCM,但使用
垂直于管道方向行走,根据接收机示值大小及耳机声音的大小
判断破损位置及相对大小。Ls]NACE0502中将该方法单独作为皮
收稿Et期:2007—10—08 收修改稿Et期:2008—03—17
尔逊法列出,就其原理上说该方法对破损点的检测属于ACVG.
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56 Pipeline Technique and Equipment Mav.2008
这几种仪器的原理都是利用地表的电场,通过对电位梯度
(5)由于所检测的电位梯度为该处所有电场叠加的结果,
检测探测防腐层破损的位置,不同的是信号电流频率及检测仪
器的接地形式分别为参比电极、金属地针和人体。检测时,
DCVG和A支架可由1个人操作,sL需要2个人。对于干燥的
所以未防腐的管道附件或是较大的破损附近较小的破损信号
会被屏蔽,此时缩小检测间距,若发现在某--+段上梯度值先
衰减较快,但过了某点之后又突然变大且衰减变慢,该点可能
为破损位置。该方法对厂区内管道泄露检测出的泄露点进行
验证时较为实用。
硬地面,DCVG和A支架几乎无法检测,sL仍可检测,但sL抗
干扰能力较弱,对操作人员的经验要求较高。
3应用中的相关问题分析
(6)检测时,有时会发现以某方向检测时有破损,但改变方
因电位梯度法仅是依据地表的电场进行判断,却无法判断
该电场是目标管道电流形成的还是与干扰电场叠加形成的,所
检测管道地电环境复杂时,对所检测的结果需结合实际情况及
其他手段综合分析判断。
向时,梯度场却一直指向远处。用ACVG检测时,离发射机接
地极近时,梯度场会指向地极,阴极保护的辅助阳极也会形成
较大范围的电场,另外,在管道附近小河等水域时,梯度场常指
向水中,该种情况下一般为其他电场,可不用理会。
4结束语
(1)当所测管道有相距较近的并行管线时,检测出防腐层
破损后,要同时对管道位置和破损位置进行精确定位,依据破
损位置与所测管道位置判断破损是在目标管道上还是旁边的
并行管道上,因为当并行管线相距较近且有较大防腐层破损
时,地表的电位梯度信号也较强。仅ACVG有此情况发生。
相对于加密电流衰减法的效率较低、不直观和难以精确定
位,且附近有电磁场干扰时无法检测,电位梯度法检测速度快,
定位精确高,在当前埋地钢管外防腐层破损检测技术中是最精
确高效的。但对于干燥的水泥、柏油等硬质地面检测效果较
差。对于复杂情况的检测,要结合其他检测手段及现场实际情
况,依据电位梯度法的基本原理综合分析才可做到准确无误。
参考文献:
[1] 杨永.埋地钢质管道腐蚀防护综合评价系统研究.管道技术与
设备,2004(2):11—14.
(2)当所测管道装有牺牲阳极时,检测信号一般显示破损
较大,且位置通常不在管道上方,当阳极在管道两侧对称埋设
时,可检测出地表电场为垂直于管道的椭圆形。且一般阳极埋
设间距具有规律性,可参考疑似信号的间距进行判断。
(3)检测时,测出的地表电场中心位置为防腐层破损与地
表最小距离的投影,所以当管道在斜坡上呈倾斜走向时,防腐
[2] NACE Standark RP0502—2002.Pipeline External Corrosion Direct
Assessment Methodology NACE Internationa1.
层破损一般会在测得地面位置的上方,具体位置应根据现场地
表的实际情况以最小距离距离投影原则确定。
[3]韩兴平.埋地管线腐蚀、涂层缺陷检测技术.天然气工业,2001
(1):108—111.
(4)当防腐层破损为机械划伤的长条形或是相距较近的连
续多处破损地时,会在地面形成一个长轴较长的椭圆形电位
【4] 刘福治.应用PCM对埋地长输管道外防腐层的检测.管道技术
与设备,2004(3):16—18.
场,纵向检测时表现为先有信号反应,但信号渐渐减弱到近似
消失,再向前一段距离才出现反向的信号反应。该情况下,再
[5] 张慧敏.现有埋地管道腐蚀检测方法比较.上海应用技术学报,
2004(2):104—106.
作垂直管道方向检测,信号显示有破损即为连续破损。
(上接第54页)右,即使采用内定心方式“连管器”也去不掉上
作者简介:杨永(1979一),工程师,从事压力管道检测研究工作。
层PE得到充分塑化使涂层平整,具有一定光泽度。
置压辊的作用。而胶粘剂和PE的挤出机功率都在550 kW左
右,整条生产作业线用电量也很大。PE挤出机长5—7 m,占地
采用3种涂料喷涂方法,在保证涂层质量前提下,解决了
焊缝上涂层和管体涂层一致的问题,大大降低了能耗和涂料成
本。该技术达到世界先进水平。
比较大。挤出机设备成本也很高,维修量也很大。而且收回后
的涂料不能重复利用,浪费较严重。
2 3LPE喷涂的新方法
图2中,3LPE喷涂的新方法作业线设备大大减化。根据
涂层厚度的要求,FBE喷涂用6把喷枪,胶粘剂喷涂用12把喷
枪,PE喷涂用24—32把喷枪,回收的混合料用3把喷枪来完成
3种涂料喷涂和回收混合料同时喷涂。
胶粘剂 ̄rk*4喷涂
随着涂料工业的发展,现在胶粘剂和PE都能够制成粉末,
可以用同环氟粉末一样方法来施工作业,全部粉末都可采用静
电喷涂的方法。采用3种涂料同时喷涂方法,就不需要上置压
辊,焊缝上涂层的厚度就不存在减薄的问题。该方法大大降低
了能耗,而且不必要求过高的管与管之间的定心和端面错位及
.
、 。、
I ’… …一…… ^
相对同步的问题,去掉了上、下置托辊,使螺旋焊缝钢管外表面
涂层保持均匀。
由于回收的粉末是3种涂料的混合物,就可再重新定量喷
涂到胶粘剂层和PE层中间,提高了涂料的利用率,降低了涂料
成本。
芦一豢嚣 一l{…一 广
图2 3LPE喷涂新方法示意图
PE层喷涂到加热的钢管上,因传热效率原因,PE表面不可
能达到完全塑化,必须增加一套火焰或远红外补热装置,使表
作者简介:许传新(1954一),高级工程师,主要研究方向为管道防腐设
备。
2024年4月28日发(作者:訾鹏程)
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2008芷
管 道 技 术
5 设 各
2008
第3期
Pipeline Technique
and Equipment
No.3
埋地钢管外防腐层破损检测中的电位梯度法
杨 水
(中国特种设备检测研究院管道与气瓶事业部,北京100013)
摘要:简述了埋地钢质管道外防腐层破损检测中的电位梯度法(包括直流和交流电位梯度法)原理,着重阐述了几种
实际应用仪器及现场可能遇到的相关问题分析,最后对该方法的优缺点作了分析,认为该方法是当前埋地钢管外防腐层
破损检测技术中最精确高效的。
关键词:外防腐层;埋地管道;电位梯度法
中图分类号:TE988 文献标识码:A 文章编号:1004—9614(2008)03—0055—02
Current Voltage Gradient Survery of Buried Ferrous Pipeline Coating Holiday
YANG Yong
(Pressure Pipeline and Cylinder Division,China Special Equipment Inspection&Research Institute,Beijing 100013,China)
Abstract:It describes briefly the principle of current voltage gradient surveys which includes direct and alternating current
voltage gradient survey(DCVG/ACVG)and is intended for buried ferrous pipeline Coating holiday survey.It mainly introduces sev-
era1 common instruments based O13 the principle and gives some opinions about condition encountered during the survey,by judging
that DCVG/ACVG is a most precise and efficient way to conduct buried ferrous coating holiday survey at present.
Key words:external anticorrosive coating;buried pipeline;DCVG/ACVG
1概述
效果欠佳。
外防腐层破损会引起阴极保护电流的大量流失,造成阴极 2 电位梯度法的检测应用
保护效果降低甚至失效,使管道快速腐蚀,在大阴极小阳极情
DCVG检测仪是利用阴极保护的直流电流在防腐层破损周
况下甚至穿孔。_l 因此,防腐层的破损点检测维修是确保管道 围形成的电场,用两个接地端装有饱和硫酸铜参比电极的探
防腐系统有效的必要手段。当前防腐层破损检测使用的方法 杖,在管道上方测量管道沿线的电位梯度,依据梯度值的大小
有较小间距加密的电流衰减法和电位梯度法。电位梯度法是
及正负来判断破损点位置及相对大小,该仪器一般集成DCVG
当前使用的主要方法,也是NACE0502中推荐的破损点检测方 与CIPS功能,且同时使用。 在阴极保护的恒电位仪上装上中
法 ,根据信号电流的不同分为直流电位梯度(DCVG)和交流 断器,测出管道对地的通/断(ON/OFF)电位后,可以用%IR来
电位梯度(ACVG)。 判断破损点的相对大小,%IR为管道上方的地表电位与远地点
电位梯度法的基本原理是:当向管道施加特定频率电流信
的电位差除以ON电位与OFF电位之差。根据NACE0502,该
号时,如果防腐层出现破损,信号电流就是会从破损点处流出,
方法是唯一能估计防腐层漏损点大小的方法,且NACE0502还
并以破损处为中心形成一个球形电位场(见图1),在地面上通
根据%IR的大小对防腐层破损分成四类,作为立即修复、计划
过对这个电位场地面投影的电位梯度检测,确定出电位场的中
修复、监控使用还是无需修复的依据。另外,根据所测出的破
心,从而定出破损点的位置。需要注意的是,当周围的环境介
损点的位置及地表电流方向,还可以判断该破损处于阴极保护
质电特性出现较大差异时,该电位场可能发生畸变,而使地面
的有效保护下还是在遭受腐蚀,即电流从破损处流出表示该点
上的电位场中心偏移。
在遭受腐蚀,反之表示该点处于阴极保护下。
要 = =
PCM的A支架是测量两固定金属地针之间的电位差,检测
p
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一、
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时向管道中施加特定频率的交流信号,检测人员在管道上方将
A支架地针插入地表,依据接收机上的箭头方向和DB值的大
小判断破损的位置和相对大小。利用DB值的大小判断破损的
相对大小时,需考虑破损处的管道埋深及土壤的干湿情
况。[ 一 ]
图1 电流信号在防腐层破损周围形成的电位场
当前国内运用该原理的主要仪器有:DCVG与密间隔电位
sIJ又称人体电容法,检测时是以两个检测人员作为地极实
检测(CIPS)功能合为一体的DCVG/CIPS检测仪;ACVG使用
现与大地的电连接,检测人员相当于DCVG的探杖,向管道中施
较多的是雷迪PCM的A支架以及皮尔逊的防腐层探测检漏仪
加检测信号后,检测人员沿着管道一前一后走在管道上方或是
(sL)。sL已完全实现国产化,国内企业也有生产PCM,但使用
垂直于管道方向行走,根据接收机示值大小及耳机声音的大小
判断破损位置及相对大小。Ls]NACE0502中将该方法单独作为皮
收稿Et期:2007—10—08 收修改稿Et期:2008—03—17
尔逊法列出,就其原理上说该方法对破损点的检测属于ACVG.
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56 Pipeline Technique and Equipment Mav.2008
这几种仪器的原理都是利用地表的电场,通过对电位梯度
(5)由于所检测的电位梯度为该处所有电场叠加的结果,
检测探测防腐层破损的位置,不同的是信号电流频率及检测仪
器的接地形式分别为参比电极、金属地针和人体。检测时,
DCVG和A支架可由1个人操作,sL需要2个人。对于干燥的
所以未防腐的管道附件或是较大的破损附近较小的破损信号
会被屏蔽,此时缩小检测间距,若发现在某--+段上梯度值先
衰减较快,但过了某点之后又突然变大且衰减变慢,该点可能
为破损位置。该方法对厂区内管道泄露检测出的泄露点进行
验证时较为实用。
硬地面,DCVG和A支架几乎无法检测,sL仍可检测,但sL抗
干扰能力较弱,对操作人员的经验要求较高。
3应用中的相关问题分析
(6)检测时,有时会发现以某方向检测时有破损,但改变方
因电位梯度法仅是依据地表的电场进行判断,却无法判断
该电场是目标管道电流形成的还是与干扰电场叠加形成的,所
检测管道地电环境复杂时,对所检测的结果需结合实际情况及
其他手段综合分析判断。
向时,梯度场却一直指向远处。用ACVG检测时,离发射机接
地极近时,梯度场会指向地极,阴极保护的辅助阳极也会形成
较大范围的电场,另外,在管道附近小河等水域时,梯度场常指
向水中,该种情况下一般为其他电场,可不用理会。
4结束语
(1)当所测管道有相距较近的并行管线时,检测出防腐层
破损后,要同时对管道位置和破损位置进行精确定位,依据破
损位置与所测管道位置判断破损是在目标管道上还是旁边的
并行管道上,因为当并行管线相距较近且有较大防腐层破损
时,地表的电位梯度信号也较强。仅ACVG有此情况发生。
相对于加密电流衰减法的效率较低、不直观和难以精确定
位,且附近有电磁场干扰时无法检测,电位梯度法检测速度快,
定位精确高,在当前埋地钢管外防腐层破损检测技术中是最精
确高效的。但对于干燥的水泥、柏油等硬质地面检测效果较
差。对于复杂情况的检测,要结合其他检测手段及现场实际情
况,依据电位梯度法的基本原理综合分析才可做到准确无误。
参考文献:
[1] 杨永.埋地钢质管道腐蚀防护综合评价系统研究.管道技术与
设备,2004(2):11—14.
(2)当所测管道装有牺牲阳极时,检测信号一般显示破损
较大,且位置通常不在管道上方,当阳极在管道两侧对称埋设
时,可检测出地表电场为垂直于管道的椭圆形。且一般阳极埋
设间距具有规律性,可参考疑似信号的间距进行判断。
(3)检测时,测出的地表电场中心位置为防腐层破损与地
表最小距离的投影,所以当管道在斜坡上呈倾斜走向时,防腐
[2] NACE Standark RP0502—2002.Pipeline External Corrosion Direct
Assessment Methodology NACE Internationa1.
层破损一般会在测得地面位置的上方,具体位置应根据现场地
表的实际情况以最小距离距离投影原则确定。
[3]韩兴平.埋地管线腐蚀、涂层缺陷检测技术.天然气工业,2001
(1):108—111.
(4)当防腐层破损为机械划伤的长条形或是相距较近的连
续多处破损地时,会在地面形成一个长轴较长的椭圆形电位
【4] 刘福治.应用PCM对埋地长输管道外防腐层的检测.管道技术
与设备,2004(3):16—18.
场,纵向检测时表现为先有信号反应,但信号渐渐减弱到近似
消失,再向前一段距离才出现反向的信号反应。该情况下,再
[5] 张慧敏.现有埋地管道腐蚀检测方法比较.上海应用技术学报,
2004(2):104—106.
作垂直管道方向检测,信号显示有破损即为连续破损。
(上接第54页)右,即使采用内定心方式“连管器”也去不掉上
作者简介:杨永(1979一),工程师,从事压力管道检测研究工作。
层PE得到充分塑化使涂层平整,具有一定光泽度。
置压辊的作用。而胶粘剂和PE的挤出机功率都在550 kW左
右,整条生产作业线用电量也很大。PE挤出机长5—7 m,占地
采用3种涂料喷涂方法,在保证涂层质量前提下,解决了
焊缝上涂层和管体涂层一致的问题,大大降低了能耗和涂料成
本。该技术达到世界先进水平。
比较大。挤出机设备成本也很高,维修量也很大。而且收回后
的涂料不能重复利用,浪费较严重。
2 3LPE喷涂的新方法
图2中,3LPE喷涂的新方法作业线设备大大减化。根据
涂层厚度的要求,FBE喷涂用6把喷枪,胶粘剂喷涂用12把喷
枪,PE喷涂用24—32把喷枪,回收的混合料用3把喷枪来完成
3种涂料喷涂和回收混合料同时喷涂。
胶粘剂 ̄rk*4喷涂
随着涂料工业的发展,现在胶粘剂和PE都能够制成粉末,
可以用同环氟粉末一样方法来施工作业,全部粉末都可采用静
电喷涂的方法。采用3种涂料同时喷涂方法,就不需要上置压
辊,焊缝上涂层的厚度就不存在减薄的问题。该方法大大降低
了能耗,而且不必要求过高的管与管之间的定心和端面错位及
.
、 。、
I ’… …一…… ^
相对同步的问题,去掉了上、下置托辊,使螺旋焊缝钢管外表面
涂层保持均匀。
由于回收的粉末是3种涂料的混合物,就可再重新定量喷
涂到胶粘剂层和PE层中间,提高了涂料的利用率,降低了涂料
成本。
芦一豢嚣 一l{…一 广
图2 3LPE喷涂新方法示意图
PE层喷涂到加热的钢管上,因传热效率原因,PE表面不可
能达到完全塑化,必须增加一套火焰或远红外补热装置,使表
作者简介:许传新(1954一),高级工程师,主要研究方向为管道防腐设
备。