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埋地管道防護(hù)層缺陷電位梯度檢測技術(shù)研究

文檔作者：巢栗蘋文檔來源：化學(xué)工業(yè)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月30日
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實(shí) 驗(yàn) 研 究 C石orros油ion&amp;amp;化Prote工ction i腐n Petr蝕ochem與i cal I防ndust護(hù)ry
2 0 0 8 ，2 5 ( 1 ) · 2 4 ·
埋地管道防護(hù)層缺陷電位梯度檢測技術(shù)研究
巢栗蘋
(化學(xué)工業(yè)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江蘇南京210024)
摘要：介紹了埋地管道防護(hù)層缺陷電位梯度檢測技術(shù)的工作原理及檢測方法，并通過室內(nèi)模擬試
驗(yàn)研究了缺陷大小、保護(hù)電流、管道理深等對防護(hù)層缺陷上方地表的直流電位梯度的影響。證明了地
表電位梯度檢測技術(shù)能檢測出缺陷位置，并能判斷缺陷嚴(yán)重程度及性質(zhì)。
關(guān)鍵詞：埋地管道 防護(hù)層檢測 電位梯度
中圖分類號：TE985，8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1007-015X(2008)01-OO24一o4
埋地管道防護(hù)層缺陷電位梯度檢測技術(shù)
(Direct Current Voltage Gradient)簡稱DCVG，也稱
直流脈沖技術(shù)。該技術(shù)是目前世界比較先進(jìn)的埋
地管道防護(hù)層缺陷檢測技術(shù)。在所使用的埋地管
道防護(hù)層缺陷檢測技術(shù)中，DCVG是最準(zhǔn)確的管道
防護(hù)層缺陷定位技術(shù)之一。該技術(shù)在國外已經(jīng)得
到廣泛應(yīng)用，而在國內(nèi)埋地管道防護(hù)層缺陷檢測中
的研究和應(yīng)用還尚處在起步階段?。
1 原理及檢測方法
直流電位梯度法的原理：當(dāng)陰極保護(hù)電流流經(jīng)
管道時，由于防護(hù)層的破損處與土壤間的電阻比防
護(hù)層完整處與土壤間的電阻要小，故流經(jīng)管道破損
處的電流較大，因而在土壤中便產(chǎn)生了一個電位梯
度場。防護(hù)層破損面積越大，電流越大，電位梯度也
越大、越集中。而在破損點(diǎn)完整的位置電位梯度是
很小的。參比電極之間的極性可用來確定產(chǎn)生所得
電位梯度電流的方向。知道土壤中所流電流的方向
就可追蹤電流的軌跡來確定缺陷的位置。DCVG通
過在管道地面上方的兩個參比電極一Cu／CuSO 電
極和與電極連接的中心零位的高靈敏度毫伏表來檢
測因管道防護(hù)層破損而產(chǎn)生的電壓梯度，從而判斷
管道破損點(diǎn)的位置和大小【2 J。在進(jìn)行檢測時，兩個
電極沿管線方向進(jìn)行檢測。當(dāng)接近防護(hù)層破損點(diǎn)時
毫伏表的指針會指向靠近破損點(diǎn)的電極。走過破損
點(diǎn)時指針會指向檢測后方的電極。
管道防護(hù)層缺陷面積的大小可通過電壓降的計(jì)
算獲得，電壓降越大，陰極保護(hù)的程度越低，因而管
道防護(hù)層破損面積越大。在實(shí)際檢測過程中，由于
電壓降還與破損點(diǎn)的深度和土壤電阻率等因素有
關(guān)，所以只能近似地表示為管道破損面積的大小。
優(yōu)點(diǎn)：(1)只需一個人即可進(jìn)行測量；(2)無需
使用拖線電纜，因此對測量者極為方便，使得測量
比較容易穿越道路、溝渠及山地；(3)可以在±75
toni范圍內(nèi)確定防護(hù)層缺陷，定位精度高；(4)可估
算缺陷尺寸大小、指示腐蝕是否進(jìn)行，還可以檢測
彼此相距很近的面積較大和較小的缺陷；(5)可以
同時對并行管道進(jìn)行測試；(6)測量信號可以重疊
在一條已有的陰極保護(hù)系統(tǒng)上；(7)不易受管道上
方電網(wǎng)干擾；(8)受地貌影響小；(9)可通過電壓降
判定缺陷嚴(yán)重程度。
由于DCVG采用了不對稱信號，可以判斷管
道是否有電流流入或流出，因而可以判斷管道在防
護(hù)層破損點(diǎn)是否有腐蝕發(fā)生。這是其他管道缺陷
檢測方法所不具備的特點(diǎn)。
但此方法也有其缺點(diǎn)，如：不能直接給出破損
點(diǎn)處的管地電位，不能指示防護(hù)層剝離。
2 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)儀器及器材：DJ～6型金屬防蝕涂層電
火花檢漏儀、水槽(長：1000 mm，寬：290 mm，深：
250 mm)、鐵管( 7 mm，壁厚：2 mm，長度為950
mm)、甘汞參比電極、輔助陽極、萬用表、毛細(xì)管、
ZF一3恒電位儀、導(dǎo)線、油漆、萬能膠、支架、瓊脂、
接線板和螺絲，實(shí)驗(yàn)所用介質(zhì)(自來水，鹽水和蒸
餾水)。實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。
在實(shí)驗(yàn)中電位測量精度尤為重要。嚴(yán)格控制
水槽上方兩移動參比電極間的間距和移動的精確
位置，利用毛細(xì)管來減小移動參比電極時對水面的
干擾。測量時還應(yīng)排除其它直流電干擾。保證實(shí)
收稿日期：2007—04—27；收稿日期：2007—12一o4。
作者簡介：巢栗蘋(1978一)，女，滿族，2006年畢業(yè)于中國
石油大學(xué)(北京)獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事在役壓力容器、壓力
管道檢驗(yàn)工作。
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第1期 巢栗蘋．埋地管道防護(hù)層缺陷電位梯度檢測技術(shù)研究 ·25·
驗(yàn)環(huán)境的穩(wěn)定性也很重要。
恒電位儀 萬用表
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意
水槽
試驗(yàn)方法：
固定缺陷的尺寸、位置、性質(zhì)，改變輸入信號檢
測泄漏信號。
固定輸入信號，改變?nèi)毕莸某叽?、位置、性質(zhì)，
檢測泄漏信號。
2．1 缺陷大小和電位梯度的關(guān)系
管道埋深28 mm，自來水電導(dǎo)率：650 IXs／cm，
防護(hù)層缺陷直徑與電位梯度關(guān)系見圖2。
圖2 防護(hù)層缺陷直徑與電位梯度關(guān)系
由圖2可知：在介質(zhì)電導(dǎo)率不變、給定電流不
變和管道埋深不變的情況下，缺陷直徑增大，檢測
信號反而減小。在介質(zhì)電導(dǎo)率不變和缺陷直徑不
變和管道埋深不變的情況下，給定電流增大，檢測
信號也隨之增大。
自來水電導(dǎo)率：650 IXs／cm，給定電流一0．030
mA，防護(hù)層缺陷直徑與電位梯度關(guān)系見圖3。
由圖3可見：垂直管道測量時，在介質(zhì)電導(dǎo)率
不變、給定電流不變和管道埋深不變時，檢測信號
隨缺陷直徑增大而減小。當(dāng)介質(zhì)電導(dǎo)率不變和給
定電流不變時，檢測信號隨管道埋深減小而增大。
由圖2和3看出：在給定電流不變時，電位梯
度與缺陷直徑成線性反比，即當(dāng)缺陷直徑增大時，
電位梯度減小。
圖3 防護(hù)層缺陷直徑與電位梯度關(guān)系
2．2 管道給定電流與電位梯度的關(guān)系
自來水電導(dǎo)率：650 I,t,s／cm，管道埋深為
28 rain，管道給定電流和電位梯度關(guān)系見圖4。
圖4 電流和電位梯度關(guān)系
蒸餾水與自來水混和液電導(dǎo)率：165 ixs／cm，管
道埋深為28 nl／n，管道給定電流和電位梯度的關(guān)系
見圖5。
電流觸
圖5 電流和電位梯度關(guān)系
鹽溶液電導(dǎo)率：3200 ixs／cm，管道埋深為
28 rain，管道給定位梯度的系見圖6。
O 暑6 4 2 O 8 6 4 2 O 8 6 4 2 O
4 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1
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· 26· 石油化工腐蝕與防護(hù) 第25卷
圖6 電流和電位梯度關(guān)系
由圖4—6均可以看出在缺陷大小不變、深度
不變和溶液電導(dǎo)率不變的情況下，隨檢測電流的增
大，檢測信號成線性增大，即隨檢測電流的增大，信
號變強(qiáng)。由于缺陷大小不變，即隨缺陷處電流密度
增大，缺陷周圍電場強(qiáng)度增大，檢測信號相應(yīng)增大。
這與理論公式中的電位梯度與電流密度成正比例
的變化相吻合(注：由于檢測過程中所用的監(jiān)測端
反接，所以在圖中顯示的斜率為負(fù)的直線)。
2．3 管道防護(hù)層缺陷位置的檢測
對管道施加直流電流信號，利用萬用表在防護(hù)層
缺陷前后位置的讀數(shù)變化情況來確定防護(hù)層破損位
置。當(dāng)兩根電極探杖接近破損點(diǎn)時，可以看到電位梯
度數(shù)值會逐漸增大；當(dāng)跨過這個破損點(diǎn)后，地電位梯
度數(shù)值則會隨著遠(yuǎn)離破損點(diǎn)而逐漸減小，變化幅度最
大的區(qū)域即為破損點(diǎn)近似位置。一般破損面積越大，
電流密度越大，而形成的電壓梯度也就越大。
在電導(dǎo)率為165 I．~s／em的蒸餾水和自來水混
合液中，管道埋深為28 rnlTl，給定電流為
一0。012 mA，測試探針位置和電位梯度的關(guān)系見
圖7(ABCD分別表示防護(hù)層缺陷直徑為3 mm，
5 Irun。7 Irun和9 mm)o
圖7 測試探針位置和電位梯度的關(guān)系
由圖7可以明確看出當(dāng)測量位置接近20 em
時，電位梯度數(shù)值逐漸增大。當(dāng)跨過20 em這個點(diǎn)
后，電位梯度數(shù)值則隨著遠(yuǎn)離20 cm這個點(diǎn)而逐漸
減小。電位梯度變化幅度最大的區(qū)域即為破損點(diǎn)
近似位置。由此可以確定管道防護(hù)層在20 em處
為破損處。
2．4 管道埋深與電位梯度的關(guān)系
鹽溶液電導(dǎo)率：9000 I．~s／em，給定電流為
一0．355 mA，管道深度與電位梯度關(guān)系見圖8。
深度／era
圖8 管道深度與電位梯度關(guān)系
說明隨埋深的增大，地表的電場分布接近于無
缺陷時的分布。當(dāng)埋深增加到一定時檢測信號接
近零，因此在測量埋得更深的管道時就測不到信
號。即只能檢測到距地表一定深度以內(nèi)的管道防
護(hù)層缺陷。當(dāng)埋深達(dá)到一定時，無論缺陷直徑大小
如何，檢測信號幾乎相同，即接近零。
2．5 電壓降(％職)的計(jì)算
根據(jù)缺陷中心和遠(yuǎn)端大地間的電位差來確定
缺陷的嚴(yán)重性，用電壓降(％／R)值來表示嚴(yán)重程
度。％職越大，陰極保護(hù)水平越差 J。
％IR： x×11 O0
其中：P =vo．一
式中：％上R一破損點(diǎn)處百分比I 降；
一防護(hù)層缺陷位置近端與遠(yuǎn)端的電位梯
度，mV；
P 一off狀態(tài)下管道對大地遠(yuǎn)端的電位漂移，
mV ；
一破損點(diǎn)位置處的通電電位，mV；
一破損點(diǎn)位置處的斷電電位，mV。
管道埋深28 rnlTl，自來水電導(dǎo)率：650 I．~s／em
給定電流一0．030 mA，缺陷直徑和電壓降的關(guān)系
見圖9。
由圖9可以看出管道防護(hù)層缺陷面積的大小
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第1期 巢栗蘋．埋地管道防護(hù)層缺陷電位梯度檢測技術(shù)研究
可以通過該位置遠(yuǎn)地的電壓降與信號的百分比來
給出。管道防護(hù)層破損面積越大，電壓降越大，陰
極保護(hù)的程度越低。
圖9 缺陷直徑和電壓降的關(guān)系
3 結(jié)論
(1)在給定電流不變時，電位梯度與缺陷直徑
成線性反比，即：當(dāng)缺陷直徑增大時，電位梯度反而
減小。
(2)管道防護(hù)層缺陷部位產(chǎn)生極化電流，管道
的漏電負(fù)荷值越大，管道磁性變化造成的極化電流
就越大。即：電位梯度和泄漏電流(密度)呈線性
關(guān)系，電位梯度越大，泄漏電流越大。
(3)當(dāng)測量位置接近缺陷點(diǎn)時，電位梯度數(shù)值
逐漸增大。當(dāng)跨過這個點(diǎn)后，電位梯度數(shù)值則隨著
遠(yuǎn)離這個點(diǎn)而逐漸減小。電位梯度變化幅度最大
的區(qū)域即為破損點(diǎn)近似位置。即由電位梯度相對
值的變化可以確定防護(hù)層缺陷的位置。
(4)電位梯度隨管道埋深增加而減小，當(dāng)埋深
達(dá)到一定深度時，這種影響變得極其微小即地表的
電場分布接近于無缺陷時的分布。
(5)管道防護(hù)層缺陷面積的大小可以通過該
位置處遠(yuǎn)地的電壓降與信號的百分比來給出。管
道防護(hù)層破損面積越大，電壓降越大，陰極保護(hù)的
程度越低。長距離管道檢測是管道檢測研究中的
熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
近年來，人們特別關(guān)注于長距離檢測技術(shù)的發(fā)
展。盡管還存在著這樣或那樣的問題需要解決，不
開挖管道檢測技術(shù)對管道進(jìn)行長距離檢測己經(jīng)引
起人們的重視，其廣闊的應(yīng)用前景是不言而喻的。
而管道長距離檢測技術(shù)之一的電位梯度檢測技術(shù)，
必將能開拓人們的思路，隨著人們對其理論研究的
不斷深入、應(yīng)用技術(shù)的不斷完善，應(yīng)用范圍也會更
加廣泛。
參考文獻(xiàn)
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應(yīng)用[J]．管道技術(shù)與設(shè)備，2001，(5)：38
3 許代英，禹繼貧．輸氣管線絕緣防護(hù)層缺陷檢測及應(yīng)用[J]．天
然氣工業(yè)，2000，20(5)：98
Study on VG Detection Technologies for Defects of Under——ground Pipelines Coatings
Chao Liping
Quality Supervisory Centre Chemical Equ@,~nt( ，Jiangsu，210024)
Abstract：The working mechanisms and monitoring technique of VG detection technologies for under—ground pipeline coating
defects were introduced．Th e impact of defect sizes，protection current and burying depth of the pipelines on the direct current
voltage gradient(DCVG)of ground SUl~flce above protection coatings was studied on laboratory simulation tests．The results showed
that DCVG was efective in the detection of defects location and determination of defect severity and nature．
Keywords：buried pipeline，protection coating monitori

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