埋地钢质管道阴极保护系统附属设施定位检测方法的实践_金哲

1、2011年第6 期Pipeline Technique and Equipment 2011 No.6收稿日期:20111019埋地钢质管道阴极保护系统附属设施定位检测方法的实践金哲1,刘宏1,董研1,孙丹2(1中国石油管道公司沈阳技术分公司,辽宁沈阳110031;2中国石油天然气管道工程有限公司东北分公司,辽宁沈阳110031摘要:管道在运输和敷设期间,会造成防腐层的损伤,使管道防腐保护的第一道屏障部分失效。阴极保护是管道防腐保护的第二道屏障,其作用就是对这些防腐层缺陷处的金属提供保护,避免腐蚀的发生。阴极保护系统包括恒电位仪系统及其阴极保护附属设施。近些年,管道阴极保护系统附属设施的地面标

2、识缺失或损坏,给阴极保护系统的正常投运及日常维护工作带来很大不便,也间接地影响了阴极保护系统的正常运行。文中介绍了利用检测仪器定位阴极保护系统附属设施,保障阴极保护系统的完整性。关键词:管道;阴极保护系统;附属设施;定位;PCM中图分类号:TE8文献标识码:A文章编号:10049614(2011060024030引言阴极保护是目前埋地管道采用的主要防腐措施,在无法确保埋地管道防腐层不存在破损的情况下,阴极保护系统起到的防腐作用更加重要。因此,需要加强日常的阴极保护管理,通过定期对沿线电位的调查和对阴极保护系统的维护,使其工作在合适的工作状态,为管道提供有效的保护。常用的阴极保护方法有2种:牺牲

3、阳极法和外加电流法。外加电流阴极保护系统由于其驱动电压高、输出电流大、有效保护范围广,广泛应用于被保护面积大的长距离、大口径管道。12该系统主要由恒电位仪、阳极地床等附属设施、被保护对象组成,除恒电位仪之外还有其他的附属设施来确保阴极保护系统的正常运行,包括阳极地床、长效参比电极、绝缘法兰、跨接电缆等,而阴极保护站的日常维护工作也是围绕这些设施开展的。正常情况下,在这些附属设施上方都有测试装置和维护装置,以便于维护人员定期对其进行检测,根据检测结果及时发现问题并进行必要的维护和保养。3但由于某些原因,许多新建管道和运行多年的管道的阴极保护系统附属设施上并没有这些测试装置,无法对这些设施进行测试

4、、维护和保养,从而导致阴极保护系统故障频繁,无法正常工作。在没有施工图纸和明显的地面标识情况下找到这些附属设施的具体位置是确保阴极保护系统正常运行的先决条件。管道电流测绘系统(简称PCM常用于管道定位和埋深测量,通过其应用功能的拓展,可以实现对阴极保护系统附属设施的查找定位。1恒电位仪系统辅助阳极地床的定位检测1.1仪器的安装关闭恒电位仪,在恒电位仪后部接线板上摘除阳极线和机壳接地线。PCM发射机的白色夹子(检测时接管道一端接阳极线,绿色夹子(检测时接地端接机壳接地线。利用机壳自身的接地装置将信号发射到阳极的接线电缆上。1.2定位检测首先将PCM接收机调整到相应的频率,用谷值法进行大范围定位,

5、然后用峰值法精确定位,一边定位一边读取埋深值和电流值。一般情况下电缆上没有电流的损失,所检查的电缆沿线电流信号几乎等同于发射机的发射信号,沿着查找到的阳极电缆走向就可到达阳极地床所在的位置。判断阳极地床位置的办法是看电流衰减,由于在阳极电缆上电流信号几乎没有衰减,因此在遇到埋设的第一组阳极时,电流信号会有明显的衰减,此后每经过一组阳极都会有明显的信号衰减。而一旦离开阳极地床后,埋深立刻就没有示值,电流值也随之消失。此外,也可以利用A字架进行定位检测。该方法第6期金哲等:埋地钢质管道阴极保护系统附属设施定位检测方法的实践25借鉴了查找管道防腐层缺陷的四向定位法。一般情况下,阳极电缆上A字架的信号

6、是一直指向站内恒电位处发射机方向的,且dB值相对固定。在到达阳极埋设位置时信号会反向,并在4个方向有明确指示,随着逐渐远离阳极,A字架的信号仍会指向阳极,但dB 值逐渐减小。1.3注意事项(1安装发射机时,利用机壳的接地达到良好的信号传输是个便捷的方法,但为了减少干扰保证信号的独立性,应单独铺设一组接地钢钎。站内地下电缆交错纵横分布,且埋深较浅。因此,安装接地钢钎时,要特别注意避开这些埋地电缆。(2定位检测时,尽量用峰值法进行查找,并读取埋深和电流值,通过这2个数据可以有效地排除许多错误信号和异常指示。(3检测过程中配合A字架使用,根据辅助信号强弱的判断,可以准确定位阳极地床的位置。1.4检测

7、案例发射机安装好后,发射600mA的电流,在阴极保护间外找到了阳极地床的电缆线,埋深1.12m,电流598mA由于利用了机壳自身的接地极,而接地极又与站内的接地扁钢连接,因此在出站附近产生一些干扰信号,出院墙后这些干扰信号即刻消失。随着查找到的电缆线排查,2m读取一次埋深和电流值,A字架随后排查,信号指向稳定,电流值一直稳定在发射电流值大小。继续向前检测,电流值突然下降,示值显示为450mA,此时利用A字架在其右侧0.5m处发现有明显的4个方向指示;再前行2m多后,又出现1个明显的电流下降,示值显示为250mA左右,A字架在该处亦有明显的指示;随后2m处又发现1组电流衰减和A字架指示明显位置。

8、再前行0.5m后,虽然定位信号仍有明显的指示,但埋深值和电流值都没有了,A字架信号指向阳极,dB值随着逐渐远离阳极而减小。通过dB值的变化可大致确定阳极地床的埋设长度。2恒电位仪系统长效参比电极的定位检测2.1仪器的安装关闭恒电位仪,摘除恒电位仪后部接线板上的阳极接线和参比电极接线,PCM发射机的白色夹子(检测时接管道一端接参比电极接线,绿色夹子(检测时接地端接阳极电缆线。利用阳极地床将信号发射到参比电极的接线电缆上。2.2定位检测由于参比电极一般埋设在进出站绝缘法兰外侧10m左右的位置,因此参比电极接线电缆较短,承载不了太大的电流,因此,发射电流一般设为100mA的最低输出电流档。先采用峰值

9、法小范围内仔细查找定位参比电极接线电缆,并读取电流和埋深值。由于其大多贴近院墙内侧铺设,附近的其他电缆和站场分布的接地排对信号影响很大,产生很多异常信号,需要通过埋深和电流值的判断来排除。此时可辅助使用A字架进行配合查找,在经过参比电极埋设位置时,电流值和埋深值会有很大的变化,A字架在4个方向亦有明显的指示,从而精确定位出埋设位置。2.3注意事项(1安装发射机时,利用阳极地床作为接地是个便捷的方法,不要使用机壳的接地装置,因为机壳接地排和参比电缆线的埋设距离过近,会对信号造成影响;也不要使用单独的接地装置,站内的其他装置会屏蔽掉大部分发射信号。(2参比电极的电缆线一般不会超过150m,因此所能

10、承载的测试电流很小,有时100mA的最小测试电流也会导致发射机告警,但只要能发出信号,短时间内仍可以满足测试需要。(3检测时,一定要用PCM峰值法查找,并利用电流值和埋深值来判断参比电极接线电缆的真正位置。由于其他接地装置和电缆线的影响,参比电极电缆线上的信号是有衰减的,但该线缆上的信号仍是最强的。(4由于参比电极电缆一般和零位接阴的电缆采用同一个套管从埋设位置引进阴极保护间,因此检测信号会通过零位接阴线感应到管道上,过了埋设位置后仍会有一定的信号指示,所以不要盲目地跟随检测信号指示,一旦发现埋深陡降和信号突变,需要配合使用A字架进行定位检测。2.4检测案例开始测试时,先采用机壳的接地装置作为

11、发射机的接地极进行参比电极接线电缆的定位查找,结果发现最后信号都集中指向于接地排。此外,由于机壳接地装置与站场的接地网连接,干扰信号很强。后经试验,改用阳极地床作为接地极,勉强可以发射出100 mA电流。考虑到站内接地线太多、信号比较杂乱,因此不能用谷值法,只能用峰值法。此外,再结合其埋深不26Pipeline Technique and Equipment Nov.2011会有太大变化的特点进行定位查找,而且通过这2个数据可以排除掉很多异常信号。参比电极电缆一般会在出站ESD阀处,跟管道几乎同沟铺设出站。在站外找到这根电缆的信号继续跟踪,在出站25m处信号突然变小,埋深也变大,A字架的指示信

12、号一直是向前指,在该处也反方向指示,从4个方向定位,锁定参比电极的大致埋设位置。找到参比电极大致的埋设位置后,在其上方安放一支标准硫酸铜参比电极,用引线引到阴极保护间内,用万用表测试2个参比电极的电位差,标准规定电位差不大于30mV,上下波动不大于5mV则合格,否则需要考虑加水保湿或更换。3恒电位仪系统零位接阴电缆的定位检测3.1常规测试方法零位接阴电缆线的定位与参比电极电缆的方法一样,但由于零位接阴线与管道连接,因此不能准确查找到其焊接位置,只能定位其电缆走向。此外,可采用下述评价电缆接线的完好性:(1恒电位仪开通状况下,来回切换控制面板控制电位和保护电位的2个档位,如果发现仪表显示给定电位

13、数值没有变化,则表明参比电极和零位接阴线完好;(2关闭恒电位仪,将零位接阴线从接线板上摘除,用参比电极分别测试零位接阴线和阴极线的电位,数值相同则表明其完好;(3用万用表直接测量阴极线和零位接阴线的电位差,数值几乎为零则表明其完好。3.2注意事项由于零位接阴线和阴极线焊接到管道上的位置很近,因此在施工时经常会出现错误连接,或通过一根电缆线引入阴保间后再分叉连接。这会直接导致恒电位仪运行的不正常。因此,在测试期间除了要判断其电缆线连接的完好性外,还要特别注意这2根电缆线是否通过单独的电缆引入。其方法是:(1恒电位仪开通状况下,分别测试零位接阴线和阴极电缆的电位,比较2个电位是否存在明显的差值;(

14、2关闭恒电位仪后,再次测试2根电缆线,比较电位是否相同。因为阴极电缆线在恒电位仪运行状况下流通电流的原因,它的电位会比零位接阴电缆上的电位高出50mV左右,而关闭恒电位仪后,这个差值就不存在,2根电缆线的电位趋于一致,通过上述方法可以判断这2根电缆线是否独立。4跨接电缆走向定位检测4.1仪器的安装发射机需要安装在站外的管道上,发射机的白色夹子接管道,绿色的夹子接地极。4.2定位检测用接收机跟随检测信号,由于其信号值强,电流埋深指示明显,可采用显示明显的谷值法查找,跟踪信号一直到进站端,信号一直没有明显的衰减。进站后,可发现跟踪信号没有与露出地面的管道从同一方向进入工艺区,而是向出站方向延伸,最

15、后在出站端出站,出站后跟踪信号又回到管道上,电流值没有明显的衰减。4.3注意事项由于一些原因,有些跨接电缆不是通过测试桩内通过跨接片连接而是直接焊接到进、出站两端的绝缘法兰外侧,这样不利于维护。如果是测试桩内有多根接线,不清楚哪根是跨接线的情况下,可以摘除后通过交流电位测试法来判断。5绝缘法兰的定位检测5.1仪器的安装发射机需要安装在站内的管道上,发射机的白色夹子接工艺区管道上,绿色的夹子接地极。5.2定位检测使用站内的接地排发射电流,但工艺区内电流流失很严重,只能用峰值法跟踪到微弱的信号,此时埋深值和电流值均有显示。沿管道方向慢慢移动接收机,发现在经过绝缘法兰后,信号立刻消失,且不再显示埋深

16、值和电流值。另外,还可以利用A字架配合查找绝缘法兰,因为在绝缘法兰两侧信号都是指向法兰外侧而不是指向法兰。通过上述2种办法均可判断绝缘法兰的埋设位置。5.3注意事项(1由于有跨接电缆的存在,而且直连到管道上无法断开,因此无法在站外安装发射机进行查找。如果跨接线可以断开,查找绝缘法兰将容易得多。(2管道上感应到的电流很小,必须用峰值法才能找到,而且显示的埋深值和电流值都不是真实的数值,仅可用于管道定位。(3站内地面上的管道可以起到很好的参照作用。(下转第29页第6期樊一蒙等:油田小口径管道内壁腐蚀检测技术29线钢丝绳盘上的钢丝头从管道出口处牵引至管道进口处。(8钢丝绳头与检测小车连接,自动排线电

17、缆盘与检测小车尾部连接。操作控制箱检查灯光、图像、前进、后退、速度快慢等项目,检查机件是否松动等,一切正常则进行检测。(9操作人员必须认真观测管内情况,发现异常立即停车,仔细分析。(10检测车走到尽头,可以脱离钢丝绳活络钩,检测车用自动排线电缆盘拖回,从管口取出6。通过室内试验,获得令人满意的效果。4功能和基本技术参数(1探测管径:DN50、DN60、DN80、DN100。(2探测距离:250m、双向行走。(3摄像系统:450线CCD3感光泛焦镜头,防爆、防水、防泥沙侵入。(4照明系统:亮度可调LED4照明。(5影像系统:采用微型硬盘实时录像,具有影像重放功能。(6显示系统:彩色液晶显示器。(

18、7计米系统:电子自动显示探测车位置距离,缺陷定位精度0.3m,并且设计了计米置零功能。(8行走系统:采用速度可调的电动双向拖拉系统。(9输出系统:具有USB输出,方便连接电脑进行影视图像编辑;同时具有AV信号输出,方便连接其他显示器。(10电源系统:采用交流220V供电,经过安全隔离和通过电源管理器取得低压直流电控制整个系统。5结束语2008年,在大庆油田采油九厂龙虎泡作业区对1.1km的89mm掺水管线进行检测,为管线的维修提供了科学依据,取得了很好的效果。油田管道内腐蚀损坏程度及修复质量视频检测车具有长距离、可拍摄录像、传输、长期储存图像的管道内窥检测仪器,实现小口径管道、长距离的检测。它的研制开发将在小口径管道清洗及修复工程上得到更加广泛的应用,同时为管道修复质量提供技术保证。参考文献:1寇杰,梁法春,陈婧油气管道腐蚀与防护北京:中国石化出版社,20082齐振林,周抚生石油腐蚀与管道防护学术会议哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,20073CJJ952003城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程4王桂增,叶昊流体输送管道的泄漏检测与定位北京:清华大学出版社,20105中国石油管道公司油气管道腐蚀控制实用技术北京:石油工业出版社,20106中国石油管道公司油气管道检测与修复技术北京:石油工业出版社,2010(上接第26页5.4