埋地管道防腐层缺陷检测技术与仪器研究!

1、埋地管道防腐层缺陷检测技术与仪器研究 !陈世利 李 健 靳世久 宋诗哲 " 天津大学 天津 #$%&摘要 本文研究了埋地管道防腐层缺陷的电化学阻抗谱特征 (提出了一种同时检测管道防腐层破损和剥离的方法 (并研制了基 于 *+的便携式检测仪器 (在实验管道上取得了比较满意的实验结果 ,关键词 埋地管道 缺陷检测 防腐层破损 防腐层剥离 电化学阻抗谱-. /012345. 56. 723856937:/5; 30<3=. >/? 53. 2>A2; . 73B45; /C . =2D/>750 E 7F 5C 735G H I J*H K L K M K

2、N K O J N K J*H K P K Q *R J S*H K T H I " U V W X Y V XZ X V V _ (U V W X Y V X a b b b c d (e f V X W g h =. > 6. i Jj H K k l O l I m j H I n I O j Q m I k R n O o p Q K m I qr L I o j m R o H I s K k j m ti s l I q O J o I *l I o j m Q s k R n u Q m K I ql K l I L K J I o R O j K J S q I

3、 n O Q L j k O m I k j Q q K I q v w s I j H R q R n q I j I o j K J S j H I o R O j K J S q I n I o j O J q o R O j K J S q K k u R J q s I J j R n l K l I L K J I k K s Q L j O J I R Q k L t K k l m I k I J j I q v xK j Hj H I *+y u O k I ql R m j O u L In K I L qq I j I o j K R JK J k j m Q s I J

4、 j s O q Iu tj H K k l O l I m (k O j K k n t K J Sm I k Q L j k O m IO o y p Q K m I qn m R s j H I I z l I m K s I J j O L u Q m K I ql K l I L K J I v51|2>0=Q m K I q l K l I L K J I I n O Q L j kq I j I o j K R J G R O j K J S q I n I o j G R O j K J S q K k u R J q s I J j r L I o j m R o H

5、I s K k j m t K s l I q O J o I k l I o j m Q s引 言管道是输送大量石油 ! 燃气等能源安全 ! 经济的运 输工具 , 随着管线的增多 (管龄的增长 (管道事故频频 发生 (据统计 (有一半左右的事故是由腐蚀引起的 , 管 道防腐层的缺陷有破损和剥离两种 " 图 " , 当 防腐层破损时 (加在管道上的阴极保护系统可以延缓 破损处腐蚀的发生 , 当防腐层剥离时 (由于防腐层对阴 极 保护电流的屏蔽作用而 出 现 #死 角 $区 %" &(该 区 域 会 发生严重腐蚀 (因此 (剥离比破损有更大的危害性 (许 多

6、开挖实例都证明了这一点 , 由于历史的原因 (我国大 多 数 长 输 管 道 采 用 石 油 沥 青 防 腐 层 " 国 外 已 逐 渐 淘 汰 (而这种防腐层容易发生剥离现象 ,尽管已有多种检测埋地管道防腐层缺陷的方法 ( 但迄今为止 (国内外尚未见在管道外部检测防腐层剥 离的实用化技术报道 , 本文提出了一种同时检测管道 防腐层剥离和破损的方法 (研制了基于 *+的便携式 检测仪器 (取得良好的检测结果 ,图 " 防腐层缺陷 防腐层缺陷的电化学阻抗谱 " r i *管道腐蚀的过程是一个电化学过程 , 具有一定缺 陷的管道防腐层的电化学等效电路如图 &,

7、第 &#卷第 " 期 仪 器 仪 表 学 报 &$&年 &月! 本文于 $年 ,资助项目 " %$+(#*图中 ! " 和 #"是防腐层本身的电阻和电容 $! % 和卷试片 ! 表征其防腐层性质的高频容抗弧则明显大于表 征防腐层 " 金属界面腐蚀反应的低频容抗弧 #根 据 测 得 的 电 化 学 阻 抗 谱 数 据 ! 解 析 出 $过 程 从 略 %图 &等效电路中的元件参数见表 #表 (模拟缺陷试片的电化学等效电路参数*$+, -. /&%0*$1*" -. /&% 2$+,

8、 -. /&%03$1*" -. /&%破损试片 4 5 46&774869&4:剥离试片 675 4; 8< ; =6597 4 9定义阻抗 幅 值 随 频 率 变 化 的 系 数 >为 各 频 率 下 阻抗幅值 ? 与最低频率时阻抗幅值 ? /A 之比 ! 即 B>C? /A< ; ; D两种试片的 >值随频率变化的关系如图 6所示 #可以 看出 ! 两种试片的 >值有明显的区别 #因此 ! >值可作 为判断防腐层破损和剥离的一种依据 #图 8涂层缺陷检测仪总体框图信噪比相差很大 #因此 ! 对这部分的放大

9、器 I 滤波器 I 模 数转换器提出了较高的要求 #E 4E 控制与数据处理部分处理按键 M 控制信号的发生与采集部分协调工作 I 完 成 测 试 M 显 示 测 试 结 果 M 与 H 0机 的 通 讯 M 对 测 试 数 据进行时域和频域的信号处理 M 解析出被测管道的电 化学等效电路参数 M 判断缺陷类型 #仪 器 核 心 是 F G H 芯 片 ! 即 数 字 信 号 处 理 芯 片 ! F G H 优 越 的 性 能 使 指 令 周 期 越 来 越 短 ! 如 对 一 个 6; QK L 的 晶 振 ! 在 不 倍 频 的 前 提 下 ! 指 令 周 期 可 以 为 &8A

10、R #本 文 选 用 的 F G H 芯 片 ! 有 9&>字 S T U R V/W /X Y Z 可以作为程序存储器 ! 另外还有 866字的 F J J Q 和 6>字的 G J J Q ! 经过外部 J Q 和适当的 " P 扩展 后用于本仪器中是很恰当的 #现场检测仪器一般用电池供电 ! 选择器件时芯片 的功耗必须考虑 #同时 ! 仪器可以显示电池容量 ! 使用 中及时提醒操作者更换电池 #本文选用的 F G H 内部有 5条 5位 数 据 线 ! 与 5位 J " F 和 F " J 器 件 接 口 方 便 ! 这有利于减小量化误差 ! 提高系统的信噪比 #实验管道的防腐层缺陷检测为验证模拟试片的研究结果 ! 埋设了一条实验管 道 #管道长 549/! 外径 8:/! 材料为 5QA 钢 ! 防 腐层为石油沥青 ! 厚度为 6/! 埋设深度为 ; 45/#在 实 验 管 道 上 制 造 了 若 干 个 不 同 大 小 的 破 损 点 和 剥 离 点 #用本文仪器做了数百次实验