管道防腐层损伤检测及其相关技术

1、LOGO 管道防腐层损伤检测 及其相关技术 北京安科管道工程科技 有限公司 管道防腐层损伤检测及其相关技术 1 2 3 4 5 6 7 8 几个基本概念简介 多频管中电流法（PCM 皮尔逊检测方法（Pearson) 直流电位梯度法（DCVG） 密间隔电位测试（CIPS） 涂层面电阻测试与电流计算 电绝缘性测试 土壤电阻率测试 裸管电压梯度 实例： 每等电位线的电位差 为10mV 如果管道极化电位 （ Ep ）为790mVcse 电压表的读数将为： 电 表的读数将为 Vm = 790 mVcse + (100 mV) Vm = 890 890 mVcse 涂装管道的电压梯度 h lid holi

2、day d 管道电流引起的电压降 I I I Vp IR降和去极化概念 Em = Ecorr + Ep + IR () P o te n tia l (- m V ) ON Potential IR “ON-IR” -850 mVCSE OFF Potential “OFF” -850 mVCSE 100 mV Polarization 100 mV Depolarization (+) Native (Free Corroding, Static) Potential Time 管道防腐层损伤检测及其相关技术 1 2 3 4 5 6 7 8 几个基本概念简介 多频管中电流法（PCM） 皮尔逊

3、检测方法（Pearson) 直流电位梯度法（DCVG） 密间隔电位测试（CIPS） 涂层面电阻测试与电流计算 电绝缘性测试 土壤电阻率测试 一 、多频管中电流法 检测时由发射机向管道发射 某 频率的信号电流，电流 某一频率的信号电流，电流 流经管道时，在管道周围产 生相应的磁场； 当管道外防腐涂层破损或老 化时，在破损处就会有明显 电流流失，导致管道周围磁 场 度减弱 场强度减弱。 检测示意图 接地信号点 发射机 检查头（信号输入点） 管道 电流 电流 交流电流衰减法评价管线外覆盖层的安全质量状 况,可采用128Hz、4Hz(RD-400)和 937.5Hz(C-scan),而937.5Hz适

4、用于有较强 干扰管段的检测。 干扰管段的检测 管道防腐层损伤检测及其相关技术 1 2 3 4 5 6 7 8 几个基本概念简介 多频管中电流法（PCM） 皮尔逊检测方法（Pearson) 直流电位梯度法（DCVG） 密间隔电位测试（CIPS） 涂层面电阻测试与电流计算 电绝缘性测试 土壤电阻率测试 三、皮尔逊检测技术 该方法由美国人 Pearson 提出，在早期管道防腐层破损检测中广泛 应用。 在管道施加典型值为1000HZ 的交流信号，该信号通过防腐层破损 点处时会流失到大地土壤中，因而电流密度随着远离破损点而减小， 就在破损点的上方地表面形成了 个交流电压梯度。 就在破损点的上方地表面形成

5、了一个交流电压梯度 检测时由两名操作者脚穿铁钉鞋或手握探针，他们之间保持 36m 的距离 将各自拾取的电压信号通过电缆送接收装置 经滤波放大后 的距离，将各自拾取的电压信号通过电缆送接收装 置，经滤波放大后 ，由指示电路显示检测结果。 由于在该检测方法中以两个操作人员的人体代替接地电极，故该方法 又称“人体电容法（SL）。 检测技术原理 PEARSONS检测方法目前在国内应用比较广泛。 该方法的缺点是： 依靠交流电在地表形成的电 梯度 不 避免地会受到 依靠交流电在地表形成的电压梯度，不可避免地会受到 土壤、操作人员与地之间的接触电阻等因素的影响，也 易受外界电流的干扰，所以对操作者技术水平和

6、判断能 力的依赖性较强 往往会出现错误的信息报告 形成误 力的依赖性较强，往往会出现错误的信息报告，形成误 检； 而且在水泥或沥青地面上检测时有接地困难的问题； 此 此外这种检测方法劳动强度较大， 种检 法劳 度较大 管道防腐层损伤检测及其相关技术 1 2 3 4 5 6 7 8 几个基本概念简介 多频管中电流法（PCM） 皮尔逊检测方法（Pearson) 直流电位梯度法（DCVG） 密间隔电位测试（CIPS） 涂层面电阻测试与电流计算 电绝缘性测试 土壤电阻率测试 四、直流电位梯度法( (DCVG) ) 防腐层破损时，阴极保护电流从破损点周围流向破损处的管 体，其电流密度与土壤电阻按照欧姆定

7、律在破损点处形成电 位梯度分布。利用电位梯度的异常点，可以测出防腐层破损 点。下图是各种破损点组合形成的电位分布。 三 直流电位梯度法 三、直流电位梯度法 根据土壤电阻率的不同，电压场的范围将在12.2 45.8m范围变化。 缺陷较大时，缺陷到远地间会产生200500mV 的电位差,缺陷较小时，也会有 缺陷较小时 也会有50200mV的电 位差。 电压梯度主要在离中心电场较近的区域，一般为 0.91.8m。通常，破损点面积越大和越接近破 损点 电压梯度越大 。 损点，电压梯度越大 DCVG由电压毫伏表，两支硫酸铜电极（饱和 Cu/CuSO4）和电流中断器三部分组成 测量时两支参比电极相距两米左

8、右，一支放到管道的正上 方，另一支放在管道的侧面。每测一点，测量仪就会自动 记录下电位梯度值和相应的距离位置。 记录下电位梯度值和相应的距离位置 测量结束后，可将数据转储到计算机中，然后进行分析处 理，绘制成电位梯度管道距离曲线图。 三 直流电位梯度法 三、直流电位梯度法 现场操作 电位梯度管道距离曲线图 DCVG仪器实测数据图 仪 实测数据图 40 20 0 电位梯度( (m V ) -20 -40 -60 -80 -100 -120 0 200 400 600 距离 (m) 800 1000 1200 管道防腐层损伤检测及其相关技术 1 2 3 4 5 6 7 8 几个基本概念简介 多频管

9、中电流法（PCM 皮尔逊检测方法（Pearson) 直流电位梯度法（DCVG） 密间隔电 位测试（CIPS） 涂层面电阻测试与电流计算 电绝缘性测试 土壤电阻率测试 五、密间距电位测试（CIPS） 密间隔电位（CIPS）测量技术是在有阴极保护系 统的管道上测量管道的管地电位沿管道长度方向 的变化（一般间隔1-5米测量一个点）来分析判 断防腐层的状况和阴极保护的有效性。 断防腐层的状况和阴极保护的有效性 测量时能得到两种管地电位，一是开路管地电位 二是断电管地电位。 通过分析管地电位沿管道的变化趋势可知道管道 防腐层的总体平均质量优劣状况。 防腐层的总体平均质量优劣状况 手动密间距电位测量 采用

10、卷线盘 1.00 Coating Anomaly d d d d d d 密间距电位测量现场照片 CIPS电位图 通/断电位 断电 通/断极化电位 Potential Profile OFF ON Depolarized CIPS电位图 过滤过的数据 （注意低电位） 步移电极法 原始数据 CIPS电位图 分布式阳极 比例放大 CIPS与DCVG联合检测 首先运用CIPS对防腐层进行全面检测，然后对埋 地防腐层质量和阴极保护状况进行总体评价 选择CIPS评价的腐蚀严重管段，再用DCVG技 术进行精确检测和定位 CIPS与DCVG联合检测数据曲线图 从右图曲线上我 们可以看出在距 开始测量的测试

11、桩127m、 252m和468m 处各有 个破损 处各有一个破损 点 电 压 (m V ) DCVG与 CIPS联合测试数据曲线图 200 DCVG实测曲线 0 -200 -400 -600 CIPS测得 Voff曲线 -800 -1000 CIPS测得 Von曲线 -1200 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 距离 (m) 受阴极保护干扰的管道电位分布 -900 -800 Pipe-to-Soil Pot tential (mV V) -700 700 -600 -500 500 -400 -300 300 -200 -100 0 100 20

12、0 300 400 500 600 700 800 900 1000 25 Off Pipe Current Discharge Anodic Area Over Pipe p Current Pick-Up Cathodic Area Current Pick-Up Cathodic Area Distance ( (Feet) ) 表明具有电偶腐蚀行为的电位分布图 -800 Anodic Cathodic Anodic Cathodic Anodic -700 Pipe-to-Soil Po otential (mV V) -600 600 25 Off Pipe -500 -400 40

13、0 -300 Current Discharge Curre ent Pick-U Up Over Pipe Curre ent Discha arge Current Discharge -200 -100 Current Pick-Up 0 100 200 300 400 500 600 Distance (Feet) 管道防腐层损伤检测及其相关技术 1 2 3 4 5 6 7 8 几个基本概念简介 多频管中电流法（PCM 皮尔逊检测方法（Pearson) 直流电位梯度法（DCVG） 密间隔电位测试（CIPS） 涂层面电阻测试与电流计算 电绝缘性测试 土壤电阻率测试 电流测试：四线法电流测

14、试 Rp = 标定电流跨距 V2-3 It K = Itest / E test 四线法电阻测试 实例： V2-3 = +21 mV (在施加测试电流前) V2 19 mV (在施加测试电流后) 2-3 3= It = 10 A 计算管段的电阻（Rp）为： Rp = + 21 mV (-19 mV) 10 A I res idual = Rp = + 40 mV 10 A 0.021V .004 = 5.25 A = 4m 涂层电阻计算 实例：数据 管道： 管径：610mm 实验长度：1609m EONTS1 = EOFFTS1 = ETS1 = IONTS1 = IOFFTS1 = ITS1

15、= EONTS2 = EOFFTS2 = ETS2 = V IONTS2 = IOFFTS2 = ITS2 = 2.70 A 2.00 V 0.90 V 2 V 0.9 V = 1.10 V 3.00 A 0.20 A 3.0 A 0.20 A = 2.80 A 1.70 V 0.85 0 85 V 1.7 V 0.85 V= 0.85 2.80 A 0.10 A 2.80 A 0.10 A = 涂层电阻计算 管道表面积= d x x L = 24 in x x 5280 ft = 33,158 ft 2 12 in / ft Eave ETS 1 + ETS 2 = 2 ITS1 ITS 2

16、 Eave IC Eave 1.10 V + .85 V = = 0.975 Volt 2 Ic= = 2.80 A 2.70 A = 0.10 A RP / S = = 0.975 V = 9.75 01 A 0.1 涂层电阻计算 电阻（ Rp/s ）是总管道对地的电阻。 电阻率（ rp/s ）是单位面积的电阻。 每个单位面积是平行的。 每个单位面积是平行的 因为总电阻由单位面积的乘积得到。 如果R = 9.75 涂层比电阻率= rp/s = Apipe x Rp/s = 33,158 33 158 ft2 x 9 9.75 75 (3,080 (3 080 m2 x 9 9.75 75 )

17、 = 323,294 ohm-ft2 (30,030 -m2) 电流需用量试验 Adjustable Current source Reference Electrode - V + A - + Test Groundbed Electrolyte Structure 计算满足保护的电流需用量 实例： Ireq q = Epreq*Itest Eptest 其中： Ireq = Estimated current requirement (A) Eptest = 测试极化电位 (V) EOFF Einitial Epreq = 要求的极化电位 (V) = 0.850 V EOFF 适用于 -8

18、50 mVCSE 极化电位判据，或者 100 mV 适用于100 mV 极化电位判据 考虑电阻产生IR降值：R = (EON - EOFF)/ION 电流需用量计算 实例： Static pipe-to-soil potential = 0.645 VCSE Desired polarized p/s potential = 0.850 0.850 VCSE Test current = 50 mA (0.050 A) Polarized potential from test current = -0.775 VCSE Ireq = Epreq*Itest Eptest I req = 0.

19、850 V - 0.645 V 0.050 A (0 775 0.645) (0.775 0 645) = 0.0788 0 0788 A or 78.8 78 8 mA 管道防腐层损伤检测及其相关技术 1 2 3 4 5 6 7 8 几个基本概念简介 多频管中电流法（PCM 皮尔逊检测方法（Pearson) 直流电位梯度法（DCVG） 密间隔电位测试（CIPS） 涂层面电阻测试与电流计算 电绝缘性测试 土壤电阻率测试 电绝缘 问题的提出 在正常（预期）的结构物/电解质电位出现明显的 正电性变化或电阻降低表明可能存在短路。 沿着结构物在结构物/电解质电位突然出现正电性 改变处表明可能存在不连续

20、性不足。 比预期的结构物/电解质电位低表明可能与另一大 型结构物短路。 问题的查找 管线/电缆定位器（传导、感应、联合） 电缆定 传 感应 联合 绝缘测试仪 结构物/电解质电位 断电的结构物/电解质电位 直流管线电流测量 固定电池-移动接地的测试 电流响应测试 绝缘电阻测试 绝缘装置 传 传导型管道定位器查找地下短路 Transmitter Receiver Ground Pipe Foreign Structure in Contact with Protected Pipe 结构物/电解质电位用于绝缘测试 在所有测试中参比电极 必须放在同一位置 应当有0.100V（100mV） 的差异 S

21、ide A Side B Flange Side A B Isolated 1.560 VCSE 0.950 VCSE Shorted 0.875 VCSE 0.874 VCSE 固定电池-移动接地的例子 法兰一侧 法兰 侧 NO. 1 2 3 4 电连续的 1.560 VCSE 1.560 VCSE 1.560 VCSE 1.560 VCSE 电不连续的 1.560 VCSE 1.456 VCSE 1.652 VCSE 1.488 VCSE 套管：问题的提出 在套管附近结构物/电解质电位的正电性变化 阴极保护的突然整体恶化 管道和套管具有几乎相同的结构物/电解质电位 （可能是巧合 但需要做更

22、多的测试） （可能是巧合，但需要做更多的测试）。 套管：问题的查找 用于探查套管与输送管短路的方法包括： 结构物/电解质电位测量 断电的结构物/电解质电位测量 套管和管道之间的电阻 电压或IR降法 套管去极化测试 在公路交叉口的阴极保护较差 管线 + 公路 -0.7 -0.8 -0.9 -1.0 电位判据 阳极床 + EP/S 套管：结构物/电解质电位测量 测试中应使参比电极在同 测试中应使参比电极在同一个位置 个位置 不移动CSE电极，测量管道/电解质电位和套 管/电解质电位 如电位差小于100mV，套管可能短路，需要 进 步测试 进一步测试。 结构物/电解质电位 排气管 参比电极 V +c

23、 c V p + Carrier Pipe Casing 短路的 C/S P/S 0 900 VCSE 0.900 0.900 VCSE 绝缘的 0 750 VCSE 0.750 0.910 VCSE 管道防腐层损伤检测及其相关技术 1 2 3 4 5 6 7 8 几个基本概念简介 多频管中电流法（PCM 皮尔逊检测方法（Pearson) 直流电位梯度法（DCVG） 密间隔电位测试（CIPS） 涂层面电阻测试与电流计算 电绝缘性测试 土壤电阻率测试 测量电解质电阻率 维纳(Wenner)四极法 单棒探针法 土壤箱 电磁感应法 维纳四极法 使用4根插入地面的钢钎（电极）。 外侧两支电极上施加电流，内侧两支电极测量电 外侧两支电极上施加电流 内侧两支电极测量电 压降。 电阻率是电流、电压降和电极间距（等于测试的 深度)的函数。 电流流经两外侧电极之间时，平均土壤电阻率是 中间 对电极上电压降的函数 中间一对电极上电压降的函数。 维纳四极法 电阻测量仪 C1 P1 C2 P2 电阻测量仪 a C1 P1 a P2 a C2 a：单位为厘米 =2aR 平均电阻