管道外腐蚀检测与数据评价

管道外腐蚀检测与评价

PipelineExternalCorrosioninspectionandAssessment

中国石油大学（北京）

管道技术与安全研究中心

当前第1页\共有72页\编于星期三\9点内容提纲1.基本概述2.外腐蚀直接评估标准3.ECDA评估过程

1.1预评价（可行性、分区、工具选择）

1.2间接检测（检测结果分级、合理性检验）

1.3直接检查（开挖、管体缺陷评价）

1.4再评价（再评价时间、过程有效性）当前第2页\共有72页\编于星期三\9点埋地钢质管道在土壤中会发生腐蚀。腐蚀是导致管道失效的主要原因之一。

管道的外防腐系统

基本概述当前第3页\共有72页\编于星期三\9点目前广泛采用防腐层并附加阴极保护的方法进行管道的腐蚀控制。如果存在杂散电流，则可能还需增加排流保护等干扰防护措施。防腐层、阴极保护和干扰防护设施构成了管道的外防腐系统。当前第4页\共有72页\编于星期三\9点为什么需要进行检测为避免管道发生腐蚀，必须确保管道外防腐系统始终处于有效状态。要做到这点，需要对管道的外防腐系统进行检测和评价。目的是找出外防腐层、阴极保护系统以及防干扰系统的缺陷并加以修复和改进，以提高管道的完整性，保证管道的安全。外腐蚀直接评价就是主要的检测技术之一。

当前第5页\共有72页\编于星期三\9点外腐蚀直接评价外腐蚀直接评价（简称ECDA）是评价外腐蚀对管道完整性影响的一种方法。ECDA按照一个规范化程序，通过外检测手段获取管道外腐蚀及防腐系统的现状信息，并结合开挖检查结果和管道相关资料的收集和分析，对管道外防腐系统提供一个系统而全面的评价。

当前第6页\共有72页\编于星期三\9点ECDA检测对象管道外防腐层阴极保护系统相关附属设施缺陷点处的管体管道周边环境干扰防护系统当前第7页\共有72页\编于星期三\9点内容提纲1.基本概述2.外腐蚀直接评估标准3.ECDA评估过程

1.1预评价（可行性、分区、工具选择）

1.2间接检测（检测结果分级、合理性检验）

1.3直接检查（开挖、管体缺陷评价）

1.4再评价（再评价时间、过程有效性）当前第8页\共有72页\编于星期三\9点ECDA相关技术标准2002年，美国腐蚀工程师协会（NACE）首先颁布了RP0502-2002《管道外腐蚀直接评价推荐做法》。2006年国内修改采用该标准，形成了SY/T0087.1-2006《埋地钢质管道及储罐腐蚀评价标准埋地钢质管道外腐蚀直接评价》标准。2008年，美国腐蚀工程师协会又重新修订了0502-2002标准，由原来的推荐做法上升到了标准做法0502-2008最新版。当前第9页\共有72页\编于星期三\9点内容提纲1.基本概述2.外腐蚀直接评估标准3.ECDA评估过程

1.1预评价（可行性、分区、工具选择）

1.2间接检测（检测结果分级、合理性检验）

1.3直接检查（开挖、管体缺陷评价）

1.4再评价（再评价时间、过程有效性）当前第10页\共有72页\编于星期三\9点ECDA过程预评价间接检测直接检查后评价检测结果当前第11页\共有72页\编于星期三\9点预评价

（1）收集历史、当前数据，确定ECDA是否可行;

（2）选择间接检测工具及划分ECDA区。间接检测（1）地面检测（以涂层漏点为主要目标）；（2）检测结果的指示和严重性分类；（3）结果合理性分析（解决不同方法结果差异、和历史数据是否矛盾等）；

直接检查

（1）根据间接检测数据，确定腐蚀热点位置；（2）对腐蚀热点进行开挖；（3）对暴露管道表面直接检查测量管壁损失；（4）综合直接检查数据评价外部腐蚀对管道的影响。

再评价（1）计算剩余寿命、确定再次评价时间（2）检查过程合理性（是否持续提高、改进）。当前第12页\共有72页\编于星期三\9点收集分析现有的数据现有数据物理信息设计施工腐蚀控制环境数据运行数据调查数据当前第13页\共有72页\编于星期三\9点收集分析现有的数据划分ECDA管段选择检测工具评估ECDA方法的可行性确定是否存在动态直流干扰

预评价阶段的工作当前第14页\共有72页\编于星期三\9点

ECDA评价需要的数据表数据间接检测工具选择ECDA区确定结果使用和解释材质和等级ECDA不适用于非铁材料不同金属连接处要特别考虑可能会形成局部腐蚀电池直径可能影响工具的检测能力

影响阴极保护电流和对结果解释壁厚

影响临界缺陷和剩余寿命预测生产日期

老管道强度普遍较低，影响临界缺陷和剩余寿命焊缝类型

不同缝区管道需划分成单独ECDA区不同焊缝强度影响临界缺陷尺寸。和腐蚀腐蚀裸管一般情况下不能应用ECDA。层管道上的裸管单独划区可参见特定的ECDA方法有关管道部分当前第15页\共有72页\编于星期三\9点有关施工的安装日期

影响涂层老化路线改变/修复

需单独ECDA区

路线图/航拍照片

指导ECDA分区含可用的管道数据施工

施工差异需单独区如：回填破坏涂层阀门,弯头,法兰联接,绝缘接头等位置

消耗阴极保护电流区应单独考虑。影响局部电流流动；和异金属局部电池；套管部位和施工方法妨碍某些间接检测工具使用需要单独的ECDA区按临近区推断或用其它评价方法。弯头和折皱弯头的位置

有弯头的作为单独ECDA区影响涂层老化和局部电流流动。埋深限制间接检测技术不同埋深需单独分区影响电流流动。水下；河流穿越限制间接检测技术需单独ECDA区改变电流流动。河水中加重物和锚定器位置减少了可用的间接检测工具可能需要单独的ECDA区可能发生局部腐蚀，影响结果。和其它管道、、高压线等相临妨碍某些间接检测方法使用受影响区域需单独ECDA区影响局部电流和对结果的解释当前第16页\共有72页\编于星期三\9点土壤/环境土壤性质/类型某些土壤会降低间接检测技术的准确性影响腐蚀发生；明显不同的需单独ECDA区用于解释结果。影响腐蚀速率和剩余寿命估计排水状况

影响腐蚀发生；明显不同的需单独ECDA区用于解释结果。影响腐蚀速率和剩余寿命估计地貌岩区等影响间接检测（困难或不能用）

土地使用情况（目前和过去）铺过的路面等会影响间接检测工具选择可影响ECDA的应用和ECDA区选择

冻土影响某些检测方法使用冻土区应考虑单独ECDA区影响电流流动和对结果的解释当前第17页\共有72页\编于星期三\9点控制腐蚀CP系统类型，阳极、整流器位置可能影响ECDA工具的选择

外电流下局部牺牲阳极影响间接检测。杂散电流源/位置

影响电流流动测试点位置

ECDA分区时需要

阴保评价标准

后期评价分析阴保维修历史

指示涂层状态对解释结果有用无阴保的年份

较难使用ECDA不利评价腐速和剩余寿命涂层类型－管道高绝缘剥离涂层ECDA难以使用

影响腐蚀起始和管壁损失评估。涂层类型－接头对造成屏蔽的涂层难以使用ECDA

造成屏蔽的涂层需其它评价方法涂层状态ECDA很难应用严重老化的涂层

电流需求

电流增加意味更多管道表面暴露当前第18页\共有72页\编于星期三\9点操作数据管道运行温度

明显不同的单独分区影响涂层老化速率操作压力和波动

影响缺陷临界尺寸监测计划（检漏等）

定义ECDA区影响预定的维修、修复和更换计划管道检查报告－开挖

定义ECDA区

维修历史/记录影响检测工具选择影响ECDA分区为再评价提供数据泄漏/破裂历史(外部腐蚀）

说明现有管道状态

外部微生物腐蚀（MIC）

加速外部腐蚀速率第三方破坏和频率

需增加缺陷检测地面或地表检测数据

对预评价和ECDA分区是必需的水压试验日期和压力

影响检测间隔其它工作－CIS、ILI运行等影响ECDA工具选择

对再评价提供有用数据当前第19页\共有72页\编于星期三\9点ECDA可行性ECDA并非对所有管道适用。不适用的情况可能有：（1）缺乏基本的和充足的数据（又难以补充）（2）缺乏间接检测工具（如：沥青、结冻或混凝土地面无法地上测量；大石头或碎石回填区域；附近有金属结构干扰区域；涂层缺陷导致电屏蔽部位等）；（3）无法直接检查（如：管道不可接近或开挖等）。ECDA不适用时的对策：（1）改用其它完整性检测（如：内检测、水压试验等）；（2）改造管道、调整结构使之适应ECDA。当前第20页\共有72页\编于星期三\9点评估ECDA方法可行性防腐层剥离引起的电屏蔽部位、石方区等特殊管段的考虑ECDA当前第21页\共有72页\编于星期三\9点确定有无动态杂散电流动态杂散电流当前第22页\共有72页\编于星期三\9点环境密间隔法（CIS）电流/电压梯法ACVG，DCVG皮尔逊法Pearson电磁法pcm交变电流衰减测量法CACS涂层漏点21，221，21，2裸管的阳极区23333河流或水下穿越23322冻土地面下33321，2杂散电流21，2221，2屏蔽的腐蚀热点33333相邻的金属结构21，2321，2附近平行管线31，2321，2高压交流输电线下21，2233短套管22222马路路面下33321，2无套管穿越21，2221，2带套管管线33333深埋区22222湿地区（有限）21，2221，2岩石/岩石回填区33322

间接检测工具选择表注解：1：适用检测小漏点；2：适用检测大漏点(〉1in^2)；3：不能使用当前第23页\共有72页\编于星期三\9点PCM判断原则1）电流衰减0.07db/m一定有问题2）涂层有问题3）0.03-0.05db/m外敷盖层有问题防腐层老化：一级：Rg>10000Ω*M2

基本无变化二级：5000<Rg<10000Ω*M2老化轻微，无剥离三级：3000<Rg<5000Ω*M2

老化较轻，基本完整四级：1000<Rg<3000Ω*M2

老化严重，有剥离五级：Rg<1000Ω*M2老化和剥离当前第24页\共有72页\编于星期三\9点DCVG判断：管道防腐层缺陷面积的大小可通过IR%算获得，IR%越大，阴极保护的程度越低，因而，管道防腐层破损面积越大，IR%的值越大。在实际检测过程中，由于IR%值还与破损点的深度和土壤电阻率等因素有关，所以只能近似地表示为管道破损面积的大小。埋地管道防腐层缺陷处地表电场的描述可确定缺陷的形状以及缺陷所处管体的位置，破损处地表电场轮廓线的描述可通过在其上方的地面上画等压线的方法进行判定。当前第25页\共有72页\编于星期三\9点

根据土壤电阻率的不同，电压梯度场的范围将在十几米到几十米的范围变化。对于较大的涂层缺陷，电流流动会产生200～500mV的电压梯度，缺陷较小时，也会有50～200mV。电压梯度主要在离电场中心较近的区域(09m～18m)。当前第26页\共有72页\编于星期三\9点DCVG检测时主要通过检测地面的电压梯度从而判断管道防腐层缺陷。根据DCVG检测原理，一般电压梯度小于50mV，则管道防腐层无破损等缺陷，当管道的电压梯度大于50mV，则管道外防腐涂层可能存在缺陷。由于实测管道距离较长，实测DCVG数据多，采用实测数据与标准电压梯度相比较判断缺陷工作量十分大，而实际检测过程中由于检测位置的变化，检测的DCVG电压梯度变化较大，为方便判断，对DCVG数据进行转换并定义了一个标准电压Ｖ1标准V1标准=50ｍＶ-Ｖ实对值当Ｖ1标准≥0时，在防腐层基本无缺陷;当Ｖ1标准<0，则防腐层很可能存在缺陷。当前第27页\共有72页\编于星期三\9点CIPS判断：

通过分析Von/Voff管地电位变化曲线，可发现防腐层存在的大的缺陷。当防腐层有较严重的缺陷时，缺陷处防腐层的电阻率会很低（甚至接近或小于土壤的电阻率），这时阴极保护电流密度会在缺陷处增大。由于电流的增大土壤的IR电压降也会随之增大，因此在缺陷点管地电位（Von/Voff）值会下降。在曲线图上出现漏斗形状，特别是Voff值下降的更多些。上图是我国某省份天然气管道一段用CIPS法检测管地电位实测结果图形，在距一个测试桩100多米处防腐层有缺陷点，平时按国内测量管地电位的方法，测得的值在-0.9V左右，应该达到了保护要求，不应该存在的腐蚀问题，但是从CIPS检测结果图上看，缺陷处的Von电位在-0.85V左右，而Voff电位却只有-0.7V左右，评价应为欠保护，管道已经有腐蚀。后经实地开挖证实管道确实已出现腐蚀斑痕。当前第28页\共有72页\编于星期三\9点当前第29页\共有72页\编于星期三\9点ECDA分区原则

将管道划分成若干ECDA区，同区采用相同工具和准则。划分ECDA区的原则可依据以下考虑（不局限于）：（1）有相同管道物理特性、环境特性和运行特性；（2）有相似腐蚀历史、及对外部腐蚀的影响因素；（3）可以使用相同的间接检测工具。ECDA分区中需说明的问题：（1）应对管道中所有管段划分为ECDA区；（2）ECDA区无需连续。如河流穿越处两边条件相似的可划分为同一区（穿越段除外）；（3）分区边界应根据ECDA结果进行修改和细化调整。当前第30页\共有72页\编于星期三\9点划分ECDA管段管道原始物理特性管道施工因素运行中发现的问题

地面检测方法管段的重要性

自然地理位置

地貌环境特点

土壤类别

采用的外防腐措施

杂散电流情况

需考虑的因素所谓ECDA管段是具有相似物理特性和操作记录并且可使用相同的地面检测工具的一段或几段管道。划分ECDA管段的目的是为了使各具特性的不同管段都得到最准确的检测与评价。当前第31页\共有72页\编于星期三\9点ECDA过程预评价间接检测直接检查后评价检测结果√当前第32页\共有72页\编于星期三\9点防腐层缺陷检测

腐蚀活性测试

阴极保护有效性检测

交直流干扰检测土壤腐蚀性调查

其它异常检测

间接检测阶段的工作需注意的问题结果分析当前第33页\共有72页\编于星期三\9点防腐层缺陷检测

使用地面检测工具（如DCVG、ACVG等）确定管道防腐层存在缺陷的位置和缺陷严重程度。（对于某些管道还需分段测试防腐层绝缘性能），并用另一种适用的地面检测工具进行验证性测试。防腐层缺陷点处还应测量GPS座标和管顶埋深，并做好标记。

当前第34页\共有72页\编于星期三\9点现场照片当前第35页\共有72页\编于星期三\9点现场照片当前第36页\共有72页\编于星期三\9点现场照片当前第37页\共有72页\编于星期三\9点

防腐层缺陷当前第38页\共有72页\编于星期三\9点防腐层缺陷当前第39页\共有72页\编于星期三\9点腐蚀活性测试

对于发现的防腐层缺陷点通过DCVG等方法判断其是否具有腐蚀活性并确定其类型。

当前第40页\共有72页\编于星期三\9点阴极保护有效性检测●管道阴极保护电位；●强制电流阴极保护运行参数；●牺牲阳极阴极保护运行参数；●其它相关设施情况。当前第41页\共有72页\编于星期三\9点现场照片当前第42页\共有72页\编于星期三\9点现场照片当前第43页\共有72页\编于星期三\9点土壤腐蚀性调查

通过测量土壤电阻率评价土壤的腐蚀性，对于已经发现的腐蚀活性点可测试其附近土壤的腐蚀电流密度，或采样分析土壤的腐蚀性。当前第44页\共有72页\编于星期三\9点现场照片当前第45页\共有72页\编于星期三\9点交直流干扰检测

对可能存在干扰影响的地区进行交、直流干扰检测，查明干扰分布和变化规律，调查干扰来源，评价干扰影响。当前第46页\共有72页\编于星期三\9点现场照片当前第47页\共有72页\编于星期三\9点其它异常检测

在上述地面检测中，可能会发现一些意外短路搭接等异常现象，应详细记录并分析原因。

当前第48页\共有72页\编于星期三\9点间接检测需要注意的问题在间接检测开始前，应对预评价确定的所有ECDA管段的边界进行确认并作好标记。在间接检测中，要选择足够小的测量间距以满足评价的需要要注意检测现场环境条件的差异对于检测结果的影响。对于同一ECDA管段，其检测作业安排要尽量紧凑，不要间隔太长时间，特别是不要在检测期间有管道的改造施工、阴保状态的调整及较大的土壤环境的变化。当前第49页\共有72页\编于星期三\9点间接检测需要注意的问题进行CIPS测试时（CIPS常与DCVG联合测试），要特别注意要在所有影响到所测管段的阴保系统上安装电流同步中断器，否则测试结果会有较大偏差。

在检测中往往要记录位置数据，目前有些测试利用仪器集成的GPS定位功能采集位置数据，有些测试则采用手持GPS采集位置数据，这些不同仪器采集的定位数据之间可能会存在一定差异，因此，在比较不同测试仪器测试结果时要特别注意它们之间的位置偏差，否则会给检测结果的分析带来极大困难。

当前第50页\共有72页\编于星期三\9点

工具/环境轻微中等严重CIS，充气潮湿土壤通/断电电位稍高于阴保电位通/断电位稍低于阴保电位通/断电位很大低于阴保电位DCVG检测，相似环境在通/断阴极保护状态下具有较低电压降断开阴保和/或自然状态下有中等电压降断开阴保后压降高和/或呈阳极ACVG或Pearson法，相似环境低电压降中等电压降高的电压降电磁检测法pcm低信号损失中等信号损失高信号损失交流电衰减检测法CACS单位长度衰减增量小单位长度衰减增量中等单位长度衰减增量较大间接检测结果的分类当前第51页\共有72页\编于星期三\9点（1）间接检测结果和历史数据不相符或不能得到合理解释，应当采用多种检测工具来检测对照。（2）两种工具结果不同，又无法解释差异时：（A）差异是局部或孤立的，可采用初步直接检查（开挖）来解决；（B）否则应使用第三种检测方法，进行数据比较。（3）如果不能解决差异问题或合理性解释，应重新评价ECDA可行性。检测结果合理性分析当前第52页\共有72页\编于星期三\9点ECDA过程预评价间接检测直接检查后评价检测结果√当前第53页\共有72页\编于星期三\9点直接（开挖）测量的内容1）对检测结果确定开挖优先权或次序；2）确定开挖数量；3）开挖管道测量涂层及管体缺陷；4）评价缺陷严重性；5）根原因分析（RootCauseAnalyses）；6）过程评价。当前第54页\共有72页\编于星期三\9点优先权次序立即维修（开挖）计划维修（开挖）监控不管以往腐蚀状况，出现接近严重的检测结果其余的严重结果

所有的其余情况个别严重等级或大量中等等级的检测结果并且以往腐蚀为中等其余的中等等级，并且以往腐蚀为中等的中等等级检测结果并且以往腐蚀为严重的大量轻微级检测结果，并且以往腐蚀为严重。开挖优先权分为三级：立即维修、计划维修、监控当前第55页\共有72页\编于星期三\9点开挖数量的确定

(1)所有立即维修的缺陷均需要开挖，直接检查；(2)计划维修指示，选择其最严重的至少开挖一次，首次用ECDA时，至少需开挖2次；(3)如果计划维修处开挖结果表明腐蚀深度已超出管壁原厚度20%，那么必需再增加1次以上开挖；(4)监控等级的缺陷可以不开挖。但如果一个ECDA区内只出现监控等级缺陷，那么也应当至少开挖一次，初次使用ECDA时，至少需要2次直接检查。当前第56页\共有72页\编于星期三\9点开挖检查的数据(1)环境数据：管地电位、土壤电阻率、土样

(2)涂层数据：类型和状况、厚度测量、附着力测量、涂层老化（砂眼、剥离等）描绘、涂层下液体收集和pH值测量

(3)管体数据：（去除涂层并清理管道表面）：腐蚀产物收集、缺陷定位、形貌描绘、腐蚀深度和面积测量、与细菌腐蚀、SCC等腐蚀相关的证据收集(4)其他检查（如：磁粉试验和超声波探测等）

当前第57页\共有72页\编于星期三\9点数据收集（1）：去涂层前

开挖前、开挖间、开挖后和涂层除去前，应采集数据：（1）管地电位的测量（2）土壤电阻率的测量（3）土壤样品的采集（4）水样的采集（5）涂层膜下液体pH值的测量（6）照相等资料（7）其它，如：MIC、SCC等需要的分析数据。当前第58页\共有72页\编于星期三\9点数据收集（2）：涂层、管体（1）涂层类型的确定（2）涂层状况的评价（3）涂层厚度的测量（4）涂层附着力的评价（5）涂层老化的描绘（6）腐蚀产物的数据收集（7）腐蚀缺陷的定位（8）腐蚀缺陷形貌的描绘和测量（9）照相等资料当前第59页\共有72页\编于星期三\9点管体缺陷评价

（1）管体缺陷危害可以通过剩余强度计算来评价。（2）剩余强度计算方法包括：ASMEB31G、RSTRENG、DetNorskeVeritas（DNV）StandardRP-F1018。（3）如果剩余强度低于可接受水平，则需要修理或更换。（4）发现缺陷的整个ECDA区，还应考虑其它评价方法，除非根原因分析中表明缺陷是孤立和唯一的。（5）ECDA方法帮助发现管段上代表性腐蚀缺陷，并不是所有腐蚀缺陷。（6）如果发现超出允许极限的腐蚀缺陷，应假设在ECDA区其它位置也会存在同样缺陷。

当前第60页\共有72页\编于星期三\9点根原因分析根原因分析（RootCauseAnalyses）（1）确定腐蚀产生根本原因：可能是不充足阴极保护电流、或以前未发现的干扰源等其它情况等。（2）根原因分析未能取得明确结论时，应考虑ECDA方法不适合(如：剥离涂层屏蔽或生物腐蚀等因素),此时应采用其它完整性评价方法。（3）除非根原因分析表明缺陷是孤立和唯一的，否则应当合理地假设在其它ECDA区位置也会存在同样缺陷。当前第61页\共有72页\编于星期三\9点ECDA过程预评价间接检测直接检查后评价检测结果√当前第62页\共有72页\编于星期三\9点确定再次评估的时间间隔评估ECDA过程的有效性反馈后评价阶段的工作当前第63页\共有72页\编于星期三\9点再评价步骤内容（1）剩余寿命的估计；（2）再评价时间间隔的确定；（3）ECDA有效性评价；（4）反馈建议。当前第64页\共有72页\编于星期三\9点确定再评价的时间间隔

再评价时间间隔是开展下一轮ECDA评价的