多频管中电流法检测影响因素分析

作者:王小璐 和宏伟 来源:北京市公用事业科学研究所 北京市燃气集团研究院 点击:  评论: 更新日期:2016年09月16日

 

摘 要:介绍多频管中电流法的检测原理,对多频管中电流法检测的影响因素进行分析,提出了建议。
关键词:多频管中电流法(PCM);  防腐层检测;  检测原理;  影响因素
Analysis on Influencing Factors of Pipeline Current Mapper Detection
Abstract:The detection principle ot pipeline current mapper is introduced.The influencing factors of pipeline emTent mapper detection are analyzed,and suggestions are put forward.
Keywords:pipeline current mapper(PCM);anticorrosive coating detection;detection principle;influencing factor
 
目前,对燃气管道防腐层的检测主要以地面非开挖检测为主,常见的检测方法有多频管中电流法(PCM)、人体电容法、交流电位梯度法(ACVG)、直流电压梯度法(DCVG)等[1-3]
多频管中电流法在燃气管道防腐层检测中具有快速、准确、高效的特点,在业内得到了越来越广泛的使用。多频管中电流法主要是通过测量管道中电流随测量距离的衰减情况,来评估和分析管道防腐层的质量。从实际应用效果看,城镇燃气管道周围的环境较为复杂,影响因素较多(特别是低频干扰信号、土壤电阻率、管道埋深等因素),多频管中电流法在检测过程中,很容易受到外界环境的影响。因此,采用多频管中电流法检测城镇燃气管道防腐层时,合理选择检测频率和避免外界环境干扰十分重要。
1 多频管中电流法的检测原理
多频管中电流法检测设备(见图1)由信号发射机和信号接收机两部分组成。检测时,将发射机的一端与管道连接,另一端与大地或阳极床(牺牲阳极)连接,由发射机向管道发射4Hz或128Hz的电流。信号接收机能探测到经管壁传送的电流信号,并跟踪和采集该电流信号,将采集到的电流值、管道埋深等输入到分析软件系统中,绘制信号电流随着测量距离(本文中的测量距离均以发射机所在位置为起点)变化的电流衰减曲线。通过分析电流衰减曲线和电流衰减率,实现对防腐层破损点的定位和评估[4],并参考CJJ 95—2003((城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》,对防腐层的质量情况进行评价、分级。
 
在防腐层的评价模型中,管道中的信号电流与测量距离成指数变化关系,见式(1) [5]
I=I0-ar       (1)
式中I——管道防腐层检测点处的信号电流,A
I0——发射机向管道发射的电流,A
a——衰减系数
r——测量距离(管道防腐层检测点与发射机所在位置的距离),m
管道中的信号电流随着测量距离变化的一般规律为:信号电流随着测量距离的增大而衰减,在其他条件不变的情况下,防腐层的绝缘性越好,电流损失越少,衰减越慢;反之,若防腐层损坏,如老化、变质、脱落等,绝缘性能越差,电流损失越严重,衰减也就越快。
2 影响因素分析
①管道本身因素
管道通过三通、弯头等管件时,由于材质差异,管道的电阻会发生变化,使得信号电流在管道传输过程中形成一定的衰减。楼前庭院管道与单元立管之间的管道出地面处,无电绝缘装置或电绝缘装置绝缘性较差,一旦用户支管与大地连通,则楼前庭院管道中的大部分信号电流会泄漏至单元立管中,形成严重的电流衰减。
另外,在三通、法兰、弯头等位置,受这些管件形状的限制,在管道防腐层涂覆过程中,防腐层往往不能很好地贴合在这些管件表面上,导致管道中的信号电流在流经这些区域时,会形成一定的衰减,因此在这些区域进行防腐层检测时容易产生误判。在遇到类似特殊的环境和条件时,应不断地通过现场测试、反复对比来积累检测经验,必要时应综合其他检测手段相互验证,以使检测结果更加可靠准确。
②外界低频电流
一般情况下,管道内的信号电流应该随着测量距离的增大而不断衰减,但是当存在外界低频电流干扰时,4Hz的信号电流会出现突然反弹或者波动的现象,受到外界低频电流干扰时的4Hz信号电流衰减曲线见图2[6]。外界干扰的低频电流会与检测中使用的4Hz低频信号电流互相作用,产生叠加或抵消,当叠加时,会出现图2中信号电流反弹升高的情况;当抵消时,会出现信号电流骤然变小的情况。无论是叠加还是抵消,都会对防腐层的检测结果产生很大影响,甚至严重失真。
 
③周围其他管线
采用多频管中电流法检测时,应根据管道所处的环境合理地选择测量电流信号,如果选用的电流信号频率较高,管道表面、外防腐层、大地将形成阻抗模型,当外防腐层破损后,信号电流会透过阻抗进入到土壤之中。管道周围如果有其他管线,泄漏电流会进入这些管线之中,形成新的电流通道。因此在燃气管道防腐层检测过程中,周围并行或者交叉的管线可能会对检测产生很大的影响,导致检测时无法正确区分燃气管道和其他管线。
另外,一些电缆与燃气管道并行时,如果电缆的绝缘性较差,也会在一定程度上产生感应电流,这些感应电流可能会进入燃气管道,与燃气管道中的信号电流叠加或抵消,使信号电流衰减曲线产生很大波动,导致误判断。
④土壤电阻率
在对管道防腐层破损点进行定量评估时,一般把破损点假设成圆形,则破损点的电阻R计算公式为:
R=r/2d        (2)
式中R——破损点的电阻,W
r——破损点附近的土壤电阻率,W·m
d——破损点的直径,m
管道中的信号电流在破损点处的泄漏量与破损点的电阻有着直接的关系。当破损点电阻较大时,信号电流在破损点处衰减较小;当破损点电阻较小时,信号电流在破损点处衰减较大。因此,由式(2)可知,管道中的信号电流在破损点处的衰减情况与破损点直径和破损点附近的土壤电阻率有很大的关系。
在计算防腐层面电阻率时,一般都是假设土壤的电阻率均匀一致。但是从实际检测情况来看,一方面在城市建设过程中,往往都是使用回填土,不同位置、不同时期的回填土各不相同;另一方面,不同的城镇区域,从事生产与生活的环境和结构不同,导致土壤中的离子含量、水含量、酸碱度等各有差异。这些都会造成管道周围的土壤电阻率发生变化。
⑤管道埋深
一般地,城镇燃气管道各处埋深不同。不同的管道埋深将会对防腐层破损点处泄漏电流产生的电场产生很大影响。假设管道防腐层的破损情况相同、周围土壤电阻率变化不大,当管道埋深较小时,从防腐层破损点向外传导的电流相对集中,在地面上检测到的电流较大;而当管道埋深较大时,在地面上检测到的电流较小(见图3)。
 
3 建议
①应在进行管道防腐层检测前熟悉被测管道的基本情况,了解相关管道设施,尽量避免相关因素干扰,以防误判。
②在管道防腐层检测过程中,应合理地选择检测方法。在有低频信号干扰的环境中,使用多频管中电流法检测时,应优先考虑128Hz的电流信号,这样能够有效降低环境对检测结果的影响。
③在实际检测过程中,特别是在干扰比较严重的地区,如果出现防腐层质量比较差的情况,应该采取多日多次测量的方式,对每次测量的结果进行比对和分析,最终得到较为准确、合理的结果。
④在管道敷设阶段就应对其进行初检测,建立系统数据库,以便后期检测时通过综合对比得出更加可靠准确的结果。
 
参考文献:
[1]车立新,孙立国.埋地钢管外防腐层直接检测技术与方法[J].煤气与热力,2007,27(1):1-4.
[2]李建勋,韩弘波,林守江.多频管内电流法在燃气管道防腐层检测的应用[J].煤气与热力,1999,19(5):29-31.
[3]武维胜,黄小美,臧子璇,等.埋地管道腐蚀检测与评价技术[J].煤气与热力,2012,32(10):B37-B41.
[4]耿铂,余越全,王健健.PCM管道电流检测系统介绍及应用[J].腐蚀与防护,2002(1):21-23.
[5]高天青.PCM在地下管线探测中的应用[J].福建地质,2005(3):189-192.
[6]周小博.PCM在埋地管道检测中的应用[J].科技情报开发与经济,2009(2):161-162.

 

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