城镇环境中PCM信号选择对防腐层检测的影响

作者:武新生 和宏伟 金强 陈勇刚 白冬军 王小璐 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2016年09月16日
摘 要:多频管中电流法(PCM)是防腐层检测和评价的一种有效的方法,在使用PCM对防腐层进行检测时,如果遇到干扰信号会对检测结果造成很大的影响。阐述PCM的检测原理,分析不同测量信号对测量结果的影响,进行了4Hz和128Hz测量信号的对照组检测实验。城镇环境中,干扰信号比较复杂,特别是低频干扰信号,会对4Hz的PCM检测信号产生相互叠加或者抵消,使检测和评价结果偏离真实情况。在城镇燃气管道的PCM检测中,应该优先使用l28Hz或者更高频率的信号,这样能够在一定程度上排除外界干扰,使检测结果更加准确。
关键词:多频管中电流法;  防腐层检测;  信号频率;  干扰
Effect of PCM Signal Selection on Anticorrosive Coating Detection in Urban Environment
Abstract:The pipeline current mapper(PCM)is an effective method for antieorrosive coating detection and evaluation.If interference signal is eneounted,the detection results can be significantly affected when PCM is used to detect the anticorrosive coating.The detection principle of PCM is elaborated,the influence of different measurenlent signals on the measurement result is analyzed,and the detection experiments of the control group for 4Hz and 128Hz measurement signals are conducted.The interference signals are nlore complex in the urban environment,especially low frequency interference signals can cause 4Hz PCM detection signal superposition or offset each other,which deviates the detection and evaluation resuIts from the real situation.128Hz or higher frequency signal should be used preferably,which can remove external interference to some extent to make the detection results more accurate in the detection of city gas pipeline by PCM.
Keywords:pipeline enrrent mapper(PCM);anticorrosive coating detection;signal frequency;interference
 
1 概述
随着我国经济的快速发展,燃气的需求量不断增加,燃气管网的建设规模随之增大。目前对钢质管道的腐蚀防护主要为防腐层结合阴极保护的方式。美国防腐工程师协会(National Association of Corrosion Engineers,简称NACE)1993年年会第l7号论文指出:“正确涂敷的涂层应该为埋地构件提供99%的保护需求,而余下的1%才由阴极保护提供。”[1]因此,及时发现防腐层的破损位置和对防腐层进行评估,对于保证管道的安全运行至关重要。
目前,对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) [2]、人体电容法、交流电位梯度法(ACVG)、直流电流梯度法(DCVG)等[3-5]
多频管中电流法(Pipeline Current Mapper,简称PCM),主要是通过测量管道中的电流随着测量距离的变化情况,来检测和评估管道防腐层的质量。PCM因其能够快速准确地对管道防腐层进行评估并且能够发现防腐层破损点位置的优点,在管道防腐层检测中得到了较为广泛的应用[6]。但足存城镇燃气管道的防腐层检测中,城镇环境较为复杂,受到的干扰较多,特别是低频干扰信号使PCM的检测和评价结果往往偏离实际的真实结果。因此,在城
镇燃气管网的环境中,合理选择频率信号、降低外界环境干扰是十分重要的。
2 PCM的检测原理
PCM设备由信号发射机和信号接收机两部分组成,检测时将信号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。信号发射机向管道同时发送4Hz电流信号和128Hz电流信号。信号接收机放置在位于管道正上方的地表面,跟踪和采集经管道传送的信号发射机的电流信号。将采集到的管道中的电流输入到分析软件中,绘制4Hz电流信号或者l28Hz电流信号测得的管道中的电流随着距离变化的衰减曲线。通过对电流衰减曲线的分析,实现对防腐层破损点的定位和评估[7]。由于4Hz电流信号测量结果能够直接从PCM的信号接收机上读出,而128Hz电流信号测量结果的读取需要用PDA设备以蓝牙传输方式来导出数据,早期的PCM设备不具有蓝牙传输功能,因此在防腐层检测时使用4Hz电流信号的情况较为普遍。
目前PCM已经建立了较为成熟的防腐层质量评价模型,根据评价模型可推算出防腐层的性能参数:防腐层面电阻率(一般用Rg表示)。在得到防腐层的面电阻率后,参考CJJ 95—2003《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》等标准,来对防腐层的质量进行评价、分级。
PCM检测过程中,管中电流衰减的影响因素主要有两个方面:管道对远端大地的纵向电阻和管道内阻。纵向电阻受土壤环境、防腐层电阻率、防腐层完整性等方面的影响;管道内阻取决于管道材质。管道的防腐层一旦破损,一方面,破损位置处的纵向电阻降低,在该位置有更多的电流从管道中流出,在防腐层破损点前后形成较大的电流差;另一方面,随着纵向电阻的降低,外界的干扰电流会进入到管道中与管道中的电流产生叠加、抵消等,使检测结果出现很大的误差。
一般来说,在理想情况下,管中的电流随着测量距离呈指数变化,管中的电流和测量距离的关系见式(1) [8]
I=I0exp(-ax)             (1)
式中I——信号接收机测得的管道中的电流,A
I0——信号发射机向管道发射的电流,A
a——衰减系数
x——测量距离(信号发射机与信号接收机之间的距离),m
衰减系数a与纵向电阻和管道内阻有着极大的关系。在I0一定的条件下,衰减系数a与管道内阻成正相关,与管道的纵向电阻成负相关。
实际管道中的电流随着测量距离变化的一般规律为:电流随距离的增加而衰减,在管径、管材、土壤环境不变的情况下,防腐层的绝缘性越好,电流损失越少,衰减亦越小;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,衰减也就越大。某段实际管道中的电流随着测量距离的变化曲线见图1。
 
在图1中,电流衰减速率比较快(曲线斜率比较大)的地方,如CD段,可以认为该处的防腐层的质量相对较差。而在曲线斜率相对较小的地方,如AB段,防腐层的质量可能需要用PCM自带的ACVG或其他方法进行更进一步的检测和确认。
3 不同测量信号对测量结果的影响
①2种频率电流信号的测量结果
根据PCM的工作特点,PCM能使用4Hz或128Hz电流信号进行检测和评估。在城镇燃气管网环境中,利用PCM进行检测时,很容易受到各种低频信号的干扰,例如城镇大地的震动、过往车辆、地铁运行、阴极保护电流波动、用户用电量的波动等,都会产生一定的低频信号。这些低频信号会和管道中的电流信号产生叠加或者抵消,造成信号接收机一端的接收结果发生变化。
下面以北京某地区的燃气管道为例进行分析。该段管道全长约1000m,防腐层的类型为石油沥青,管道规格为DNl50mm。该管段所处环境比较复杂,有小区、道路等,受干扰较为严重。PCM检测时,信号发射机发射的电流为600mA,信号类型为ELCD。在对防腐层进行检测时,分别选择了4Hz电流信号和128Hz电流信号的检测结果进行比对,该段管道PCM测量的电流衰减曲线见图2。
 
从图2中可以看出,4Hz电流信号测量结果的波动要大于128Hz电流信号的测量结果。一般情况下,管道中的电流随着距离的延长会不断地衰减,不会出现电流突然反弹或者波动的现象,但是当存在外界干扰时,特别是低频信号干扰时,4Hz电流信号测量结果会出现很大的波动,曲线出现锯齿形状[9],而l28 Hz电流信号测量的电流衰减曲线相对比较平滑。
外界低频干扰信号会与4Hz电流信号产生叠加或抵消。当干扰信号与测量信号叠加时,会出现图2中电流反弹升高的情况;当干扰信号与测量信号出现抵消时,会出现电流骤然变小的情况。不论是相互叠加还是抵消,都会对防腐层的检测结果产生很大的影响,甚至会偏离真实结果。图2的检测结果对比表明:在城镇干扰环境中,128Hz电流信号抗干扰能力在一定程度上要好于4Hz电流信号。

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