如何提高地下管道防腐层破损点定位精度

 摘要：文章叙述了地下管道防腐层破损点检测的意义，分析了地下管道防腐层破损点上方地表电位分布的特点，定位方法及干扰排除技术，难点检测技术与标志技术，并就开挖验证方法进行了叙述。

 

关键词：埋地管道|防腐层破损点|*定位|Pearson法

 

    防腐层破损点也叫防腐层漏点、防腐层针孔缺陷，是指金属表面防腐涂层中漏涂的露铁面积，对埋地管道而言，该缺陷会使金属管道形成大阴极小阳极的腐蚀状态，使防腐层破损处加速腐蚀引起穿孔泄漏，使得管道使用寿命缩短而提前报废。对于施加了阴极保护的管道，防腐层破损处会长期流失阴极保护电流而使保护距离缩短、保护效果降低，甚至失效。

 

    定位埋地管道防腐层破损点，对破损点的大、小进行分等量化，将大、中破损点进行开挖修补，是管道管理者的主要工作之一。

 

    埋地管道防腐层破损点的定位有多种方法：按接收信号的方法可以分为人体电容法、接地探针法、双参比电极法、单参比电极法。无论什么方法定位破损点，都是测定管道上方地表土壤中的电位梯度，传统的电工手册中称之为跨步电压。

 

    防腐层破损点检测的信号源可以由检测者用发射机加载到管道上的信号电流、电压，也可以是管道上的阴极保护电流、电压，还可以是管道本身在电解质中极化而产生的自然电位。

 

    Pearson方法因检测速度快、劳动效率高、仪器设备价格低、操作轻便、受水泥沥青路面、冰冻地表层、干燥的土壤等地表高阻层障碍物限制影响小，可以实现100%沿线检测等优点而受到欢迎。在管道上已经普通使用，国内已有多个厂家生产该类检测仪器。该方法的检测技术原理见图1。

 

    Pearson方法也存在对检测斱经验、综合知识面、分析判断技术，逻辑推理能力有一定的要求，因为该方法是以检漏线的两端人体作为电容的两块板极拾取防腐层破损点上方漏电信号的，检漏线两端间距一般5~8米，水下管道、超深管道等特殊地段检漏时还可以延长，很有可能一端的电位比较参考点是在接地极、牺牲阳极、相连的连续破损点等杂散电流干扰点的上方或者附近，在这种有杂散电流干扰位置作为参考点的情况下，检测到的大信号、小信号、中等信号都有可能是防腐层破损点。如果检测人员不能正确分析判断管道上方地表不同电位场引起检测数据变化原因，就会遗漏管道破损点故障，而使检测工作走过场；或者识误判造成开挖不到破损点引起大量人力物力的浪费。

 

    以下将以该方法的应用技术，破保防腐层破损点检测100%开挖准确率的方法技术分别详述。

 

1、通过地表等电位梯度场分布，确定不同的破损点种类
1.1 点状破损的等电位梯度场分布
点状破损点的等电位梯度场呈圆形分布，如果防腐层破损点是独立存在，破损点周围没有杂散电流干扰，以大地零电位为参考点，两点检测人员相距5米，检测仪的检漏线与两点检测人员人体电性相连，一名检测人员在破损点上方移动比较，破损点上方信号强度呈峰值状分布。两名检测人员在破损点两边等距离回零，检测时既可纵向法定位，也可横向法定位。
1.2 连续破损点等电位梯度场分布
连续破损点破损在地表的等电位梯度场分布成椭圆形。椭圆形的两边等电位梯度线呈弯曲状，纵向检漏时中间无峰值点，表头显示数据变化不断，点与点之间泄漏电位相互抵消。*定位时宜采用横向法，即一名检测人员在管道旁边以步行速度检测，另一名检测人员在管道上方以步行速度检测，破损点上方信号呈波峰状，两破损点之间呈波谷状，波峰值的下方定位为破损点位置，zui大值为定位防腐层连续破损点中的zui大点。各种破损点在地表电位分布形态图见图2。
1.3 长条形划伤破损点等电位梯度场分布
长条形划伤类破损在地表的等电位梯度场分布呈椭圆形，破损长度小于检漏线长度的划伤采用纵向、横向检测方法均可，破损中心两边等距离都能回零，破损长度大于检漏线长度的划伤采用横向检测方法。
1.4 大破损点包大小破损点的电位场分布
当两破损点大小不等间距很近时，小破损点被大破损点所覆盖，形成大包小的问题，检测时既可采用纵向法，也可采用横向法。两种方法都需先将大破损点检测出来，大破损点修补好以后，小漏点才会暴露出来。小破损点需第二次检测才会出来。
1.5 位于管道不同位置的点状破损在地表的等电位梯度场分布

当破损点位于管顶时，地表等等电位梯度场成圆形分布；当破损点位于管道道底部时，受管体及护层的阻挡，泄漏电流由管道两边传至地表向周围扩散传导，中心点上方呈散状分布，位于管道左右两边的破损均成椭圆形分布。防腐层破损点在管道上下左右位置分析见图3。

 

2、两点近距离等电位梯度场不同站位检测信号变化原因分析
当两破损点大小相等距离很近时，等电位梯度场呈两峰夹一谷，检测时纵向法会相互抵消，检测定位宜采用横向法。
当一名检测人员在一个破损点上方不同的参考电位站立，另一名检测人员在另一个破损点上方移动比较时，破损点上方会检测到大、中、小三种不同的信号显示，见图4。
2.1  A点站位
这是典型的在左侧干扰电位场定位右侧破损点的例子，图中一名检测者在右图A“位时为700mV的电位，两者电位相等，电位差等于0；如果右侧另一名检测者移动到B”点400mV的电位处，电位差变成300mV，如果右侧另一名检测者移动到C点0电位处，电位差变成700mV，周围的大信号是由左边的高电位引起的，在此种情况下，破损点上方呈谷值状分布；zui小信号下方为防腐层破损点。
2.2  B点站位
如果图中一名检测者在左图B位时为400mV的电位，另一名检测者在右图A“700mV的电位位置时，电位差是300mV，右图的另一名检测者移动到B”点时，两者电们相等，电位差等于0，形成两谷一小峰的电位分布，小峰位置下为管道防腐层破损点。如果右侧另一名检测者移动到C点0电位处，电位差变成400mV。在此种情况下，破损点上方呈两谷值夹一小峰的状分布；小峰信号下方为防腐层破损点。
2.3  C点站位
如果图中一名检测者在左图C位时为0mV的电位，另一名检测者在右图A“位置时是700mV，右图的另一名检测者移动到B”点时电位差等于400mV，如果右侧另一名检测者移动到C点，电位差变成0mV。形成峰值的电位分布，峰值位置下为管道防腐层破损点。

以上分析的是极少数情况下三种显示数值都有可能定位管道防腐层破损点的特殊例子，下面列表说明电位差产生的原因。

 

3、干扰因素的排除
如果仅以管道上方梯度判断破损点，就会形成误判，造成误判原因如下几种，必须排除。
3.1 牺牲阳极泄漏点干扰的排除
牺牲阳极泄漏点的排除方法有：
1）漏电中心点法排除：
牺牲阳极一般埋设在管道旁边，如果泄漏电位中心点不在管道地表投影上方，而在管道位置博投影旁边，则可以排除。
2）电位大小分析法排除：
牺牲阳极一般泄漏电位比较大，相当于特大泄漏点的电位分布。先将中小泄漏点全部排除，再从特大漏点中有选择性排除。
3）调查法排除：
查阅资料，调用原始施工图纸，调查知情人，牺牲阳极安装时一般均在图纸中标明。阳极的寿命一般在20年左右，当事人大多在位或在世，可以进行调查。
3.2 金属良导体的排除
金属良导体是指目标管线附近的金属广告牌柱子、电杆拉线、金属路灯杆底柱、水泥杆中的钢筋网、回填土中的金属丝、块。这些良导体在载流管线附近，当管道上有电流流动时，会切割磁力线，产生感应电流，形成大地电位梯度（跨步电压）而被误判成破损点。感应电流一般较小，可以将小的泄漏点中位置偏离管道上方的电位梯度中心点结合目视法进行排除。
3.3 平行伴行管道破损点的排除
长距离平等伴行管道会偶合目标管线上的电磁信号，且随着伴行距离的增加而增加，当增加至一定距离时，信噪比接近1：1，就不应再向前测试。平行管道上的破损点也会被检测出来。此时可以用目标管线位置地表投影与破损点地表中心点位置投影比较法进行排除。
3.4 接地设施的排除
目标管道附近的接地设施检测过程中也会形成大地电位梯度，这些接地设施有：家用电器的接地、变压器接地、埋地电缆外铅包屏蔽层接地、站区内避雷设施接地、仪器仪表的接地等，均可用电位大小、中心点位置偏离等方法予以排除。
3.5 人体感性干扰的排除
Pearson检漏方法中，信号的强度是由多种因素的叠加而成。其中由人体切割磁力线，磁通密度的相对变化引起两检测者电位变化，应进行排除。例如在由平面检测改变为爬坡检测，平面检测过程中遇到管道埋土很浅的沟槽，庭院小区管道检测时人体靠近立管，长输管道检测中人体与金属检测桩相碰，都会产生检测信号的突变。
3.6 环境容性干扰的排除
管道周围物质吸收、储存、传导管道上电子电荷的能力差别很大，分布电容C以介电常数表示的E值，在空气中为1、干旱地为7、农耕地中为15、电水饱合的土壤为25、海水河水中为80；管道周围不同的物质会引起等等电位梯度线的变化，例如，在农耕地中检测，由旱田改变为水田；同样的旱地中检测，一边干旱一边浇灌；都会引起检漏仪信号数值的较大变化，甚至破损点的电位中心也有可能因浇水偏移到浇水的一侧土中，我国新疆甘肃一带的干旱地区城市绿化带需经常浇水，干燥土壤与水泥沥青路面高阻层的共同作用使得在水泥沥青路面下的管道防腐层破损点上方的电位梯度中心点偏移到浇水绿化带中。
3.7 特殊情况下的多解性

牺牲阳极埋在管道上方与大破损点，金属路灯杆下管道防腐层的小破损点，金属检测桩下面管道防腐层包裹不严的电缆焊点与小破损点，在管道正上方的金属良导体与小破损点等情况都具有双解或者多解性。

 

4、破损点大小的判断

地下管道防腐层破损点的大小，Pearson检测方法可以通过数字直读法，漏点处辐射距离比较法，统计图形分析法，探测信号衰减法等多种方法进行判断，通过公式修正法换算成露铁面积的大小。（该技术在中国石化出版社书中已详细说明）下图是破损点大小曲线图与新建输油管道开挖验证的大中小破损点的照片。

 

5、防腐层破损点的地表标记
管道防腐层破损点的开挖修补往往是在检测工作结束以后进行的，从检测结束到开挖动土审报，再到审批手续下达，往往需要很长时间，有的需要几个月到一年，甚至更长时间。在此期间，地表标记往往受刮风下雨、人畜踩踏、车轮碾压、太阳光照射等因素的影响而消失，必须采用准确的方法做好标记。

地表是水泥沥青路面可以用喷漆标志，是泥土地的可以用木桩作标记，是荒地水塘的可以打土包辅之以木桩标记，还要记好XY坐标值与相对参照物的距离，以防日久天长记号消失，标记被拔，难以寻找。还要绘成电子地图，做到图、表、记号、文字说明四统一，方可进行开挖修补。

 

6、破损点的开挖验证
防腐层破损点在开挖时，标记将被挖掉，开挖者应以破损点为中心，沿管道走向与垂直方向划出两条线与标志处相交。开挖动土时应以破损点为中心等距离开挖扩坑。当在管顶未见到破损点时有可能破损在管道的底部，应该掏空管道下部泥土至少20cm以上，以便用如下方法进一步验证破损点位置：
6.1直接观察法
对于大中破损点，其位置在管顶或左右两侧的凭肉眼就可以看到，可以用此法验证。
6.2镜面反照法
位于管道底部的破损点，可以用一面积大的镜子再配以放大镜进行反照，人在管道上面从镜面上就可以看到。
6.3高压电火花扫刷法
用高压电火花检漏仪的毛刷探头在挖出的管道上扫刷，当扫到防腐层破损时，仪器上会打火，并发出声光报警信号。此法对于大中小甚至肉眼看不见的破损点均能查出。
6.4泥土再测电位法
当用了上述多种方法以后，未找到破损点时，说明检测人员位置定偏或开挖人员挖偏，此时破损点仍在泥土中。用阴极保护电位检测时，破损点在负电位值大的一边土中。此时再向一边掏一部分泥土，便可掏出破损点的位置。
6.5涂层测厚法
如果由于防腐层过薄，达不到标准规定的厚度，或者在涂料防腐层中混入导电杂质，现行防腐层检漏仪也能测出破损的报警信号。此种现象也应挖出，一并进行处理。