埋于地下的管道检测的原理及实际应用

摘要：文章对土壤的腐蚀机理进行了大致分析，着重介绍了埋地管线在非开挖状况下的检测技术，及该技术在实际应用中取得了良好的效果。 关键词：埋地管道检测 腐蚀 离子 电流强度 1 概述 石油、天然气、城市用燃气和地下水管道的腐蚀与保护越来越引起人们的重视。管道防护层由于埋地时间长久而出现老化、发脆、剥离、脱落，如发生泄漏将造成不可估量的损失。于2001年6月发生的吐哈输气管理处的埋地天然气管道发生泄漏，使乌鲁木齐石化公司化肥厂全面停工，造成巨大经济损失。因此，检验埋地管道的防护层状况，对保证管道正常运行，防止跑、冒、滴、漏，至关重要。 使用管道检测仪对埋地管道进行检测，能在非开挖状况下，实现对埋地管道的外防腐层的破坏情况进行定性、评估，并能对管道进行精确定位、测深，解决了以前在非开挖状况下无法检验的难题，该检测技术既可作为新竣工管道的检测、验收手段，也可对正在运行的管道进行定期监测。 2 埋地管线的腐蚀原因 埋地管线的腐蚀原因主要有：土壤腐蚀、大气腐蚀和生物腐蚀三种。 2.1 土壤腐蚀 新疆的土壤干燥，土质属中性至碱性。由于土哈的地质条件的影响，沙石较多，土壤空隙大，空气中的氧极易进入土壤，进而发生氧腐蚀。由于土壤的密实、松散程度不同，使得氧的渗透性不同而造成氧的浓差腐蚀。然而,由于近几年来新疆雨水量的增多，使土壤中含水量增大，管道腐蚀加剧。反应式如下： 其阴极过程为还原反应： 在有氧条件下：O2+2H2O+4e→4OH－ 在缺氧条件下: SO42-+4H2O+8e→S2- +8OH－ 其阳极过程为氧化反应： Fe+nH2O→Fe2+·nH2O+2e Fe2++2OH－→Fe(OH)2(绿色腐蚀产物) 2Fe(OH)2+1/2 O2+H2O→2Fe(OH)3 Fe(OH)3→FeOOH+ H2O(赤色腐蚀产物) Fe(OH)3→Fe2OH3·3H2O(黑色腐蚀产物) 影响金属的土壤腐蚀因素,主要有土壤的电阻率、土壤的电位、盐分、含水量、土壤的含气量、酸度、土壤的微生物、杂散电流和金属材料的组织等，而这些因素又常常互相影响，造成土壤的腐蚀十分复杂。 在上述因素中，在土壤的含水量和含气量达到一个一致的峰值时，土壤的腐蚀性最强。土壤中不同地方的盐含量不同，会产生盐浓差腐蚀，而土壤中的Cl-、SO42-、CO32-等离子含量高，会促进电化学腐蚀的阴极过程，土壤腐蚀性更严重。 2.2 点蚀 土壤中的Cl-含量高，很容易引起点蚀。由于Cl-半径小，穿透力强，很容易穿过金属钢管钝化膜的小孔，直接和金属接触形成可溶性的化合物，并向金属深处发展。随着点蚀过程的进行，一方面坑内坑外氧浓度的差别越来越大，坑外由于富氧而钝化；另一方面，孔内金属离子不断增加，为保持电中性，使坑外阴离子（Cl-）向坑内迁移，孔内Cl-浓度升高。此时孔内金属离子浓度升高并发生水解，反应式如下： Mn2++nH2O→ Mn (OH)n+nH+ 这样就构成了孔内活化——孔外钝化的腐蚀体系，使得坑内金属不断溶解，并以自催化的方式不断加速发展，最终导致管线迅速破坏。 2.3 生物腐蚀 分析表明，土壤中存在硫酸盐还原菌（SRB）和铁细菌。硫酸盐还原菌不断氧化钢铁并析出H2，从而使硫酸盐、亚硫酸盐还原为硫化物： SO42-+4H2→S2-+4 H2O 铁细菌能使二价铁离子氧化成三价，并沉积于菌体内外： 2Fe(OH)2+1/2 O2+H2O→2Fe(OH)3 铁细菌还常在水管内壁附着生长形成结瘤，进而腐蚀管线。 3 管道电流测绘法的检测技术 3.1 管道电流测绘法的工作原理 检测仪器为英国雷迪公司生产的RD-PCM型埋地管道外防腐层状况检测仪，该埋地管线仪由一台发射机和一台接收机构成，采用了雷迪公司独创的双水平线圈和垂直线圈电磁技术专利。在检测时，将发射机的一端与管道连接，一端与大地连接。由发射机向管道发送4Hz电流和128Hz/640 Hz的定位电流。便携式接收机能探测到经管道传送的这种特殊信号，并跟踪和采集该信号。将采集到的电流强度输入微机，便能测绘出管道上各处的电流强度曲线。通过对电流变化的分析，实现对管道防护层绝缘性的评估。 电流强度随距离的增加而衰减，在管径、管材、土壤环境不变的情况下，防腐层对地的绝缘性越好，则电流损失越少，衰减亦越小。反之，若防腐层损坏，如老化、脱落、绝缘性能越差，电流损失越严重，衰减也就越大，从而实现对防腐层破损状况的评估。 3.2 管道电流测绘法的技术优点 3.2.1 可以对长输管线进行定位测深，可测电流强度大小和确定电流方向，一次连接，测试距离可达30Km。 3.2.2 该技术利用接收机可以储存100个电流读数，可利用防腐层检测软件，快速下载到电脑上打印成图形并进行快速评估。 3.2.3电流测绘技术可对埋地长输管道（石油、燃气）、任意长度管线的防腐层破损状况进行评估。 3.2.4 适用于不同管径、不同钢制材料、不同防腐绝缘材料、不同环境的埋地管线，非接触式探测和评估，无需开挖地下管线。 3.2.5 操作简便，一人操作即可。 4 管道电流测绘法的实际应用 2000年9月，乌鲁木齐石化总厂监测中心在对西北石油管理局下属的几个生产厂的检验中，把管道检测仪应用到埋地管线的检验中，效果显著，及时发现了生产厂存在的重大安全隐患，解除了生产的后顾之忧。经检验，在塔里木石化厂油罐区的地下管道防腐层较好，电流衰减幅度较小，如图1所示： 而在雅克拉炼油厂的检测中，该厂的调和泵房处的柴油管线至加热处的埋地管线， 其防腐层损坏严重，电流下降大。如图2所示： 该厂的调和油泵房处的汽油管线至加热炉处的埋地管线，其防腐层较好的情况与损坏严重情况并存，破损处的电流急剧下降，如图3所示： 对判定存在严重破损的两处管线开挖，发现，柴油管线外防护层破损较严重，汽油管线外防护层局部已经完全破损，管壁已严重减薄，一经挖开就发生了泄漏。究其原因，这是两处管线埋在树沟旁，经常浇水，从而引起管线严重腐蚀。开挖表明，检测结果是准确的。 5 结束语 管道电流测绘法是一种地下管道防护层检测的新技术。应用该技术可以全面评估防护层的状况，指导地下管道的维护和检修，避免抢修中的盲目性。此外它适用范围广，准确率高，可以用于石油、天然气、煤气、水、电缆等埋地管线的检测，具有广阔的应用前景和空间，尤其通过对石油、天然气、水等长距离埋地输送管线及城市埋地管网系统的定期检测，能够确保城市生命线的安全及正常运行，带来不可估量的社会效益。

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