DCVG技術(shù)在城市燃?xì)夤艿婪栏瘜訖z測(cè).doc

DCVG技術(shù)在城市燃?xì)夤艿婪栏瘜訖z測(cè)中的應(yīng)用葉根銀1，吳家傳2，臧桂寧2，解東來(lái)3（1. 丹陽(yáng)奧恩能源科技發(fā)展有限公司，江蘇，2123002. 龍口港華燃?xì)庥邢薰荆埧?2657003. 華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院 廣州 510640）摘要：闡述了DCVG（直流電壓梯度）技術(shù)檢測(cè)金屬管道防腐層的技術(shù)原理及應(yīng)用方法。該技術(shù)原為長(zhǎng)輸管道的防腐層檢測(cè)而研發(fā)。長(zhǎng)輸管道一般采用外加電流進(jìn)行防腐保護(hù)。城市燃?xì)夤艿乐衅毡椴捎脿奚?yáng)極對(duì)管道進(jìn)行陰極保護(hù)，這些犧牲陽(yáng)極會(huì)對(duì)DCVG的檢測(cè)造成干擾。根據(jù)DCVG檢測(cè)技術(shù)原理及檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，提出了消除及判斷犧牲陽(yáng)極的四種方法，并在實(shí)踐中得到了驗(yàn)證。為DCVG檢測(cè)技術(shù)在城市燃?xì)夤艿婪栏瘜訖z測(cè)提供了工程經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：直流電壓梯度，犧牲陽(yáng)極，防腐層, 完整性評(píng)價(jià)The Application DCVG Technique on Town Gas Pipeline Anticorrosive Coating SurveyYe Genyin1, Wu Jiachuan2, Zang Guining2, Xie Donglai3(1, Alteren Technologies Ltd, Danyang, Jiangsu, 212300，2. Longkou Hong Kong and China Gas Company Limited，Longkou, 2657003. South China University of Technology, Guangzhou, 510640)Abstract：The principle and detection method of the application DCVG (Direct Current Voltage Gradient) technique on the metal town gas pipeline anticorrosive coating survey is introduced. This technology has been developed for the long-distance gas pipeline anticorrosive coating survey, where external current is widely used for anticorrosive protection. It is a common practice in the town gas pipeline system that sacrificial anode is often used for catholic protection. These anodes could interfere the application of DCVG. Based on the detection principle of the DCVG technology and actual testing experience, four methods are proposed to eliminate the influence of sacrificial anode, and haven been verified in practice. These four methods provide a powerful exploration on the application of DCVG technique on town gas pipeline coating survey.Key words: Direct Current Voltage Gradient, Sacrificial anode, Anticorrosive coating, Integration assessment1. 前言DCVG（ Direct Current Voltage Gradient, 直流電壓梯度）檢測(cè)技術(shù)，是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的先進(jìn)的埋地金屬管道防腐層檢測(cè)技術(shù)，在管道完整性評(píng)價(jià)中得到了廣泛的應(yīng)用。DCVG技術(shù)發(fā)明之初應(yīng)用于油氣長(zhǎng)輸管道防腐層檢測(cè)，利用管道本身的外加保護(hù)電流，采用同步斷路器使管道外加的陰極保護(hù)直流電流周期性的通、斷，在地面管道上方檢測(cè)直流電壓梯度，從而判斷管道防腐層是否有破損點(diǎn)。在城市燃?xì)夤艿乐?，管道陰極保護(hù)普遍采用犧牲陽(yáng)極，沒(méi)有現(xiàn)成的外加電流可以借用，所以采用DCVG檢測(cè)時(shí)必須對(duì)管道外加直流電源。同時(shí)管道上連接的犧牲陽(yáng)極在外加電流的情況下，本身就是一個(gè)漏電點(diǎn)，會(huì)對(duì)管道防腐層是否破損的檢測(cè)判斷造成影響。如何在城市燃?xì)夤艿婪栏瘜訖z測(cè)中采用DCVG技術(shù)以及判斷檢測(cè)信號(hào)是否為犧牲陽(yáng)極影響，是DCVG技術(shù)應(yīng)用于城市燃?xì)夤艿罊z測(cè)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。2. DCVG檢測(cè)技術(shù)原理DCVG技術(shù)是在埋地管道上施加一個(gè)直流電源(如陰極保護(hù)電流)，并采用周期性同步斷路器使管道上形成周期性通、斷的直流電流。如果管道防腐層存在破損點(diǎn)，泄漏電流將在破損點(diǎn)周?chē)寥佬纬梢粋€(gè)穩(wěn)定的直流電壓梯度場(chǎng)，其范圍將在十幾米至幾十米之間變化，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)可比較準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)破損點(diǎn)。通過(guò)在管道地面上方的兩個(gè)Cu/CuSO4飽和參比電極以及與電極連接的高靈敏度毫伏表來(lái)檢測(cè)這個(gè)電位梯度,就可以判斷管道破損點(diǎn)的位置和大小。由于DCVG檢測(cè)技術(shù)采用的是周期性的外加直流電流，不受交流電等雜散電流的干擾3。 根據(jù)DCVG檢測(cè)的技術(shù)原理，通過(guò)對(duì)埋地管道防腐層缺陷處地表電場(chǎng)檢測(cè)，繪出缺陷處地表電場(chǎng)等壓線輪廓形狀，根據(jù)繪制的地表電場(chǎng)等電位線可以判斷埋地管道防腐層缺陷的形狀以及缺陷所在管體的位置。典型的電場(chǎng)輪廓線有圖1所示的幾種1。圖1.典型的幾種管道防腐層缺陷地表電場(chǎng)等電位分布圖在檢測(cè)過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)管地電位的IR可以進(jìn)一步判斷防腐層缺陷的大小。在陰極保護(hù)過(guò)程中，外加電流在管線上形成的電位差包括管道通過(guò)防腐層到土壤的電壓降VI和管道邊的土壤到遠(yuǎn)方大地的電壓降VS。在管線上加電壓后，管線的電壓降可由圖2所示，他們之間的關(guān)系可由下式表示1： VT=VI+VS(1)其中：VT管道到遠(yuǎn)大地點(diǎn)的電位差， VI 管道通過(guò)防腐層到周邊土壤的電位差VS 管道邊的土壤到遠(yuǎn)大地點(diǎn)的電位差采用DCVG進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，VT為管道的斷電電位Voff與通電電位Von的差，VS可由DCVG的高靈敏度毫伏表直接讀取。圖2.管道周邊電位分布圖在埋地管道陰極保護(hù)電壓降中，VI是外加陰極保護(hù)電壓中真正起到保護(hù)管道作用的一部分電壓，VS是為克服土壤阻抗而損失的電壓，對(duì)于保護(hù)管線并沒(méi)有作用，所以要獲得較好的陰極保護(hù)效果，VI應(yīng)較大而VS較小，陰極保護(hù)的水平可以用VI的大小來(lái)衡量。然而在實(shí)際的檢測(cè)中很難對(duì)VI進(jìn)行測(cè)量，而較容易測(cè)量Vs的值，因此可以利用Vs值的大小來(lái)評(píng)價(jià)陰極保護(hù)的作用，通常是利用其占埋地管道外加陰極保護(hù)電壓降的百分比進(jìn)行表示，公式如下：(2)IR越大，陰極保護(hù)程度越低，也就是說(shuō)埋地管道防腐層缺陷面積越大，因而DCVG能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)防腐層缺陷面積的大小，并能對(duì)整個(gè)管道的陰極保護(hù)效果做出客觀的判斷。3. DCVG檢測(cè)技術(shù)在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中的應(yīng)用城市燃?xì)夤艿琅c長(zhǎng)輸燃?xì)夤艿老啾龋季謴?fù)雜，支管多，管道周?chē)蓴_因素多，燃?xì)庑孤┰斐傻奈：Υ?，必須?duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行定期的防腐層檢測(cè)，確保安全4。目前我國(guó)的城市燃?xì)夤芫W(wǎng)陰極保護(hù)主要采取犧牲陽(yáng)極方法，而DCVG檢測(cè)技術(shù)需要外加電源，所以應(yīng)用時(shí)須在燃?xì)夤艿乐屑又绷麟娏鳌Ｖ绷麟娫吹耐饧尤鐖D3所示：可調(diào)節(jié)的直流電源正極接地，負(fù)極通過(guò)閥門(mén)測(cè)試樁或閥門(mén)井與燃?xì)夤艿辣谶B接，負(fù)極與燃?xì)夤艿乐g接電路通斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)管路電流的周期性通斷。圖3. 城市燃?xì)夤艿乐型饧与娏骷尤雸D國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼制管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB/T21448-2008）要求管道陰極保護(hù)電位（即管/地界面極化電位）應(yīng)為-850mV（CSE）或更負(fù)，但不能比-1200 mV更負(fù)5。所以在犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)良好的管道，管道管地電位已被極化到-850-1200 mV（CSE）之間。在進(jìn)行DCVG檢測(cè)時(shí)，由于電源正極接地電阻可能會(huì)較大，外加在管道上的電位會(huì)低于可能會(huì)低于犧牲陽(yáng)極的自然保護(hù)電位（對(duì)鎂陽(yáng)極，-1500 mV），此時(shí)管道變?yōu)殛?yáng)極，而原先保護(hù)管道的犧牲陽(yáng)極就變成陰極，并且由于犧牲陽(yáng)極是裸露于土壤中，從而會(huì)造成犧牲陽(yáng)極放電現(xiàn)象。則在犧牲陽(yáng)極處，管道的IR會(huì)變得很大，表現(xiàn)為管道的防腐層破壞，從而對(duì)管道的完整性評(píng)價(jià)造成誤判。另外由于犧牲陽(yáng)極埋地時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)出現(xiàn)失效而引起鎂陽(yáng)極漏電情況。如何來(lái)判斷檢測(cè)到的信號(hào)為管道防腐層破損還是犧牲陽(yáng)極放電造成，降低外來(lái)因素干擾，對(duì)檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性以及對(duì)整個(gè)燃?xì)夤芫W(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有重要作用。通過(guò)DCVG的檢測(cè)原理及豐富的工程檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，我們探索了以下幾種方法可以判斷、或者避免DCVG檢測(cè)中的犧牲陽(yáng)極干擾。一, 陽(yáng)極埋設(shè)距離算法：收集管道施工資料，確定犧牲陽(yáng)極埋設(shè)的具體位置或者埋設(shè)距離等，通過(guò)檢測(cè)結(jié)果與施工竣工圖紙記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，確認(rèn)是否為陽(yáng)極干擾。二, 在管道上加入外加電流時(shí)，避免外加電流對(duì)管道的極化電位高于犧牲陽(yáng)極的自然電位（對(duì)鎂陽(yáng)極，-1500mV）。三尋找最大電位梯度法：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼制管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范 (GB/T21448-2008)對(duì)陽(yáng)極的埋設(shè)規(guī)定為：一般情況下?tīng)奚?yáng)極距管道外壁3-5米，最小不宜小于0.5米，埋設(shè)深度以陽(yáng)極頂部距地面不小于1米為宜。成組布置時(shí)，陽(yáng)極間距為2-3米為宜5。由圖4可以看出，當(dāng)犧牲陽(yáng)極出現(xiàn)漏電情況后，在犧牲陽(yáng)極周?chē)鷷?huì)出現(xiàn)電位等勢(shì)線，通過(guò)DCVG探測(cè)漏電處電位，繪出簡(jiǎn)單的等勢(shì)圖，就可發(fā)現(xiàn)最大電位梯度處并不在管道正上方，而在位于偏離管道一段距離的地方，從而可以確定此處為犧牲陽(yáng)極干擾。圖4. 管道上犧牲陽(yáng)極埋設(shè)處的電位分布圖四計(jì)算犧牲陽(yáng)極IRC 法: 外加在管道上的電流在與其連接的犧牲陽(yáng)極上形成的電位差VTC可通過(guò)下式計(jì)算：VTCVnc- Von(3)其中Vnc為犧牲陽(yáng)極的自然保護(hù)電位。對(duì)鎂陽(yáng)極，為-1500mV。外加電流在犧牲陽(yáng)極上形成的電位差類(lèi)似于在管道上形成的電位差，只是由于管道上有防腐層，由于防腐層的高阻抗，管道對(duì)遠(yuǎn)方大地的電位差主要存在于管對(duì)地電壓降；而對(duì)于犧牲陽(yáng)極，陽(yáng)極是裸露于土壤，并有陽(yáng)極填料，接地電阻很小，所以外加電流在犧牲陽(yáng)極上形成的電位差VTC應(yīng)約等于犧牲陽(yáng)極旁的土壤距遠(yuǎn)方大地的電位差Vs。即VTCVs?？梢砸韵率接?jì)算犧牲陽(yáng)極處的IR降(4)如果IRC接近或大于100，則可判斷此處存在犧牲陽(yáng)極。如果IRC超過(guò)100%很多，則不排出此處管道上伴隨有防腐層破損情況。在這四種方法中，第一種方法最直接，但是許多施工企業(yè)在燃?xì)夤艿冷佋O(shè)時(shí)，并沒(méi)有將陽(yáng)極具體埋設(shè)位置繪制在施工/竣工圖紙上，并且在犧牲陽(yáng)極埋設(shè)處管道防腐層也有出現(xiàn)破損現(xiàn)象，特別是陽(yáng)極線與管道焊接處。第二種方法能夠有效的避免陽(yáng)極漏電，但是在實(shí)際操作過(guò)程中，臨時(shí)的接地裝置接地電阻較大，為了能夠向管道加入適當(dāng)?shù)碾娏?，管道極化后的電位普遍要大于犧牲陽(yáng)極的自然電位，該種方法的實(shí)用性不強(qiáng)；第三種方法能夠準(zhǔn)確的判斷陽(yáng)極干擾以及陽(yáng)極所在位置，但是許多公司在施工過(guò)程中，缺乏監(jiān)理，陽(yáng)極埋設(shè)位置不符合GB/T21448-2008 的規(guī)定，有的緊挨管道，這就對(duì)第三種方法帶來(lái)困難。第四種方法受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，土壤電阻率等因素的影響，外加電流在犧牲陽(yáng)極上形成的電位差VTC不等于犧牲陽(yáng)極旁的土壤距遠(yuǎn)方大地的電位差Vs，并且犧牲陽(yáng)極可能會(huì)失效等因素造成陽(yáng)極的自然電位Vnc的變化。以上4種方法都有各自的局限性，所以在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，必須根據(jù)實(shí)際情況，四種方法綜合判斷，才能有限的排除因犧牲陽(yáng)極漏電而造成的干擾。4. 工程檢測(cè)實(shí)例2010年5月丹陽(yáng)奧恩能源科技有限發(fā)展公司與華南理工大學(xué)聯(lián)合組成的管道完整性評(píng)價(jià)小組采用DCVG技術(shù)對(duì)山東龍口港華燃?xì)夤镜拇胃邏?，中壓管道進(jìn)行了防腐層檢測(cè)，檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)犧牲陽(yáng)極對(duì)DCVG檢測(cè)有很大的干擾作用，通過(guò)上述的幾種方法有效的排除了犧牲陽(yáng)極漏電對(duì)DCVG檢測(cè)結(jié)果的影響。例如在一段長(zhǎng)約三公里的次高壓管路上發(fā)現(xiàn)有12處漏電現(xiàn)象，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，該管段采用鎂陽(yáng)極為犧牲陽(yáng)極，自然保護(hù)電位Vnc為為-1500mV。在此段進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，分別在兩處測(cè)試樁加入外加電流，第一處，極化后，通電位Von=-1550mV，斷電位Voff=-1150mV，管道到遠(yuǎn)大地點(diǎn)的電位差為VT=400mV，犧牲陽(yáng)極上形成的電位VTC為50mV， 18處漏電點(diǎn)由此測(cè)試樁提供的信號(hào)檢出。由表1中數(shù)據(jù)可以看出，除7號(hào)點(diǎn)外，檢測(cè)到的犧牲陽(yáng)極旁的土壤距遠(yuǎn)方大地的電位差Vs與犧牲陽(yáng)極上形成的電位差VTC基本相當(dāng)，且低于VTC；7號(hào)點(diǎn)的IRC為120%, 懷疑此處或伴有管道防腐層破損，待驗(yàn)證。第二外加電流處，極化后，通電電位Von=-1560mV，斷電電位Voff=-1010mV，管道到遠(yuǎn)大地點(diǎn)的電位差為VT=550mV，犧牲陽(yáng)極上形成的電位差VTC為60mV，912處漏電點(diǎn)由2號(hào)測(cè)試樁提供的信號(hào)檢出，由表中數(shù)據(jù)可以看出，9號(hào)點(diǎn)檢測(cè)到的犧牲陽(yáng)極旁的土壤距遠(yuǎn)方大地的電位差Vs與犧牲陽(yáng)極上形成的電位差VTC基本相當(dāng)，初步判斷為犧牲陽(yáng)極，隨后的開(kāi)挖驗(yàn)證證實(shí)了此判斷。9、10、12號(hào)漏電點(diǎn)的IRC已經(jīng)大于100%，所以判斷這些點(diǎn)連接有犧牲陽(yáng)極，但不排出伴隨有防腐層破壞。其中12號(hào)漏電點(diǎn)的IRC已經(jīng)高達(dá)163%, 伴隨有管道防腐層破壞的可能性很大。恰好此處具備開(kāi)挖條件。開(kāi)挖后發(fā)線該處有犧牲陽(yáng)極， 同時(shí)伴隨有管道防腐層破壞，如圖5所示。另外，此12處漏電點(diǎn)相隔距離基本上是相隔200400米，這也符合一般犧牲陽(yáng)極埋設(shè)距離，能夠?yàn)殛?yáng)極信號(hào)干擾排除提供依據(jù)。表1.龍口港華某管道DCVG檢測(cè)結(jié)果序號(hào)距起點(diǎn)距離 (m)Vs (mV)IR (%)IRC (%)判斷分析118451190預(yù)測(cè)為陽(yáng)極2341431186預(yù)測(cè)為陽(yáng)極3605451190預(yù)測(cè)為陽(yáng)極491936.58.573預(yù)測(cè)為陽(yáng)極5111329758預(yù)測(cè)為陽(yáng)極1170測(cè)試樁1，信號(hào)加入點(diǎn)，VT=400mV, VTC=50mV6122030860預(yù)測(cè)為陽(yáng)極718206015120預(yù)測(cè)為陽(yáng)極, 或伴有管道防腐層破損，待驗(yàn)證82120481296預(yù)測(cè)為陽(yáng)極924027614127預(yù)測(cè)為陽(yáng)極, 或伴有管道防腐層破損，待驗(yàn)證1027197214120預(yù)測(cè)為陽(yáng)極, 或伴有管道防腐層破損，待驗(yàn)證2914測(cè)試樁2，信號(hào)加入點(diǎn)，VT=550mV, VTC=60mV113053551292開(kāi)挖驗(yàn)證為陽(yáng)極1232269818163開(kāi)挖驗(yàn)證為陽(yáng)極并半隨有防腐層破損點(diǎn)圖5. 12號(hào)漏電處開(kāi)挖驗(yàn)證的管道防腐層破損點(diǎn)照片5. 結(jié)論及未來(lái)工作針對(duì)DCVG在城市燃?xì)夤艿婪栏瘜訖z測(cè)中的應(yīng)用，提出了四種方法以判斷、消除管道連接的犧牲陽(yáng)極對(duì)檢測(cè)信號(hào)的干擾。通過(guò)在龍口港華的實(shí)際檢測(cè)，初步驗(yàn)證了上述方法的有效性。 由于開(kāi)挖條件的限制， 尚沒(méi)有對(duì)所有的懷疑為犧牲陽(yáng)極的漏電點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證。 未來(lái)將對(duì)這四種方法的有效性做進(jìn)一步的驗(yàn)證。同時(shí)，將對(duì)這些方法進(jìn)行量化研究，如IRC在多大的范圍內(nèi)可以認(rèn)定為犧牲陽(yáng)極，在多大的范圍內(nèi)可以認(rèn)定為犧牲陽(yáng)極伴隨管道防腐層破損等。城市燃?xì)夤艿劳暾栽u(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，除了檢測(cè)設(shè)備的有效，更需要操作的人的工程經(jīng)驗(yàn)，以及燃?xì)夤灸軌蛱峁┛煽康墓こ炭⒐D等資料。參考文獻(xiàn)1. DCVG Ltd., DC Voltage Gradient Pipeline Coating