如何提高地下管道防腐層破損點定位精度

 摘要：文章敘述了地下管道防腐層破損點檢測的意義，分析了地下管道防腐層破損點上方地表電位分布的特點，定位方法及干擾排除技術，難點檢測技術與標志技術，并就開挖驗證方法進行了敘述。

關鍵詞：埋地管道|防腐層破損點|*定位|Pearson法

    防腐層破損點也叫防腐層漏點、防腐層針孔缺陷，是指金屬表面防腐涂層中漏涂的露鐵面積，對埋地管道而言，該缺陷會使金屬管道形成大陰極小陽極的腐蝕狀態，使防腐層破損處加速腐蝕引起穿孔泄漏，使得管道使用壽命縮短而提前報廢。對于施加了陰極保護的管道，防腐層破損處會長期流失陰極保護電流而使保護距離縮短、保護效果降低，甚至失效。

    定位埋地管道防腐層破損點，對破損點的大、小進行分等量化，將大、中破損點進行開挖修補，是管道管理者的主要工作之一。

    埋地管道防腐層破損點的定位有多種方法：按接收信號的方法可以分為人體電容法、接地探針法、雙參比電極法、單參比電極法。無論什么方法定位破損點，都是測定管道上方地表土壤中的電位梯度，傳統的電工手冊中稱之為跨步電壓。

    防腐層破損點檢測的信號源可以由檢測者用發射機加載到管道上的信號電流、電壓，也可以是管道上的陰極保護電流、電壓，還可以是管道本身在電解質中極化而產生的自然電位。

    Pearson方法因檢測速度快、勞動效率高、儀器設備價格低、操作輕便、受水泥瀝青路面、冰凍地表層、干燥的土壤等地表高阻層障礙物限制影響小，可以實現100%沿線檢測等優點而受到歡迎。在管道上已經普通使用，國內已有多個廠家生產該類檢測儀器。該方法的檢測技術原理見圖1。

    Pearson方法也存在對檢測斱經驗、綜合知識面、分析判斷技術，邏輯推理能力有一定的要求，因為該方法是以檢漏線的兩端人體作為電容的兩塊板極拾取防腐層破損點上方漏電信號的，檢漏線兩端間距一般5~8米，水下管道、超深管道等特殊地段檢漏時還可以延長，很有可能一端的電位比較參考點是在接地極、犧牲陽極、相連的連續破損點等雜散電流干擾點的上方或者附近，在這種有雜散電流干擾位置作為參考點的情況下，檢測到的大信號、小信號、中等信號都有可能是防腐層破損點。如果檢測人員不能正確分析判斷管道上方地表不同電位場引起檢測數據變化原因，就會遺漏管道破損點故障，而使檢測工作走過場；或者識誤判造成開挖不到破損點引起大量人力物力的浪費。

    以下將以該方法的應用技術，破保防腐層破損點檢測100%開挖準確率的方法技術分別詳述。

1、通過地表等電位梯度場分布，確定不同的破損點種類
1.1 點狀破損的等電位梯度場分布
點狀破損點的等電位梯度場呈圓形分布，如果防腐層破損點是獨立存在，破損點周圍沒有雜散電流干擾，以大地零電位為參考點，兩點檢測人員相距5米，檢測儀的檢漏線與兩點檢測人員人體電性相連，一名檢測人員在破損點上方移動比較，破損點上方信號強度呈峰值狀分布。兩名檢測人員在破損點兩邊等距離回零，檢測時既可縱向法定位，也可橫向法定位。
1.2 連續破損點等電位梯度場分布
連續破損點破損在地表的等電位梯度場分布成橢圓形。橢圓形的兩邊等電位梯度線呈彎曲狀，縱向檢漏時中間無峰值點，表頭顯示數據變化不斷，點與點之間泄漏電位相互抵消。*定位時宜采用橫向法，即一名檢測人員在管道旁邊以步行速度檢測，另一名檢測人員在管道上方以步行速度檢測，破損點上方信號呈波峰狀，兩破損點之間呈波谷狀，波峰值的下方定位為破損點位置，zui大值為定位防腐層連續破損點中的zui大點。各種破損點在地表電位分布形態圖見圖2。
1.3 長條形劃傷破損點等電位梯度場分布
長條形劃傷類破損在地表的等電位梯度場分布呈橢圓形，破損長度小于檢漏線長度的劃傷采用縱向、橫向檢測方法均可，破損中心兩邊等距離都能回零，破損長度大于檢漏線長度的劃傷采用橫向檢測方法。
1.4 大破損點包大小破損點的電位場分布
當兩破損點大小不等間距很近時，小破損點被大破損點所覆蓋，形成大包小的問題，檢測時既可采用縱向法，也可采用橫向法。兩種方法都需先將大破損點檢測出來，大破損點修補好以后，小漏點才會暴露出來。小破損點需第二次檢測才會出來。
1.5 位于管道不同位置的點狀破損在地表的等電位梯度場分布

當破損點位于管頂時，地表等等電位梯度場成圓形分布；當破損點位于管道道底部時，受管體及護層的阻擋，泄漏電流由管道兩邊傳至地表向周圍擴散傳導，中心點上方呈散狀分布，位于管道左右兩邊的破損均成橢圓形分布。防腐層破損點在管道上下左右位置分析見圖3。

2、兩點近距離等電位梯度場不同站位檢測信號變化原因分析
當兩破損點大小相等距離很近時，等電位梯度場呈兩峰夾一谷，檢測時縱向法會相互抵消，檢測定位宜采用橫向法。
當一名檢測人員在一個破損點上方不同的參考電位站立，另一名檢測人員在另一個破損點上方移動比較時，破損點上方會檢測到大、中、小三種不同的信號顯示，見圖4。
2.1  A點站位
這是典型的在左側干擾電位場定位右側破損點的例子，圖中一名檢測者在右圖A“位時為700mV的電位，兩者電位相等，電位差等于0；如果右側另一名檢測者移動到B”點400mV的電位處，電位差變成300mV，如果右側另一名檢測者移動到C點0電位處，電位差變成700mV，周圍的大信號是由左邊的高電位引起的，在此種情況下，破損點上方呈谷值狀分布；zui小信號下方為防腐層破損點。
2.2  B點站位
如果圖中一名檢測者在左圖B位時為400mV的電位，另一名檢測者在右圖A“700mV的電位位置時，電位差是300mV，右圖的另一名檢測者移動到B”點時，兩者電們相等，電位差等于0，形成兩谷一小峰的電位分布，小峰位置下為管道防腐層破損點。如果右側另一名檢測者移動到C點0電位處，電位差變成400mV。在此種情況下，破損點上方呈兩谷值夾一小峰的狀分布；小峰信號下方為防腐層破損點。
2.3  C點站位
如果圖中一名檢測者在左圖C位時為0mV的電位，另一名檢測者在右圖A“位置時是700mV，右圖的另一名檢測者移動到B”點時電位差等于400mV，如果右側另一名檢測者移動到C點，電位差變成0mV。形成峰值的電位分布，峰值位置下為管道防腐層破損點。

以上分析的是極少數情況下三種顯示數值都有可能定位管道防腐層破損點的特殊例子，下面列表說明電位差產生的原因。

3、干擾因素的排除
如果僅以管道上方梯度判斷破損點，就會形成誤判，造成誤判原因如下幾種，必須排除。
3.1 犧牲陽極泄漏點干擾的排除
犧牲陽極泄漏點的排除方法有：
1）漏電中心點法排除：
犧牲陽極一般埋設在管道旁邊，如果泄漏電位中心點不在管道地表投影上方，而在管道位置博投影旁邊，則可以排除。
2）電位大小分析法排除：
犧牲陽極一般泄漏電位比較大，相當于特大泄漏點的電位分布。先將中小泄漏點全部排除，再從特大漏點中有選擇性排除。
3）調查法排除：
查閱資料，調用原始施工圖紙，調查知情人，犧牲陽極安裝時一般均在圖紙中標明。陽極的壽命一般在20年左右，當事人大多在位或在世，可以進行調查。
3.2 金屬良導體的排除
金屬良導體是指目標管線附近的金屬廣告牌柱子、電桿拉線、金屬路燈桿底柱、水泥桿中的鋼筋網、回填土中的金屬絲、塊。這些良導體在載流管線附近，當管道上有電流流動時，會切割磁力線，產生感應電流，形成大地電位梯度（跨步電壓）而被誤判成破損點。感應電流一般較小，可以將小的泄漏點中位置偏離管道上方的電位梯度中心點結合目視法進行排除。
3.3 平行伴行管道破損點的排除
長距離平等伴行管道會偶合目標管線上的電磁信號，且隨著伴行距離的增加而增加，當增加至一定距離時，信噪比接近1：1，就不應再向前測試。平行管道上的破損點也會被檢測出來。此時可以用目標管線位置地表投影與破損點地表中心點位置投影比較法進行排除。
3.4 接地設施的排除
目標管道附近的接地設施檢測過程中也會形成大地電位梯度，這些接地設施有：家用電器的接地、變壓器接地、埋地電纜外鉛包屏蔽層接地、站區內避雷設施接地、儀器儀表的接地等，均可用電位大小、中心點位置偏離等方法予以排除。
3.5 人體感性干擾的排除
Pearson檢漏方法中，信號的強度是由多種因素的疊加而成。其中由人體切割磁力線，磁通密度的相對變化引起兩檢測者電位變化，應進行排除。例如在由平面檢測改變為爬坡檢測，平面檢測過程中遇到管道埋土很淺的溝槽，庭院小區管道檢測時人體靠近立管，長輸管道檢測中人體與金屬檢測樁相碰，都會產生檢測信號的突變。
3.6 環境容性干擾的排除
管道周圍物質吸收、儲存、傳導管道上電子電荷的能力差別很大，分布電容C以介電常數表示的E值，在空氣中為1、干旱地為7、農耕地中為15、電水飽合的土壤為25、海水河水中為80；管道周圍不同的物質會引起等等電位梯度線的變化，例如，在農耕地中檢測，由旱田改變為水田；同樣的旱地中檢測，一邊干旱一邊澆灌；都會引起檢漏儀信號數值的較大變化，甚至破損點的電位中心也有可能因澆水偏移到澆水的一側土中，我國新疆甘肅一帶的干旱地區城市綠化帶需經常澆水，干燥土壤與水泥瀝青路面高阻層的共同作用使得在水泥瀝青路面下的管道防腐層破損點上方的電位梯度中心點偏移到澆水綠化帶中。
3.7 特殊情況下的多解性

犧牲陽極埋在管道上方與大破損點，金屬路燈桿下管道防腐層的小破損點，金屬檢測樁下面管道防腐層包裹不嚴的電纜焊點與小破損點，在管道正上方的金屬良導體與小破損點等情況都具有雙解或者多解性。

4、破損點大小的判斷

地下管道防腐層破損點的大小，Pearson檢測方法可以通過數字直讀法，漏點處輻射距離比較法，統計圖形分析法，探測信號衰減法等多種方法進行判斷，通過公式修正法換算成露鐵面積的大小。（該技術在中國石化出版社書中已詳細說明）下圖是破損點大小曲線圖與新建輸油管道開挖驗證的大中小破損點的照片。

5、防腐層破損點的地表標記
管道防腐層破損點的開挖修補往往是在檢測工作結束以后進行的，從檢測結束到開挖動土審報，再到審批手續下達，往往需要很長時間，有的需要幾個月到一年，甚至更長時間。在此期間，地表標記往往受刮風下雨、人畜踩踏、車輪碾壓、太陽光照射等因素的影響而消失，必須采用準確的方法做好標記。

地表是水泥瀝青路面可以用噴漆標志，是泥土地的可以用木樁作標記，是荒地水塘的可以打土包輔之以木樁標記，還要記好XY坐標值與相對參照物的距離，以防日久天長記號消失，標記被拔，難以尋找。還要繪成電子地圖，做到圖、表、記號、文字說明四統一，方可進行開挖修補。

6、破損點的開挖驗證
防腐層破損點在開挖時，標記將被挖掉，開挖者應以破損點為中心，沿管道走向與垂直方向劃出兩條線與標志處相交。開挖動土時應以破損點為中心等距離開挖擴坑。當在管頂未見到破損點時有可能破損在管道的底部，應該掏空管道下部泥土至少20cm以上，以便用如下方法進一步驗證破損點位置：
6.1直接觀察法
對于大中破損點，其位置在管頂或左右兩側的憑肉眼就可以看到，可以用此法驗證。
6.2鏡面反照法
位于管道底部的破損點，可以用一面積大的鏡子再配以放大鏡進行反照，人在管道上面從鏡面上就可以看到。
6.3高壓電火花掃刷法
用高壓電火花檢漏儀的毛刷探頭在挖出的管道上掃刷，當掃到防腐層破損時，儀器上會打火，并發出聲光報警信號。此法對于大中小甚至肉眼看不見的破損點均能查出。
6.4泥土再測電位法
當用了上述多種方法以后，未找到破損點時，說明檢測人員位置定偏或開挖人員挖偏，此時破損點仍在泥土中。用陰極保護電位檢測時，破損點在負電位值大的一邊土中。此時再向一邊掏一部分泥土，便可掏出破損點的位置。
6.5涂層測厚法
如果由于防腐層過薄，達不到標準規定的厚度，或者在涂料防腐層中混入導電雜質，現行防腐層檢漏儀也能測出破損的報警信號。此種現象也應挖出，一并進行處理。