整理管道外防腐层检测技术比较.docx

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整理管道外防腐层检测技术比较

一、密间隔电位测量

1、方法原理

密间隔电位测量（CIPS）是评价管道防腐保护的先决条件。

没有其它方法可以为腐蚀工程师提供阴极保护系统完整性准确评价的足够信息。

直流电压梯度（DCVG）测量通常用于管道防腐层完整性评价。

但DCVG不能说明阴极保护程度，也不能替代密间隔电位测量的作用。

密间隔电位测量是通过一个半电池连接到测量主机可记录管地电位，每隔1-3米记录管道电位。

测量主机必须通过漆包线和管道连接。

探测员使用管道接收机定位管线，测量员跟在后面沿管线中心走。

密间隔测量以小于3米的间隔记录整流器开（ON）电位和瞬时关（OFF）电位，腐蚀工程师可获得连续的管地电位数据。

3米间隔中，每个后来数据叠加到前面的数据以保证形成连续的管道电位图。

表1.CIPS测量成果图

上述数据说明整流器开（ON）数据中大约有1000mV电压降，并且瞬时关（OFF）电位低于标准的约有1000英尺（300米）。

CIPS测量中，确保连接到最近的检测桩。

正如前面提到的，管壁中的电流会对整流器开（ON）电位有明显的影响。

因为整流器关（OFF）时管壁中电流不存在，所以在瞬时关（OFF）状态下这种影响较少。

2、整流器中断波形

表2.整流器一次中断的数字图像波形

此数字图形为Cath-TechHexcorder测量阴极保护整流器中断情况，配有波形软件，可记录在每2秒间隔内测量4,000次的管地电位。

从图中可以看出整流器是每2秒周期中600毫秒断开。

整流器中断数字图形也说明线圈有一些自感应，当整流器开（OFF）时管地电位中有一个正凸信号，在整流器开（ON）时有一个相应的负凸信号。

由于整流器回路中存在自感应，Cath-Tech记录器可调节异常的影响。

设计Hexcorder时，测量和记录瞬时关（OFF）电位前，输入整流器中断后所需延时时间。

管道中电流的影响可以起先通过漆包线连接到远测试点采集管线－土壤电位来校验，然后不移动参比电极连接到近测试点。

如果瞬时关（OFF）电位没有变化，说明整流器即没中断，也没同步。

管壁的杂散或大地电流能造成整流器开（ON）和关（OFF）电位的波动。

无论什么原因引起的瞬时关（OFF）电位波动，都需要查明并纠正。

阴极保护整流器的同步中断能造成电流突然中断，可以在几百分之1秒内读取瞬时关（OFF）电位。

为了获取最多读数，在CIPS测量过程中，必须每秒更新整流器开（ON）和瞬时关（OFF）电位。

测试人员还可以一种正常的步速进行测试。

CATH-TECHGPS同步电流中断器在1秒或很小周期内产生一个突然中断电流。

依靠全球定位系统（全天24小时）提供时钟信号，中断精确度约400纳秒。

图1.Cath-TechCI-100/GPS100ampGPS同步电流中断器

在测量整流器关（OFF）电位期间，需要安装足够的GPS同步电流中断器，以便中断测区内所有的阴保电流。

电流中断器安装数量取决于管道系统，阴极保护整流器的数量和其影响区域。

电流中断器器需要至少一个，最多会超过30个。

3、动态干扰

获取准确的管地电位并不那么简单。

管道经常受到动态杂散电流的影响，例如大地电流或来自电车和轨道系统中的杂散电流。

大地电流是由于太阳黑子的活动引起的，造成大地磁场的改变，产生北极光现象并极化管中电流。

表3.大地电流对管道的管地电位的影响

大地电流能对管道管地电位造成相当大的摆动。

这种影响可以维持数分钟到几天，随后是一段时间的平静，管地电位没有偏移。

由于大地电流能严重影响管地电位测量，在测量期间，CATH-TECH智能记录器要一直安装在测量区域记录每次整流器中断时的管地电位。

CATH-TECH智能记录器配有一个GPS，程序和Hexcorder相同，因为智能记录器记录每个中断周期整流器开（ON）和瞬时关（OFF）电位。

由于Hexcorder和智能记录器都按精确时间记录管地电位，所有记录数据可用来纠正CIPS数据。

使用一个简单Macro可计算出由于大地电流引起的管地电位偏移，使用智能记录器的数据可以纠正在每个CIPS测试点平均电位的偏移。

由于CATH-TECH智能记录器出来的数据都是ASCII文本，可以直接输入任何总分析表系统，不需要特殊软件下载数据或生成表达图表。

WindowHyper终端用来下载数据和MicrosoftExcel形成图表数据。

图2.CATH-TECH智能数据记录器

通过使用通用软件，可轻松下载并形成图表数据。

通用软件例如Excel同时多次绘制测量，因此在时间上可比较阴极保护的程度。

电运输系统，例如有轨电车，地铁或电车操作产生的动态杂散电流和大地电流有相似的特点。

大地电流是另一种类型的动态杂散电流。

表4.电传输系统产生的杂散电流

电车，地铁和其它电力输送系统都可产生杂散直流电流干扰源，严重影响管道保护程度。

杂散和大地电流能引起结构－电解液电位的变化，如果不使用矫正技术，很难解释密间隔测量的结果。

为纠正Excel或其它总分析表上杂散和大地电流，需要计算整流器开（ON）和关（OFF）电位平均值。

插入两个新列；第一列叫整流器开（ON）电位偏移，第二列叫整流器关（OFF）电位偏移。

输入公式，用每个整流器开（ON）电位值减去整流器开（ON）电位平均值，结果放在整流器开（ON）电位偏移栏。

整流器关（OFF）电位做相同的运算。

总分析表的每列带有UTC时间，因此整流器开（ON）电位和关（OFF）平均值的偏移都和时间相关联。

总分析表内有测量数据，输入四个新列，整流器开（ON）电位校正数值，整流器关（OFF）校正数值，整流器开（ON）电位偏移，整流器关（OFF）电位偏移。

用一个公式包括一个查询项，可比较记录每个测量数据和记录每个静态记录器数据的时间，把偏移数值加到测量数据值中。

表5.使用智能记录器数据校正后的CIPS数据图

上图说明受大地或杂散电流影响，使用固定智能记录器校正的CIPS数据。

在测量区安装很多智能记录器可获得最好的结果。

测量者利用较近智能记录器的数据来用做校正。

4、密间隔电位测量

密间隔测量开始前，设备和人员都应该就绪。

需要以下设备：

●HexcorderGraphica或Hexcorder绕线分配器和半电池探杖

●一个或多个测量主机

●一个或多个Cath-Tech电流中断器

●平面图

●线轴

●天线

●备用电缆

在电流中断器，智能记录器和Hexcorder测量设备中设置中断周期。

经验上，测量OFF电位前最佳中断周期是200毫秒关（OFF），800毫秒开（ON），100毫秒延时。

1秒周期可使测量者以正常步速进行，采集数据间隔小于3米。

所有设备都需要设置同步周期。

电流中断器首先设置，必须安装在整流器影响测量区域。

如果无法确定每个整流器影响区域，以防误测，在测量区每边安装更多电流中断器。

早上设电流中断器开始中断，傍晚停止中断，用200毫秒关（OFF）时间，1秒周期。

白天程序会消耗20%电源，但中断器停止中断晚上电量为满的。

野外工作周期非常好没有管地极化的明显记录。

设置Hexcorder，输入和电流中断器相同的时间周期，例如：

200毫秒关（OFF），800毫秒开（ON）。

输入中断器中断电流后延时时间，必须考虑电路中的任何感应。

使用200毫秒关（OFF）和800毫秒开（ON）周期，不要设置延时时间大于100毫秒。

图3.准备进行CIPS测量

电流中断器中断电流后，将Cath-Tech智能记录器和Hexcorder测量主机采用相同的周期，包括电流中断器中断电流后的延时。

如果对杂散或大地电流校正，智能记录器必须设置和Hexcorder测量主机一致。

为达到杂散和大地电流校正的目的，GPS必须一直开起，以保证准确的时间同步。

5、电极校验

依照标准，每天检查半电池探杖的电极。

如果半电池探杖有超过5毫伏误差，必须清理并填充纯净电溶液。

图4.电极校准

如果半电池探杖电极和标准电极电位相差5毫伏，卸下电极，用蒸馏水清洗硫酸铜溶液，用砂纸擦拭铜棒，加入纯净硫酸铜晶体和蒸馏水。

摇晃电极使硫酸铜充分饱和。

再次和标准电极比较。

记录电位偏差。

6、安全考虑

雷电天气下不要进行测量。

如果听到雷声，断掉测量电线离开现场。

测量者和测量设备都能被电网击穿。

如果必须穿过电网，要确保测量线和电网线不会接触。

把测量线接到栅栏柱底部或采取其它预先措施保证他们没有连接。

二、直流电压梯度测量（DCVG）

1、方法原理

直流电压梯度（DCVG）测量是定位防腐层破损点或缺陷的一种电学方法。

不能测量评价阴极保护的有效性，但可以确定由缺陷或破损造成阴极保护不足的位置。

DCVG有两种截然不同的测量方法。

第一种主机和管道不连接，使用模拟或数字测量设备；第二种是更精确的测量方法，同时测量DCVG和CIPS电位。

无论使用那种测量方法，管道上必须施加上可中断电源提供的阴极保护电流，如整流器、暂时安装的便携式整流器。

为精确定位防腐层缺陷，在防腐层缺陷处地表2米的跨距范围内必须有约500毫伏的IR降形成。

必须在两整流器间中间处安装临时整流器，或者提高已有整流器的输出电流。

图5.电流中断器与整流器的连接

如管线上有其他的电流存在，最好调整中断周期，保持对管道的输出电流大致相同。

例如：

在给定的范围内，阴极保护电流为10amps，为得到所需要的25amps的漂移，这时供给电流是正常供给电流的2.5倍。

可通过延长电流中断器中断周期中的关（OFF）时间来调整。

如设置周期为600毫秒关和400毫秒开，这样输出电流就会增加，而有效输出功率和整流器保持在10amps运行时的功率大致相同。

由于电流流动，不用连接管道，DCVG便可在地表测量到电压梯度。

检测人员沿管道前进，两探杖间距1-2米放在地表，整流器打开后，观察模拟仪表指针的摆动或数字仪表的脉冲变化。

当接近缺陷时，仪表上的摆动或脉冲振幅明显增加，在缺陷处为最大，经过缺陷后逐渐衰减。

如果没有缺陷，伏特记录器的指针没有摆动。

接近缺陷时，可看到伏特记录器上出现明显的波动，波动频率和中断周期近似。

缺陷越近时，波动的振幅越大，就有必要调整仪器的灵敏度。

假如探头和管道保持大致平行，伏特记录器上指针摆动能指示方向。

通过在缺陷中心周围详细地测量，可精确定位缺陷。

通过缺陷处信号的强度，附近测试点的开（ON）、关（OFF）电位差异和间距，可估算缺陷的大小。

图6.管道处对远地端的电压降

电压降+V1+V2+V3+V4+V5+V6

DCVG测量能评估每个缺陷。

通过把远地端（MV1）信号电压（电位摆动）和在最近的两测试桩（MV2、MV3）记录的信号电压（电位摆动）比较，就可得出缺陷的大小。

还要考虑缺陷与这两测试桩（M1、M2）距离。

另外，还可确定缺陷处是否已经开始腐蚀。

迄今为止一直忽略的事实是土壤化学特性的不一致，使两半电池间通常存在有电压。

可以通过校正偏移电位的电子电路方法去掉这样的电位，或如果整流器开（ON）和瞬时关（OFF）时电压梯度，保存了这个电位，可在扩展栏通过简单公式改正。

2、数据显示与处理

准线纸上标注的固定点或者在地表的树桩，用来记录防腐层缺陷位置。

下列公式假设土壤电阻率均一和阴极保护电流衰减。

评价记录的信号强度和缺陷等级，如下：

mV1

%IR=------------------------------------------------

          mV2-（m1/（m1+m2）*（mV2-mV3））

mV1=管线上的电压摆动

mV2=最后测试桩的电压摆动

mV3=下一个测试桩的电压摆动

m1=距最后测试桩的距离

m2=距下一个测试桩的距离

在防腐层缺陷处，值大于35%IR时需要注意；16%〈%IR〈35%间，需要一般性保养；%IR〈15%IR时，阴极保护充分不需要修复。

3、DCVG测量的优点

（1）测量技术能评估特殊地区的管道防腐层状况，如：

公路、铁路等

（2）评估缺陷大小，便于衡量开挖和修复

小缺陷：

%IR》15%IR

中缺陷：

16%IR〈%IR《35%IR

大缺陷：

36%IR〈%IR《100%IR

（3）野外证实了实用性和精确度

（4）一人能进行测量，一般推荐两人（考虑到操作和安全性）

（5）受杂散电流和地磁影响的区域，在大部分土壤状态下，能进行测量

（6）有时不需要拖线

（7）缺陷定位精确

（8）结合其他技术一起使用

（9）沿管道上方检测

（10）适合复杂管线排列

（11）快速、成本低

4、DCVG的缺点

（1）无法评价阴极保护的水平

（2）无法指明阴极保护不足的管段

（3）无法判定动态干扰的管段

图7.电压梯度线

下图显示的是几种缺陷位置及形状的电压场图形。

图8.缺陷处电压场的类型

表6.防腐层严重损坏的DCVG曲线图

三、CIPS+DCVG组合测量

1、方法原理

腐蚀工程师通过DCVG+CIPS组合测量，能获得相当多的信息，便于对阴保水平和外防腐层状况做出充分的判断。

HexcorderMillennium测量设备能够同时采集DCVG+CIPS测量结果，每个读数都包括测量距离、测量时间和GPS坐标。

准确记录应该包括位置、时间、整流器开（ON），瞬时关（OFF）时管地电位及ON/OFF电压梯度数值。

图9.HexcorderMillenniumⅡCIPS+DCVG仪器

采用CIPS+DCVG测量，测量中断器ON/OFF电位，就必须和管道连接。

每个读数都标有链测距离。

测量者沿着管道进行CIPS测量。

通常是两个人担任组合测量，其中一个人沿着管道走在前面。

进行两个人测量最大的优点是两个半电极能相离的较远些，因为由于防腐层破损点，会放大电压梯度的强度。

另外可使测量以合理的步速进行。

两个测量人员应配有两个半电极探仗，一直都会有一个探仗接触到地面上。

下图显示的是DCVG+CIPS测量成果图。

有开（ON）和瞬时关（OFF）电位，电压梯度，管线距离，GPS坐标及海拔。

该设备能记录每个读数的UTC时间和GPS定位的精确信息。

查看下图，可明显地看到在破损处管地电位曲线有降低，在破损点中心处，电压梯度从负数变动到正数。

挖开缺陷，就可发现涂层防腐层已经从管道上脱离，铁也已经暴露出来。

虽然防腐层脱落，管道却没有发生腐蚀，除IR降后，管地电位高于-850MV的保护标准。

表7.DCVG+CIPS组合测量成果图

使用该设备，两人一组的测量队，在世界各地，每天都可快速评估阴保水平、破损点的位置及破损程度。

两个人的检测队，缺损处出现典型信号特征，电压梯度逐渐负向增加直到梯度检测人员经过破损点中心位置后。

当梯度检测人员和另一个检察人员跨过破损点并距破损点同等距离后，电压梯度变化很小或没有，这时负向增加趋势变小。

当检测人员逐渐接近破损处时，梯度值显著正向增加直到经过破损点中心后，电位衰减到零。

表8.距站150米防腐层大缺陷

接近破损位置的测量队员

防腐层缺陷

缺陷被定位在山坡前。

电压梯度有典型正弦曲线特征，曲线拉长说明有多个连续缺陷或一个长型缺陷。

缺陷开挖后，发现在3点钟和9点钟位置，沿管道的顶部防腐层出现裂痕。

尽管距离缺陷150米，提供5MPS周期，开（ON）电位和瞬时关（OFF）电位之间变化非常小。

管径30英寸，牺牲阳极保护。

表9.距离站3.73Km和3.9Km处,两处防腐层缺陷

上图可看到两处主要缺陷都有典型正弦曲线特征，可以精确定位防腐层缺陷。

上图还出现很多小缺陷，当大的缺陷重新修复后，小缺陷将会表现很突出。

这个位置在两个CIPS/DCVG测量的供电源的中间点，可以不用开挖或外防腐层修补，使管道有足够阴极保护电流密度来保护小缺损。

2、Cath-TechMillenniumDCVG数据处理与分析

与防腐层缺陷有关联的电压梯度值保存到主机内存中，同时还有开（ON）电位和瞬时关（OFF）电位值，管线距离，同步GPS，UTC时间，海拔、精确的GPS方位等。

管道上任一点的电位的毫伏级摆动都能够计算出来，没必要依照附近测试点的摆动来评估缺陷处毫伏级摆动。

一、环境影响评价的发展与管理体系、相关法律法规体系和技术导则的应用计算%IR降，缺陷处的电压梯度除以开（ON）电位与关（OFF）电位间差，再乘100，可得到%IR。

二、建设项目环境影响评价VG

（二）规划环境影响评价的技术依据和基本内容_____________*100=%IR

（三）安全评价的内容和分类VON–VOFF

6.建设项目环境影响评价文件的其他要求通过该设备的测量，可获得管地电位、电压梯度及缺陷处电流的流向的精确信息，就可准确评估防腐层的缺陷程度。

3、Cath-TechHexcorder™MillenniumIIDCVG数据处理与分析

防腐层缺陷处的开（ON）电位和关（OFF）电位记录保存在主机内存，管道上任一点的电位的毫伏级摆动都能够计算出来，就没必要依照附近测试点的摆动来评估缺陷处毫伏级摆动。

2.环境保护行政法规计算%IR降，缺陷处的电压梯度（VGON-VGOFF）除以开（ON）电位与关（OFF）电位间差，再乘100，可得到%IR。

VGON–VGOFF

2.建设项目环境影响评价文件的报批时限________________*100=%IR

（1）环境的使用价值。

环境的使用价值（UV）又称有用性价值，是指环境资源被生产者或消费者使用时，满足人们某种需要或偏好所表现出的价值，又分为直接使用价值、间接使用价值和选择价值。

VON–VOFF

如果用短接线，必须将检测人员横向离开缺陷点的电压梯度相加才能得到缺陷点的最大电压梯度。

如果使用长接线，最大电压梯度可以直接获得。

组合DCVG+CIPS测量有很多优点，腐蚀工程师可得到相当多的信息，由此做出充分的判断。

专项规划工业、农业、畜牧业、林业、能源、水利、交通、城市建设、旅游、自然资源开发有关的专项规划。

环境影响报告书如果阴极保护水平能满足或超过标准保护-850mV（相对CuCuSO参比电极，考虑到IR降），就没必要修复防腐层。

如果阴极保护不足，就要考虑提高阴保水平或修复防腐层。

Cath-TechHexcorder™MillenniumII用整流器开（ON）、关（OFF）时记录电压梯度，就尽可能确定缺陷处是阳极/阳极状态还是阳极/阴极状态。

2.规划环境影响报告书的审查内容CIPSDCVG测量时检测人员使用长“Y”电缆沿管道上方测量时，主机可清楚第记录每个电压梯度信息。

依据此信息就可确定缺陷的形状和确切的中心位置。

接近缺陷位置时，电压梯度逐渐负向；经过缺陷后就快速摆向正。

在缺陷处可形成一个正弦曲线电压信号。