如何提高地下管道防腐層破損點(diǎn)定位精度
摘要：文章敘述了地下管道防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)的意義，分析了地下管道防腐層破損點(diǎn)上方地表電位分布的特點(diǎn)，定位方法及干擾排除技術(shù)，難點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)與標(biāo)志技術(shù)，并就開挖驗(yàn)證方法進(jìn)行了敘述。
關(guān)鍵詞：埋地管道|防腐層破損點(diǎn)|精確定位|Pearson法
防腐層破損點(diǎn)也叫防腐層漏點(diǎn)、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(duì)埋地管道而言，該缺陷會(huì)使金屬管道形成大陰極小陽極的腐蝕狀態(tài)，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(bào)廢。對(duì)于施加了陰極保護(hù)的管道，防腐層破損處會(huì)長期流失陰極保護(hù)電流而使保護(hù)距離縮短、保護(hù)效果降低，甚至失效。
定位埋地管道防腐層破損點(diǎn)，對(duì)破損點(diǎn)的大、小進(jìn)行分等量化，將大、中破損點(diǎn)進(jìn)行開挖修補(bǔ)，是管道管理者的主要工作之一。
埋地管道防腐層破損點(diǎn)的定位有多種方法：按接收信號(hào)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(diǎn)，都是測(cè)定管道上方地表土壤中的電位梯度，傳統(tǒng)的電工手冊(cè)中稱之為跨步電壓。
防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)的信號(hào)源可以由檢測(cè)者用發(fā)射機(jī)加載到管道上的信號(hào)電流、電壓，也可以是管道上的陰極保護(hù)電流、電壓，還可以是管道本身在電解質(zhì)中極化而產(chǎn)生的自然電位。
Pearson方法因檢測(cè)速度快、勞動(dòng)效率高、儀器設(shè)備價(jià)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(shí)現(xiàn)100%沿線檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)而受到歡迎。在管道上已經(jīng)普通使用，國內(nèi)已有多個(gè)廠家生產(chǎn)該類檢測(cè)儀器。該方法的檢測(cè)技術(shù)原理見圖1。
Pearson方法也存在對(duì)檢測(cè)斱經(jīng)驗(yàn)、綜合知識(shí)面、分析判斷技術(shù)，邏輯推理能力有一定的要求，因?yàn)樵摲椒ㄊ且詸z漏線的兩端人體作為電容的兩塊板極拾取防腐層破損點(diǎn)上方漏電信號(hào)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(shí)還可以延長，很有可能一端的電位比較參考點(diǎn)是在接地極、犧牲陽極、相連的連續(xù)破損點(diǎn)等雜散電流干擾點(diǎn)的上方或者附近，在這種有雜散電流干擾位置作為參考點(diǎn)的情況下，檢測(cè)到的大信號(hào)、小信號(hào)、中等信號(hào)都有可能是防腐層破損點(diǎn)。如果檢測(cè)人員不能正確分析判斷管道上方地表不同電位場(chǎng)引起檢測(cè)數(shù)據(jù)變化原因，就會(huì)遺漏管道破損點(diǎn)故障，而使檢測(cè)工作走過場(chǎng)；或者識(shí)誤判造成開挖不到破損點(diǎn)引起大量人力物力的浪費(fèi)。
以下將以該方法的應(yīng)用技術(shù)，破保防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)100%開挖準(zhǔn)確率的方法技術(shù)分別詳述。
1、通過地表等電位梯度場(chǎng)分布，確定不同的破損點(diǎn)種類
1.1 點(diǎn)狀破損的等電位梯度場(chǎng)分布
點(diǎn)狀破損點(diǎn)的等電位梯度場(chǎng)呈圓形分布，如果防腐層破損點(diǎn)是獨(dú)立存在，破損點(diǎn)周圍沒有雜散電流干擾，以大地零電位為參考點(diǎn)，兩點(diǎn)檢測(cè)人員相距5米，檢測(cè)儀的檢漏線與兩點(diǎn)檢測(cè)人員人體電性相連，一名檢測(cè)人員在破損點(diǎn)上方移動(dòng)比較，破損點(diǎn)上方信號(hào)強(qiáng)度呈峰值狀分布。兩名檢測(cè)人員在破損點(diǎn)兩邊等距離回零，檢測(cè)時(shí)既可縱向法定位，也可橫向法定位。
1.2 連續(xù)破損點(diǎn)等電位梯度場(chǎng)分布
連續(xù)破損點(diǎn)破損在地表的等電位梯度場(chǎng)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(shí)中間無峰值點(diǎn)，表頭顯示數(shù)據(jù)變化不斷，點(diǎn)與點(diǎn)之間泄漏電位相互抵消。精確定位時(shí)宜采用橫向法，即一名檢測(cè)人員在管道旁邊以步行速度檢測(cè)，另一名檢測(cè)人員在管道上方以步行速度檢測(cè)，破損點(diǎn)上方信號(hào)呈波峰狀，兩破損點(diǎn)之間呈波谷狀，波峰值的下方定位為破損點(diǎn)位置，最大值為定位防腐層連續(xù)破損點(diǎn)中的最大點(diǎn)。各種破損點(diǎn)在地表電位分布形態(tài)圖見圖2。
1.3 長條形劃傷破損點(diǎn)等電位梯度場(chǎng)分布
長條形劃傷類破損在地表的等電位梯度場(chǎng)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(cè)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(cè)方法。
1.4 大破損點(diǎn)包大小破損點(diǎn)的電位場(chǎng)分布
當(dāng)兩破損點(diǎn)大小不等間距很近時(shí)，小破損點(diǎn)被大破損點(diǎn)所覆蓋，形成大包小的問題，檢測(cè)時(shí)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(diǎn)檢測(cè)出來，大破損點(diǎn)修補(bǔ)好以后，小漏點(diǎn)才會(huì)暴露出來。小破損點(diǎn)需第二次檢測(cè)才會(huì)出來。
1.5 位于管道不同位置的點(diǎn)狀破損在地表的等電位梯度場(chǎng)分布
當(dāng)破損點(diǎn)位于管頂時(shí)，地表等等電位梯度場(chǎng)成圓形分布；當(dāng)破損點(diǎn)位于管道道底部時(shí)，受管體及護(hù)層的阻擋，泄漏電流由管道兩邊傳至地表向周圍擴(kuò)散傳導(dǎo)，中心點(diǎn)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(diǎn)在管道上下左右位置分析見圖3。
2、兩點(diǎn)近距離等電位梯度場(chǎng)不同站位檢測(cè)信號(hào)變化原因分析
當(dāng)兩破損點(diǎn)大小相等距離很近時(shí)，等電位梯度場(chǎng)呈兩峰夾一谷，檢測(cè)時(shí)縱向法會(huì)相互抵消，檢測(cè)定位宜采用橫向法。
當(dāng)一名檢測(cè)人員在一個(gè)破損點(diǎn)上方不同的參考電位站立，另一名檢測(cè)人員在另一個(gè)破損點(diǎn)上方移動(dòng)比較時(shí)，破損點(diǎn)上方會(huì)檢測(cè)到大、中、小三種不同的信號(hào)顯示，見圖4。
2.1 A點(diǎn)站位
這是典型的在左側(cè)干擾電位場(chǎng)定位右側(cè)破損點(diǎn)的例子，圖中一名檢測(cè)者在右圖A“位時(shí)為700mV的電位，兩者電位相等，電位差等于0；如果右側(cè)另一名檢測(cè)者移動(dòng)到B”點(diǎn)400mV的電位處，電位差變成300mV，如果右側(cè)另一名檢測(cè)者移動(dòng)到C點(diǎn)0電位處，電位差變成700mV，周圍的大信號(hào)是由左邊的高電位引起的，在此種情況下，破損點(diǎn)上方呈谷值狀分布；最小信號(hào)下方為防腐層破損點(diǎn)。
2.2 B點(diǎn)站位
如果圖中一名檢測(cè)者在左圖B位時(shí)為400mV的電位，另一名檢測(cè)者在右圖A“700mV的電位位置時(shí)，電位差是300mV，右圖的另一名檢測(cè)者移動(dòng)到B”點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)。如果右側(cè)另一名檢測(cè)者移動(dòng)到C點(diǎn)0電位處，電位差變成400mV。在此種情況下，破損點(diǎn)上方呈兩谷值夾一小峰的狀分布；小峰信號(hào)下方為防腐層破損點(diǎn)。
2.3 C點(diǎn)站位
如果圖中一名檢測(cè)者在左圖C位時(shí)為0mV的電位，另一名檢測(cè)者在右圖A“位置時(shí)是700mV，右圖的另一名檢測(cè)者移動(dòng)到B”點(diǎn)時(shí)電位差等于400mV，如果右側(cè)另一名檢測(cè)者移動(dòng)到C點(diǎn)，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(diǎn)。
以上分析的是極少數(shù)情況下三種顯示數(shù)值都有可能定位管道防腐層破損點(diǎn)的特殊例子，下面列表說明電位差產(chǎn)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(diǎn)，就會(huì)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(diǎn)干擾的排除
犧牲陽極泄漏點(diǎn)的排除方法有：
1）漏電中心點(diǎn)法排除：
犧牲陽極一般埋設(shè)在管道旁邊，如果泄漏電位中心點(diǎn)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(dāng)于特大泄漏點(diǎn)的電位分布。先將中小泄漏點(diǎn)全部排除，再從特大漏點(diǎn)中有選擇性排除。
3）調(diào)查法排除：
查閱資料，調(diào)用原始施工圖紙，調(diào)查知情人，犧牲陽極安裝時(shí)一般均在圖紙中標(biāo)明。陽極的壽命一般在20年左右，當(dāng)事人大多在位或在世，可以進(jìn)行調(diào)查。
3.2 金屬良導(dǎo)體的排除
金屬良導(dǎo)體是指目標(biāo)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(wǎng)、回填土中的金屬絲、塊。這些良導(dǎo)體在載流管線附近，當(dāng)管道上有電流流動(dòng)時(shí)，會(huì)切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成大地電位梯度（跨步電壓）而被誤判成破損點(diǎn)。感應(yīng)電流一般較小，可以將小的泄漏點(diǎn)中位置偏離管道上方的電位梯度中心點(diǎn)結(jié)合目視法進(jìn)行排除。
3.3 平行伴行管道破損點(diǎn)的排除
長距離平等伴行管道會(huì)偶合目標(biāo)管線上的電磁信號(hào)，且隨著伴行距離的增加而增加，當(dāng)增加至一定距離時(shí)，信噪比接近1：1，就不應(yīng)再向前測(cè)試。平行管道上的破損點(diǎn)也會(huì)被檢測(cè)出來。此時(shí)可以用目標(biāo)管線位置地表投影與破損點(diǎn)地表中心點(diǎn)位置投影比較法進(jìn)行排除。
3.4 接地設(shè)施的排除
目標(biāo)管道附近的接地設(shè)施檢測(cè)過程中也會(huì)形成大地電位梯度，這些接地設(shè)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(qū)內(nèi)避雷設(shè)施接地、儀器儀表的接地等，均可用電位大小、中心點(diǎn)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(hào)的強(qiáng)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(duì)變化引起兩檢測(cè)者電位變化，應(yīng)進(jìn)行排除。例如在由平面檢測(cè)改變?yōu)榕榔聶z測(cè)，平面檢測(cè)過程中遇到管道埋土很淺的溝槽，庭院小區(qū)管道檢測(cè)時(shí)人體靠近立管，長輸管道檢測(cè)中人體與金屬檢測(cè)樁相碰，都會(huì)產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)的突變。
3.6 環(huán)境容性干擾的排除
管道周圍物質(zhì)吸收、儲(chǔ)存、傳導(dǎo)管道上電子電荷的能力差別很大，分布電容C以介電常數(shù)表示的E值，在空氣中為1、干旱地為7、農(nóng)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(zhì)會(huì)引起等等電位梯度線的變化，例如，在農(nóng)耕地中檢測(cè)，由旱田改變?yōu)樗�；同樣的旱地中檢測(cè)，一邊干旱一邊澆灌；都會(huì)引起檢漏儀信號(hào)數(shù)值的較大變化，甚至破損點(diǎn)的電位中心也有可能因澆水偏移到澆水的一側(cè)土中，我國新疆甘肅一帶的干旱地區(qū)城市綠化帶需經(jīng)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(diǎn)上方的電位梯度中心點(diǎn)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(diǎn)，金屬路燈桿下管道防腐層的小破損點(diǎn)，金屬檢測(cè)樁下面管道防腐層包裹不嚴(yán)的電纜焊點(diǎn)與小破損點(diǎn)，在管道正上方的金屬良導(dǎo)體與小破損點(diǎn)等情況都具有雙解或者多解性。
4、破損點(diǎn)大小的判斷
地下管道防腐層破損點(diǎn)的大小，Pearson檢測(cè)方法可以通過數(shù)字直讀法，漏點(diǎn)處輻射距離比較法，統(tǒng)計(jì)圖形分析法，探測(cè)信號(hào)衰減法等多種方法進(jìn)行判斷，通過公式修正法換算成露鐵面積的大小。（該技術(shù)在中國石化出版社書中已詳細(xì)說明）下圖是破損點(diǎn)大小曲線圖與新建輸油管道開挖驗(yàn)證的大中小破損點(diǎn)的照片。
5、防腐層破損點(diǎn)的地表標(biāo)記
管道防腐層破損點(diǎn)的開挖修補(bǔ)往往是在檢測(cè)工作結(jié)束以后進(jìn)行的，從檢測(cè)結(jié)束到開挖動(dòng)土審報(bào)，再到審批手續(xù)下達(dá)，往往需要很長時(shí)間，有的需要幾個(gè)月到一年，甚至更長時(shí)間。在此期間，地表標(biāo)記往往受刮風(fēng)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(zhǔn)確的方法做好標(biāo)記。
地表是水泥瀝青路面可以用噴漆標(biāo)志，是泥土地的可以用木樁作標(biāo)記，是荒地水塘的可以打土包輔之以木樁標(biāo)記，還要記好XY坐標(biāo)值與相對(duì)參照物的距離，以防日久天長記號(hào)消失，標(biāo)記被拔，難以尋找。還要繪成電子地圖，做到圖、表、記號(hào)、文字說明四統(tǒng)一，方可進(jìn)行開挖修補(bǔ)。
6、破損點(diǎn)的開挖驗(yàn)證
防腐層破損點(diǎn)在開挖時(shí)，標(biāo)記將被挖掉，開挖者應(yīng)以破損點(diǎn)為中心，沿管道走向與垂直方向劃出兩條線與標(biāo)志處相交。開挖動(dòng)土?xí)r應(yīng)以破損點(diǎn)為中心等距離開挖擴(kuò)坑。當(dāng)在管頂未見到破損點(diǎn)時(shí)有可能破損在管道的底部，應(yīng)該掏空管道下部泥土至少20cm以上，以便用如下方法進(jìn)一步驗(yàn)證破損點(diǎn)位置：
6.1直接觀察法
對(duì)于大中破損點(diǎn)，其位置在管頂或左右兩側(cè)的憑肉眼就可以看到，可以用此法驗(yàn)證。
6.2鏡面反照法
位于管道底部的破損點(diǎn)，可以用一面積大的鏡子再配以放大鏡進(jìn)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(dāng)掃到防腐層破損時(shí)，儀器上會(huì)打火，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。此法對(duì)于大中小甚至肉眼看不見的破損點(diǎn)均能查出。
6.4泥土再測(cè)電位法
當(dāng)用了上述多種方法以后，未找到破損點(diǎn)時(shí)，說明檢測(cè)人員位置定偏或開挖人員挖偏，此時(shí)破損點(diǎn)仍在泥土中。用陰極保護(hù)電位檢測(cè)時(shí)，破損點(diǎn)在負(fù)電位值大的一邊土中。此時(shí)再向一邊掏一部分泥土，便可掏出破損點(diǎn)的位置。
6.5涂層測(cè)厚法
如果由于防腐層過薄，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的厚度，或者在涂料防腐層中混入導(dǎo)電雜質(zhì)，現(xiàn)行防腐層檢漏儀也能測(cè)出破損的報(bào)警信號(hào)。此種現(xiàn)象也應(yīng)挖出，一并進(jìn)行處理。
————摘自《地下管線管理》第86期
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