摘要：管道系统已经成为石油与天然气的主要运输方式。埋地管道一旦发生破坏，不仅会造成大量的经济损失和环境污染，由于其易燃易爆特性还会对附近居民的生命安全产生威胁。因此本文针对埋地管道的外检测方面，从土壤腐蚀性、杂散电流、阴极保护和防腐层检测四个方面进行了阐述，以期为埋地管道的日常维护提供借鉴。
关键词：埋地管道；外检测；腐蚀；评价
1、引言
管道运输系统是现代重要的运输系统之一，已经普遍应用于现代工业生产、城市建设以及社会各个领域，管道运输是陆地输送天然气的唯一方式。
目前，全球油气管道总长度超过350万公里，已经超过了世界铁路总里程数。我国管道建设水平远落后于发达国家和中东产油国，我国管道目前数量总和达到12.5万公里，美国、加拿大以及欧洲国家均已成网状分布，长期以来，管道安全运行依赖于管道完整性的数据库，数据的深化应用对管道安全决策发挥重要作用[1-4]。
因此，本文针对埋地管道的外腐蚀检测方面，分析了相关参数的检测方面和评价指标，提出了目前相关标准的不足，以期为埋地管道的日常维护提供借鉴。
2、外检测主要检测参数
2.1 土壤腐蚀性测试
在GB/T 19285-2014中，土壤理化性质的测试主要包括8项指标，最终通过打分法来确定土壤的腐蚀性：土壤电阻率、管道自然腐蚀电位、氧化还原电位、土壤pH值、土壤质地、土壤含水率、土壤含盐量和土壤Cl-含量。其中土壤含盐量、Cl-浓度、含水率和pH一般在实验室内测定，管道自然腐蚀电位通过现场试片法测定，土壤质地通过观察法确定，氧化还原电位通过ORP测试仪测定，并需要进行温度校订；而土壤电阻率一般通过等距法测试，可通过下式计算：
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应当注意的是，在测试土壤电阻率前，应保证检流计的指针必须位于中心线上。在测试过程中，若检流计的灵敏度过高时，可减小电位探测针插入土壤的深度；反之，可增加电位探针和电流探针插入土壤的深度或沿探针注水使其湿润。
2.2 杂散电流
2.2.1 交流杂散电流
管地交流电位的测试主要依托于管道沿线的测试桩进行测试：万用表红表笔连接管道，黑表笔连接饱和硫酸铜参比电极，连续读取3次交流电位取其平均值。在GB/T 50698-2011中指出，当管道上的交流干扰电压不高于4V时，可不采取交流干扰防护措施；高于4V，应采取交流电流密度进行评估，交流电流密度可按下式计算：
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注：① ρ值应取交流干扰电压测试时，测试点处与管道埋深相同的土壤电阻率实测值；
② d值按发生交流腐蚀最严重考虑，取0.0113。
按照GB/T 50698-2011来判断其交流干扰程度，如表1中数据所示：
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这种方法适用于施加阴极保护电流后管道对电解质（土壤、水）电位的测量，测得的电位是极化电位与回路中所有电压降的和，即含有除管道金属/电解质界面以外的所有电压降，因此在测量前，应确认阴极保护运行正常，管道已充分极化。测试中选取的管道长度应大于20km，并且测试段内不得有电绝缘装置、接地极和分支管道；在可能有易燃易爆性气体的环境中测试时，应避免接线或拆线过程中产生电火花，并且测量仪表应具有防电磁干扰性能；当交流干扰电位较高时，应采用钢棒电极[5,6]。
在SY/T 0029-2012中给出了通过试片法来直接直接测试管道交流电流密度的方法，在进行监测及评估管道运行期间交流腐蚀影响的测量时，应使用腐蚀检查片组（其中应至少有一个检查片通过测量电缆与管道电连通。检查片除裸露面积为100mm2的金属表面外，其余部位应做好防腐绝缘，将交流电流表串入回路与管道及检查片相连接，调至合适量程，记录读数和时间；在进行详细测试时，可使用裸露面积为100mm2的便携式棒状探头，将便携式棒状探头插入靠近管道的土壤中，并通过测量电缆与管道电连通，将直接测量获得的交流电流值IAC除以检查片裸露面积即为交流电流密度值JAC。
2.2.2 直流杂散电流
在GB 50991-2014中分别根据地电位梯度和管道自然电位的偏移程度来确定直流杂散电流的干扰大小。
对于直流地电位梯度的测试来说，应在平行于管道和垂直于管道两个方向进行测试，一般选取土壤中10m距离的土壤电位差与距离的比值作为该方向上的电位梯度；同时垂直于管道方面的电位梯度测试应避免测试导线跨越管道。通过平行和垂直管道上两个方向的地电位梯度即可得到该处的直流干扰程度和干扰源方向。
应当注意的是，在测试直流地电位梯度时，应沿着某一干扰段分别选取几个地点进行地电位梯度的大小和方向的测试，进而判断杂散电流源的方向；当受到环境限制时可适当缩短，但应使电压表有明显的指示。
目前，管道上的杂散电流量测试及流入、流出点的判断，通常采用SCM进行测量，测量分为静态测量和动态测量两种，主要依据干扰的类型确定测量的方式。通过不断移动测试板的位置来确定检测管段的杂散电流方向、干扰源强度等。
2.3 阴极保护
现场阴保电位的测试主要依托于管道沿线的测试桩进行测试：万用表红表笔连接管道，黑表笔连接饱和硫酸铜参比电极，连续读取3次电位取其平均值。但是需要注意的是，此时所测得的电位为通电电位[7]。
断电电位的测试如图1所示：采用与被测管道相同材质且暴露面积为1 cm2的试片，要求埋于与管道中心同一标高位置，且与管壁距离在0.1～0.3 m之间，通过测试桩导线与管道相连接。试片埋设20 min后，设置通断器通断频率：通12s，断3s，并启用瞬时电位记录仪进行连续数据记录，从所显示的波形上读取通、断电电位。
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图1 通、断电电位测试连线图
这种方法适用于施加阴极保护电流后管道对电解质（土壤、水）电位的测量，测得的电位是极化电位与回路中所有电压降的和，即含有除管道金属/电解质界面意外的所有电压降，因此在测量前，应确认阴极保护运行正常，管道已充分极化。
目前，国际通用准则都是要求管地电位要负于-850mV，比如GB/T 21448《埋地钢质管道阴极保护技术规范》中要求管地电位要负于-850mV，但是管道极限阴极保护电位不能负于-1200mV。而对于不同的钢材料又有不同准则，例如对于高强度钢，其阴极保护电位要根据实际析氢情况来确定。在厌氧菌或SRB及其他有害菌类土壤中，管道阴极保护电位应为- 950mV或者更负；当土壤电阻率介于100Ω·m~1000Ω·m之间时，要求管地电位宜负于-750mV；而土壤电阻率大于1000Ω·m时，要求管地电位宜负于-650mV。
2.4 防腐层检测
对于防腐层的评价标准比较复杂，但是各种评价方法均归纳为防腐层绝缘电阻率的评价。由于种种原因限制，防腐层绝缘电阻率的计算结果与实际情况有一定差距，现在一般采用电流衰减率、绝缘电阻率和破损点状况来进行防腐层质量评价。此处用防腐层绝缘电阻率来直接评判防腐层质量的好坏。与此同时，也采用防腐层破损点状况来完善防腐层的评价结果。
防腐层破损点检测方法示意图如2所示。当用A字架在可疑管段进行复测时，在破损点附近，接收机面板读数一般在40~60dB，漏点很大时可能大于70dB。 以1m的间隔沿管线的走向进行检测，则dB值读数上升后，短暂下降，又上升，之后数值会逐渐下降；当箭头改变方向的位置，说明破损点就在箭头方向改变附近位置，然后重新以更小的间隔进行前后检视，直到找到电流方向的变化点、dB读数最低的位置。此时，破损点就在A字架的中心位置。
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图2 A字架测破损点示意图
3、结论
本文针对埋地管道的外腐蚀检测，从土壤腐蚀性测试、杂散电流、阴极保护和防腐层检测四个方面进行了阐述。从目前的检测方面和评价准则来看，埋地管道的外腐蚀检测与评价仅仅是针对常规的腐蚀因素给出了相应的检测方法和评价准则，而对于非常规，如杂散电流检测方面的高压直流输电和电气化铁路干扰，其动态腐蚀参数的影响程度检测从目前来看仍有所欠缺，这就导致了在相对完善的标准体系条件下管道的安全运行依然不能保证的困境。
参考文献
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