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埋地管道防护层缺陷电位梯度检测技术研究

文档作者：巢栗苹文档来源：化学工业设备质量监督检验中心		点击数：	更新时间： 2024年06月30日
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上一篇：埋地燃气管道地铁杂散电流腐蚀的防护

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实 验 研 究 C石orros油ion&amp;amp;化Prote工ction i腐n Petr蚀ochem与i cal I防ndust护ry
2 0 0 8 ，2 5 ( 1 ) · 2 4 ·
埋地管道防护层缺陷电位梯度检测技术研究
巢栗苹
(化学工业设备质量监督检验中心，江苏南京210024)
摘要：介绍了埋地管道防护层缺陷电位梯度检测技术的工作原理及检测方法，并通过室内模拟试
验研究了缺陷大小、保护电流、管道理深等对防护层缺陷上方地表的直流电位梯度的影响。证明了地
表电位梯度检测技术能检测出缺陷位置，并能判断缺陷严重程度及性质。
关键词：埋地管道 防护层检测 电位梯度
中图分类号：TE985，8 文献标识码：B 文章编号：1007-015X(2008)01-OO24一o4
埋地管道防护层缺陷电位梯度检测技术
(Direct Current Voltage Gradient)简称DCVG，也称
直流脉冲技术。该技术是目前世界比较先进的埋
地管道防护层缺陷检测技术。在所使用的埋地管
道防护层缺陷检测技术中，DCVG是最准确的管道
防护层缺陷定位技术之一。该技术在国外已经得
到广泛应用，而在国内埋地管道防护层缺陷检测中
的研究和应用还尚处在起步阶段⋯。
1 原理及检测方法
直流电位梯度法的原理：当阴极保护电流流经
管道时，由于防护层的破损处与土壤间的电阻比防
护层完整处与土壤间的电阻要小，故流经管道破损
处的电流较大，因而在土壤中便产生了一个电位梯
度场。防护层破损面积越大，电流越大，电位梯度也
越大、越集中。而在破损点完整的位置电位梯度是
很小的。参比电极之间的极性可用来确定产生所得
电位梯度电流的方向。知道土壤中所流电流的方向
就可追踪电流的轨迹来确定缺陷的位置。DCVG通
过在管道地面上方的两个参比电极一Cu／CuSO 电
极和与电极连接的中心零位的高灵敏度毫伏表来检
测因管道防护层破损而产生的电压梯度，从而判断
管道破损点的位置和大小【2 J。在进行检测时，两个
电极沿管线方向进行检测。当接近防护层破损点时
毫伏表的指针会指向靠近破损点的电极。走过破损
点时指针会指向检测后方的电极。
管道防护层缺陷面积的大小可通过电压降的计
算获得，电压降越大，阴极保护的程度越低，因而管
道防护层破损面积越大。在实际检测过程中，由于
电压降还与破损点的深度和土壤电阻率等因素有
关，所以只能近似地表示为管道破损面积的大小。
优点：(1)只需一个人即可进行测量；(2)无需
使用拖线电缆，因此对测量者极为方便，使得测量
比较容易穿越道路、沟渠及山地；(3)可以在±75
toni范围内确定防护层缺陷，定位精度高；(4)可估
算缺陷尺寸大小、指示腐蚀是否进行，还可以检测
彼此相距很近的面积较大和较小的缺陷；(5)可以
同时对并行管道进行测试；(6)测量信号可以重叠
在一条已有的阴极保护系统上；(7)不易受管道上
方电网干扰；(8)受地貌影响小；(9)可通过电压降
判定缺陷严重程度。
由于DCVG采用了不对称信号，可以判断管
道是否有电流流入或流出，因而可以判断管道在防
护层破损点是否有腐蚀发生。这是其他管道缺陷
检测方法所不具备的特点。
但此方法也有其缺点，如：不能直接给出破损
点处的管地电位，不能指示防护层剥离。
2 实验室试验
实验仪器及器材：DJ～6型金属防蚀涂层电
火花检漏仪、水槽(长：1000 mm，宽：290 mm，深：
250 mm)、铁管( 7 mm，壁厚：2 mm，长度为950
mm)、甘汞参比电极、辅助阳极、万用表、毛细管、
ZF一3恒电位仪、导线、油漆、万能胶、支架、琼脂、
接线板和螺丝，实验所用介质(自来水，盐水和蒸
馏水)。实验装置见图1。
在实验中电位测量精度尤为重要。严格控制
水槽上方两移动参比电极间的间距和移动的精确
位置，利用毛细管来减小移动参比电极时对水面的
干扰。测量时还应排除其它直流电干扰。保证实
收稿日期：2007—04—27；收稿日期：2007—12一o4。
作者简介：巢栗苹(1978一)，女，满族，2006年毕业于中国
石油大学(北京)获硕士学位，现从事在役压力容器、压力
管道检验工作。
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第1期 巢栗苹．埋地管道防护层缺陷电位梯度检测技术研究 ·25·
验环境的稳定性也很重要。
恒电位仪 万用表
图1 实验装置示意
水槽
试验方法：
固定缺陷的尺寸、位置、性质，改变输入信号检
测泄漏信号。
固定输入信号，改变缺陷的尺寸、位置、性质，
检测泄漏信号。
2．1 缺陷大小和电位梯度的关系
管道埋深28 mm，自来水电导率：650 IXs／cm，
防护层缺陷直径与电位梯度关系见图2。
图2 防护层缺陷直径与电位梯度关系
由图2可知：在介质电导率不变、给定电流不
变和管道埋深不变的情况下，缺陷直径增大，检测
信号反而减小。在介质电导率不变和缺陷直径不
变和管道埋深不变的情况下，给定电流增大，检测
信号也随之增大。
自来水电导率：650 IXs／cm，给定电流一0．030
mA，防护层缺陷直径与电位梯度关系见图3。
由图3可见：垂直管道测量时，在介质电导率
不变、给定电流不变和管道埋深不变时，检测信号
随缺陷直径增大而减小。当介质电导率不变和给
定电流不变时，检测信号随管道埋深减小而增大。
由图2和3看出：在给定电流不变时，电位梯
度与缺陷直径成线性反比，即当缺陷直径增大时，
电位梯度减小。
图3 防护层缺陷直径与电位梯度关系
2．2 管道给定电流与电位梯度的关系
自来水电导率：650 I,t,s／cm，管道埋深为
28 rain，管道给定电流和电位梯度关系见图4。
图4 电流和电位梯度关系
蒸馏水与自来水混和液电导率：165 ixs／cm，管
道埋深为28 nl／n，管道给定电流和电位梯度的关系
见图5。
电流触
图5 电流和电位梯度关系
盐溶液电导率：3200 ixs／cm，管道埋深为
28 rain，管道给定位梯度的系见图6。
O 暑6 4 2 O 8 6 4 2 O 8 6 4 2 O
4 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1
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· 26· 石油化工腐蚀与防护 第25卷
图6 电流和电位梯度关系
由图4—6均可以看出在缺陷大小不变、深度
不变和溶液电导率不变的情况下，随检测电流的增
大，检测信号成线性增大，即随检测电流的增大，信
号变强。由于缺陷大小不变，即随缺陷处电流密度
增大，缺陷周围电场强度增大，检测信号相应增大。
这与理论公式中的电位梯度与电流密度成正比例
的变化相吻合(注：由于检测过程中所用的监测端
反接，所以在图中显示的斜率为负的直线)。
2．3 管道防护层缺陷位置的检测
对管道施加直流电流信号，利用万用表在防护层
缺陷前后位置的读数变化情况来确定防护层破损位
置。当两根电极探杖接近破损点时，可以看到电位梯
度数值会逐渐增大；当跨过这个破损点后，地电位梯
度数值则会随着远离破损点而逐渐减小，变化幅度最
大的区域即为破损点近似位置。一般破损面积越大，
电流密度越大，而形成的电压梯度也就越大。
在电导率为165 I．~s／em的蒸馏水和自来水混
合液中，管道埋深为28 rnlTl，给定电流为
一0。012 mA，测试探针位置和电位梯度的关系见
图7(ABCD分别表示防护层缺陷直径为3 mm，
5 Irun。7 Irun和9 mm)o
图7 测试探针位置和电位梯度的关系
由图7可以明确看出当测量位置接近20 em
时，电位梯度数值逐渐增大。当跨过20 em这个点
后，电位梯度数值则随着远离20 cm这个点而逐渐
减小。电位梯度变化幅度最大的区域即为破损点
近似位置。由此可以确定管道防护层在20 em处
为破损处。
2．4 管道埋深与电位梯度的关系
盐溶液电导率：9000 I．~s／em，给定电流为
一0．355 mA，管道深度与电位梯度关系见图8。
深度／era
图8 管道深度与电位梯度关系
说明随埋深的增大，地表的电场分布接近于无
缺陷时的分布。当埋深增加到一定时检测信号接
近零，因此在测量埋得更深的管道时就测不到信
号。即只能检测到距地表一定深度以内的管道防
护层缺陷。当埋深达到一定时，无论缺陷直径大小
如何，检测信号几乎相同，即接近零。
2．5 电压降(％职)的计算
根据缺陷中心和远端大地间的电位差来确定
缺陷的严重性，用电压降(％／R)值来表示严重程
度。％职越大，阴极保护水平越差 J。
％IR： x×11 O0
其中：P =vo．一
式中：％上R一破损点处百分比I 降；
一防护层缺陷位置近端与远端的电位梯
度，mV；
P 一off状态下管道对大地远端的电位漂移，
mV ；
一破损点位置处的通电电位，mV；
一破损点位置处的断电电位，mV。
管道埋深28 rnlTl，自来水电导率：650 I．~s／em
给定电流一0．030 mA，缺陷直径和电压降的关系
见图9。
由图9可以看出管道防护层缺陷面积的大小
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第1期 巢栗苹．埋地管道防护层缺陷电位梯度检测技术研究
可以通过该位置远地的电压降与信号的百分比来
给出。管道防护层破损面积越大，电压降越大，阴
极保护的程度越低。
图9 缺陷直径和电压降的关系
3 结论
(1)在给定电流不变时，电位梯度与缺陷直径
成线性反比，即：当缺陷直径增大时，电位梯度反而
减小。
(2)管道防护层缺陷部位产生极化电流，管道
的漏电负荷值越大，管道磁性变化造成的极化电流
就越大。即：电位梯度和泄漏电流(密度)呈线性
关系，电位梯度越大，泄漏电流越大。
(3)当测量位置接近缺陷点时，电位梯度数值
逐渐增大。当跨过这个点后，电位梯度数值则随着
远离这个点而逐渐减小。电位梯度变化幅度最大
的区域即为破损点近似位置。即由电位梯度相对
值的变化可以确定防护层缺陷的位置。
(4)电位梯度随管道埋深增加而减小，当埋深
达到一定深度时，这种影响变得极其微小即地表的
电场分布接近于无缺陷时的分布。
(5)管道防护层缺陷面积的大小可以通过该
位置处远地的电压降与信号的百分比来给出。管
道防护层破损面积越大，电压降越大，阴极保护的
程度越低。长距离管道检测是管道检测研究中的
热点和难点。
近年来，人们特别关注于长距离检测技术的发
展。尽管还存在着这样或那样的问题需要解决，不
开挖管道检测技术对管道进行长距离检测己经引
起人们的重视，其广阔的应用前景是不言而喻的。
而管道长距离检测技术之一的电位梯度检测技术，
必将能开拓人们的思路，随着人们对其理论研究的
不断深入、应用技术的不断完善，应用范围也会更
加广泛。
参考文献
1 秦国治，丁良棉，田志明．管道防腐蚀技术[M]．北京：化学工业
出版社，2003．277
2 周琰，靳世久，孙墨杰．埋地管道层缺陷DCVG检测技术研究及
应用[J]．管道技术与设备，2001，(5)：38
3 许代英，禹继贫．输气管线绝缘防护层缺陷检测及应用[J]．天
然气工业，2000，20(5)：98
Study on VG Detection Technologies for Defects of Under——ground Pipelines Coatings
Chao Liping
Quality Supervisory Centre Chemical Equ@,~nt( ，Jiangsu，210024)
Abstract：The working mechanisms and monitoring technique of VG detection technologies for under—ground pipeline coating
defects were introduced．Th e impact of defect sizes，protection current and burying depth of the pipelines on the direct current
voltage gradient(DCVG)of ground SUl~flce above protection coatings was studied on laboratory simulation tests．The results showed
that DCVG was efective in the detection of defects location and determination of defect severity and nature．
Keywords：buried pipeline，protection coating monitori

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