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摘要：根据多年检测地下管道外防腐层的实践经验，系统地论述了地下管道外防腐层检测前沿的几种理论方法。通过对这些理论方法和检测技术的分析，以期能对我国油气等埋地管网腐蚀评价的技术规范制定、实际管道腐蚀检测的实施、埋地管网腐蚀评价起到指导和借鉴作用。
关键词：外防腐层直接检测和评价
1埋地钢管的腐蚀类型
①管道内腐蚀
这类腐蚀影响因素相对来说比较单一，主要受所输送介质和其中杂质的物理化学特性的影响，所发生的腐蚀也主要以电化学腐蚀为主。例如：如果所运输的天然气的湿度和含硫较高时，管道内就容易发生电化学腐蚀。对于这类腐蚀的机理研究比较成熟，管道内腐蚀所造成的结果也基本上可预知，因此处理方法也规范。比如通过除湿和脱硫，或增加缓蚀剂就可消除或减缓内腐蝕的发生。近年来随着管道业主对管道运行管理的加强以及对输送介质的严格要求，内腐蚀在很大程度上得到了控制。目前国内外长输油气管道腐蚀控制主要发展方向是在外防腐方面，因而管道检测也重点针对因外腐蚀造成的涂层缺陷及管道缺陷。
②管道外腐蚀
管道外腐蚀的原因包括外防腐层的外力破损，外防腐层的质量缺陷，钢管的质量缺陷，管道埋设的土壤环境腐蚀。
③管道的应力腐蚀破裂
管道在拉应力和特定的腐蚀环境下产生的低应力脆性破裂现象称为应力腐蚀破裂它不仅能影响到管道内腐蚀，也能影响到管道外腐蚀。这些应力腐蚀为近中性应力腐蚀，是由于聚乙烯外防护层剥离和管道与水分接触造成的。
2埋地钢管的防腐措施
目前管道的腐蚀防护采用了双重措施，即外防腐层和阴极保护。外防腐层是第一道屏障，对埋地钢管腐蚀起到约95%以上的防护作用，一旦发生局部破损或剥离，就必须保证阴极保护）电流的畅通，达到防护效果。随着防腐涂层性能的降低，CP的作用会逐渐增加，但是无论如何发挥CP的作用，它都不可能替代防腐涂层对管道的保护作用。而且使用CP应注意它的负作用，CP仅在极化电位-（0.85～1.17）V这样一个很窄的电位带上起作用，一旦电位超出这个范围，就会造成阳极溶解或引起应力腐蚀破裂。
3外防腐层破损的直接检测和评价
外防腐层破损直接检测和评价技术是在对埋地钢管不开挖的前提下，采用专用设备和检测方法在地面非接触性地对外防腐层破损缺陷定位，从而对管道的腐蚀状况和管道运行的安全风险进行评估。国外对这个领域的研究比较早，已经制定了相应的技术规范，从而形成了比较完善的知识体系，因此具有很强的可操作性。
国内实施管道外防腐层检测技术始于20世纪80年代中期，随着改革开放，国外的检测设备大量引进。但是对于其理论方法和技术规范鲜有论述，致使引进的先进设备并没有发挥应有的效能。笔者认为对理论方法和技术规范的消化引进更重要，它是我们引进设备的基础，也是再创新的基础。但这些标准只涉及到了防腐层施工和埋设前的质量保证，对埋地管道外防腐层破损直接检测和评价技术没有详细规定，而这方面却又是生产运行中急需解决的问题。
3.1外防腐层破损直接检测和评价的步骤
按照国际防腐蚀工程师协会（NACE）标准RP0502—2002的要求，ECDA的总体技术要求是对于腐蚀已经发生、正在发生和将要发生的敏感管段能做出预测。在实际应用时，为达到此目标，要进行如下4个操作步骤。
①预评价
收集敏感管道的历史资料及管道特征，并对这些资料进行评估。在所搜集的管道资料的基础上，制定ECDA的可行性方案，按相似条件的管段划分不同的区域，在这些区域内采用的检测仪器要相同，以保证结果的可比性。
②非接触测量
采用2种或2种以上的地面外防腐层破损检测技术，用以检测管道的腐蚀行为和查找外防腐层的破损点。系统地分析以上方法所取得的数据，得出高风险区域的开挖修复的准确信息。
③直接开挖验证
选定开挖的现场，实际识别出破损点，并决定是修复还是更换管道。
④后评价
对ECDA的以上3个步骤做出总结，建立起评价模型，以便指导将来的管道安全维护。
3.2外防腐层破损的检测方法
3.2.1交流电流法
交流电流法在国际上通常被称为皮尔逊检测法。其基本原理是：当用一个信号发射机把特定频率的交流信号通过导线施加在金属管道上时，这种特定频率的交流信号就会沿管道向前传播，并在无穷远处与发射机的地线形成回路。如果管道的外防腐层完好，由于管道电阻的原因，管道中交流信号是沿程均匀衰减的；如果管道的外防腐层有破损或绝缘不好，在外防腐层破损点便会有电流泄漏入土壤中，这样如果沿程测量管道中的电流信号，在破损点附近，就会有一个管中电流的陡降；同时在管道破损点和土壤之间也会形成电压差，且在接近破损点的部位电压差最大，用仪器在埋设管道的地面上可检测到这种电流或电位异常，即可发现管道外防腐层破损点。
基于以上原理，不同的厂家开发出各具特色的产品，这些产品的区别主要在于采用的信号频率不同和接收天线数目和布局不同。
3.2.2直流电压法
外防腐层破损检测和管道腐蚀状态评价的另一个前沿研究领域就是直流电压梯度法（DCVG），其特点是利用现有的阴极保护直流信号或临时向管道施加直流信号，然后在防腐层破损点检测到管对地极化电压的异常，从而确定破损点和破损程度。而采用密间隔电位法（CIPS）全面测量，有助于评估管道整体阴极保护的情况。这两种技术的结合（DCVG+CIPS）代表了这一领域的发展方向，也符合国际防腐蚀工程师协会（NACE）标准RP0502—2002的基本要求。
①密间隔电位测量法
密间隔电位法CIPS主要用于测定CP系统的效果，间接反映防腐涂层状况。CIPS法沿管道以间隔1.0～1.5m采集数据，绘制连续的开/关管地电位曲线图，反映管道全线阴极保护电位情况。当防腐层某处存在缺陷时，该处电流密度增大，使保护电位正向偏移，当这种偏移达到一定数量，在地表就可检测到，当电位（铜/硫酸铜参比电极）低于-850mV时，管道就会发生腐蚀。
CIPS法不能检出涂层破损的准确位置，实际上是一种管地电位检测技术并非涂层缺陷检测技术，涂层状况是通过电位分析获得的，因此通常要与DCVG配合使用。用CIPS判定CP不足或过保护具有独到之处。
②直流电压梯度法
直流电压梯度法（DCVG）是由JohnMulvaney在澳大利亚首先提出，最初应用在通信电缆外护套破损的确定，而后广泛地应用在埋地钢管外防腐层破损的直接检测和评价领域，至今已经有逾30a历史。其基本原理是当把一个直流信号（比如阴极保护信号）施加到带防腐层的管道上，就能在管道的防腐层破损点裸露的管体和大地之间，由于土壤的电阻作用，建立起电压梯度，即土壤的电压降ΔU。依据土壤的电压降占管道对地电压的百分比来计算涂层缺陷的大小和破损点的严重程度，越靠近管道的破损点电压的梯度越大，流失的电流也越大。其判断标准为：小破损点：（0～15%）ΔU；中破损点：（16%一35%）ΔU；大破损点：（36%～100%）ΔU。
依据此原理，直流电压梯度法使用高灵敏度的电压表头在管道防腐层破损点上方的地面上测量两个铜/硫酸铜半电池电极的电位差。如果在一个电压降之内两个电极有一段距离（1～2m），一个半电池电位比另一个电位要高，这样就可以确定电位梯度的大小和电流的方向。
现在国际上最前沿的技术是把直流电压梯度法和密间隔电位测量法结合起来使用，即DCVG+CIPS技术。一旦对选定的管道作一系列这样的检测，就能够对破损点的严重程度和整个管道的腐蚀状况作一个评估。
4结论
只有对所有的检测方法有了清晰系统的认识，才能结合实际选择合适的方法或者方法组合。
关键词：外防腐层直接检测和评价
1埋地钢管的腐蚀类型
①管道内腐蚀
这类腐蚀影响因素相对来说比较单一，主要受所输送介质和其中杂质的物理化学特性的影响，所发生的腐蚀也主要以电化学腐蚀为主。例如：如果所运输的天然气的湿度和含硫较高时，管道内就容易发生电化学腐蚀。对于这类腐蚀的机理研究比较成熟，管道内腐蚀所造成的结果也基本上可预知，因此处理方法也规范。比如通过除湿和脱硫，或增加缓蚀剂就可消除或减缓内腐蝕的发生。近年来随着管道业主对管道运行管理的加强以及对输送介质的严格要求，内腐蚀在很大程度上得到了控制。目前国内外长输油气管道腐蚀控制主要发展方向是在外防腐方面，因而管道检测也重点针对因外腐蚀造成的涂层缺陷及管道缺陷。
②管道外腐蚀
管道外腐蚀的原因包括外防腐层的外力破损，外防腐层的质量缺陷，钢管的质量缺陷，管道埋设的土壤环境腐蚀。
③管道的应力腐蚀破裂
管道在拉应力和特定的腐蚀环境下产生的低应力脆性破裂现象称为应力腐蚀破裂它不仅能影响到管道内腐蚀，也能影响到管道外腐蚀。这些应力腐蚀为近中性应力腐蚀，是由于聚乙烯外防护层剥离和管道与水分接触造成的。
2埋地钢管的防腐措施
目前管道的腐蚀防护采用了双重措施，即外防腐层和阴极保护。外防腐层是第一道屏障，对埋地钢管腐蚀起到约95%以上的防护作用，一旦发生局部破损或剥离，就必须保证阴极保护）电流的畅通，达到防护效果。随着防腐涂层性能的降低，CP的作用会逐渐增加，但是无论如何发挥CP的作用，它都不可能替代防腐涂层对管道的保护作用。而且使用CP应注意它的负作用，CP仅在极化电位-（0.85～1.17）V这样一个很窄的电位带上起作用，一旦电位超出这个范围，就会造成阳极溶解或引起应力腐蚀破裂。
3外防腐层破损的直接检测和评价
外防腐层破损直接检测和评价技术是在对埋地钢管不开挖的前提下，采用专用设备和检测方法在地面非接触性地对外防腐层破损缺陷定位，从而对管道的腐蚀状况和管道运行的安全风险进行评估。国外对这个领域的研究比较早，已经制定了相应的技术规范，从而形成了比较完善的知识体系，因此具有很强的可操作性。
国内实施管道外防腐层检测技术始于20世纪80年代中期，随着改革开放，国外的检测设备大量引进。但是对于其理论方法和技术规范鲜有论述，致使引进的先进设备并没有发挥应有的效能。笔者认为对理论方法和技术规范的消化引进更重要，它是我们引进设备的基础，也是再创新的基础。但这些标准只涉及到了防腐层施工和埋设前的质量保证，对埋地管道外防腐层破损直接检测和评价技术没有详细规定，而这方面却又是生产运行中急需解决的问题。
3.1外防腐层破损直接检测和评价的步骤
按照国际防腐蚀工程师协会（NACE）标准RP0502—2002的要求，ECDA的总体技术要求是对于腐蚀已经发生、正在发生和将要发生的敏感管段能做出预测。在实际应用时，为达到此目标，要进行如下4个操作步骤。
①预评价
收集敏感管道的历史资料及管道特征，并对这些资料进行评估。在所搜集的管道资料的基础上，制定ECDA的可行性方案，按相似条件的管段划分不同的区域，在这些区域内采用的检测仪器要相同，以保证结果的可比性。
②非接触测量
采用2种或2种以上的地面外防腐层破损检测技术，用以检测管道的腐蚀行为和查找外防腐层的破损点。系统地分析以上方法所取得的数据，得出高风险区域的开挖修复的准确信息。
③直接开挖验证
选定开挖的现场，实际识别出破损点，并决定是修复还是更换管道。
④后评价
对ECDA的以上3个步骤做出总结，建立起评价模型，以便指导将来的管道安全维护。
3.2外防腐层破损的检测方法
3.2.1交流电流法
交流电流法在国际上通常被称为皮尔逊检测法。其基本原理是：当用一个信号发射机把特定频率的交流信号通过导线施加在金属管道上时，这种特定频率的交流信号就会沿管道向前传播，并在无穷远处与发射机的地线形成回路。如果管道的外防腐层完好，由于管道电阻的原因，管道中交流信号是沿程均匀衰减的；如果管道的外防腐层有破损或绝缘不好，在外防腐层破损点便会有电流泄漏入土壤中，这样如果沿程测量管道中的电流信号，在破损点附近，就会有一个管中电流的陡降；同时在管道破损点和土壤之间也会形成电压差，且在接近破损点的部位电压差最大，用仪器在埋设管道的地面上可检测到这种电流或电位异常，即可发现管道外防腐层破损点。
基于以上原理，不同的厂家开发出各具特色的产品，这些产品的区别主要在于采用的信号频率不同和接收天线数目和布局不同。
3.2.2直流电压法
外防腐层破损检测和管道腐蚀状态评价的另一个前沿研究领域就是直流电压梯度法（DCVG），其特点是利用现有的阴极保护直流信号或临时向管道施加直流信号，然后在防腐层破损点检测到管对地极化电压的异常，从而确定破损点和破损程度。而采用密间隔电位法（CIPS）全面测量，有助于评估管道整体阴极保护的情况。这两种技术的结合（DCVG+CIPS）代表了这一领域的发展方向，也符合国际防腐蚀工程师协会（NACE）标准RP0502—2002的基本要求。
①密间隔电位测量法
密间隔电位法CIPS主要用于测定CP系统的效果，间接反映防腐涂层状况。CIPS法沿管道以间隔1.0～1.5m采集数据，绘制连续的开/关管地电位曲线图，反映管道全线阴极保护电位情况。当防腐层某处存在缺陷时，该处电流密度增大，使保护电位正向偏移，当这种偏移达到一定数量，在地表就可检测到，当电位（铜/硫酸铜参比电极）低于-850mV时，管道就会发生腐蚀。
CIPS法不能检出涂层破损的准确位置，实际上是一种管地电位检测技术并非涂层缺陷检测技术，涂层状况是通过电位分析获得的，因此通常要与DCVG配合使用。用CIPS判定CP不足或过保护具有独到之处。
②直流电压梯度法
直流电压梯度法（DCVG）是由JohnMulvaney在澳大利亚首先提出，最初应用在通信电缆外护套破损的确定，而后广泛地应用在埋地钢管外防腐层破损的直接检测和评价领域，至今已经有逾30a历史。其基本原理是当把一个直流信号（比如阴极保护信号）施加到带防腐层的管道上，就能在管道的防腐层破损点裸露的管体和大地之间，由于土壤的电阻作用，建立起电压梯度，即土壤的电压降ΔU。依据土壤的电压降占管道对地电压的百分比来计算涂层缺陷的大小和破损点的严重程度，越靠近管道的破损点电压的梯度越大，流失的电流也越大。其判断标准为：小破损点：（0～15%）ΔU；中破损点：（16%一35%）ΔU；大破损点：（36%～100%）ΔU。
依据此原理，直流电压梯度法使用高灵敏度的电压表头在管道防腐层破损点上方的地面上测量两个铜/硫酸铜半电池电极的电位差。如果在一个电压降之内两个电极有一段距离（1～2m），一个半电池电位比另一个电位要高，这样就可以确定电位梯度的大小和电流的方向。
现在国际上最前沿的技术是把直流电压梯度法和密间隔电位测量法结合起来使用，即DCVG+CIPS技术。一旦对选定的管道作一系列这样的检测，就能够对破损点的严重程度和整个管道的腐蚀状况作一个评估。
4结论
只有对所有的检测方法有了清晰系统的认识，才能结合实际选择合适的方法或者方法组合。