石油和天然氣已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中非常最重要的能源,長輸管道作為石油天然氣最理想、最經(jīng)濟(jì)的運輸方式,已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，然而管道腐蝕既影響了管道的使用壽命，也是誘發(fā)安全事故的一大因素。油氣管道因腐蝕泄漏引發(fā)的重大安全事故（爆炸）時有發(fā)生，給人們的生命財產(chǎn)安全造成重大威脅。金屬管道外防腐檢測工作也越來越來受到相關(guān)部門的重視，尤其是石油、天然氣管道的外防腐層檢測工作正在全國部分城市開展。長輸石油、天然氣管道不可避免地要穿越山川、河流、村莊等復(fù)雜環(huán)境,管道上方工廠、工地占壓越來越嚴(yán)重，這就為我們的腐蝕檢測工作增加了難度，造成了大量的人力、財力的浪費，甚至給檢測人員造成人身傷害。隨著科技的進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，為我們探索新的檢測工藝提供了技術(shù)保障，將傳統(tǒng)的PCM檢測工藝與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，形成一種智能的實時檢測預(yù)警系統(tǒng)。
 

　　金屬管道腐蝕的危害
 

　　金屬腐蝕的危害是巨大的，既有安全與環(huán)境方面的危害，也有經(jīng)濟(jì)方面的危害。就安全與環(huán)境方面的危害而言，腐蝕會引發(fā)事故，造成意外傷害，如化工廠的貯酸槽穿孔泄漏，造成重大環(huán)境污染，液氨貯 罐爆炸，造成人員傷亡，管道和設(shè)備跑、冒、滴、漏，破壞生產(chǎn)環(huán)境等。燃?xì)夤艿酪蚋g泄漏引發(fā)的重大安全事故也很多，一次次用鮮血換來的教訓(xùn)，時刻警醒我們要認(rèn)真做好金屬管道的外防腐檢測工作。
 

　　經(jīng)濟(jì)方面的危害，據(jù)國內(nèi)外的資料統(tǒng)計顯示，金屬腐蝕的年損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水災(zāi)、火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震 （平均值）損失的總和，這還不包括由于停工減產(chǎn)、火災(zāi)爆炸等造成的間接損失。比如， 發(fā)電廠一合鍋爐管子腐蝕損壞，其價值不大，但引起一大片工廠停工，由此事故帶來的損失要大得多。另外，非金屬腐蝕損失還沒有詳細(xì)調(diào)查，由于混凝土、木材、塑料等用量龐大，腐蝕帶來的損失之大也是驚人的。材料腐蝕遍及所有的經(jīng)濟(jì)和生活領(lǐng)域，由于腐蝕主要是材料與化學(xué)介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所引起的，所以，對于大量使用和生產(chǎn)強(qiáng)腐蝕性化學(xué)產(chǎn)品的化學(xué)工業(yè)企業(yè)來說，其危害就更大了。因此，克服腐蝕帶來的危害也是廣大科技工作者的迫切任務(wù)。
 

　　傳統(tǒng)的PCM檢測方法
 

　　目前國內(nèi)外普遍采用電磁法對外防腐層老化情況進(jìn)行檢測評價，原理上大體可以分為電壓梯度法和電流梯度法兩種。多頻管中電流法就是其中的一種，該方法是通過發(fā)射機(jī)向目標(biāo)管道供入檢測信號，經(jīng)地面沿管道不同點測量電流值，通過專用軟件推算出防腐層絕緣特性參數(shù)，同時確定防腐層破損點并對防腐層老化狀況作出評價。
 

　　管道外防腐層絕緣性能檢測
 

　　PCM發(fā)射機(jī)施加在管道中的電流強(qiáng)度隨離發(fā)射機(jī)的距離增加而衰減，其衰減程度取決于管道材質(zhì)及防腐層的情況。當(dāng)管線的防腐層出現(xiàn)破損或薄弱時，檢測信號電流在此處會因流入大地有額外的損耗而出現(xiàn)梯度衰減。利用多頻管道中電流法能夠解決這一問題，在不同情況下，選擇相應(yīng)的測量方法（單頻法、雙頻法或三頻法），利用地面沿管道檢測到的相應(yīng)測點的電流計算出來的防腐層絕緣特性參數(shù)Rg，結(jié)合試驗及有關(guān)技術(shù)規(guī)范，評價防腐層老化狀況，可定量給出管道防腐層的老化級別。使用埋地管道防腐檢測軟件進(jìn)行防腐層的絕緣電阻計算，對檢測管道的防腐層評定狀況級別，如表1外防腐層老化級別評價表所示。
 

　　防腐層缺陷檢測
 

　　對防腐層缺陷檢測，采用PCM管道電流測繪儀配合“A”型架進(jìn)行精確定位。首先用PCM管道電流測繪儀的發(fā)射機(jī)對管道施加低頻電流信號，用PCM管道電流測繪儀接收機(jī)的“FF”功能配合“A”型架進(jìn)行破損點的定位。當(dāng)電流施加到埋地鋼質(zhì)管道上時，在其周圍會產(chǎn)生一正比于該電流的交變電磁場。當(dāng)管線的防腐層出現(xiàn)破損時，檢測信號電流會在破損點上因流入大地有額外的損耗，形成地面電場，電流讀數(shù)會突然跌落，出現(xiàn)較大的梯度變化，說明出現(xiàn)管道故障：防腐層破損或與其它金屬管線搭接。此時應(yīng)加密測量點，為進(jìn)一步確定破損點所在管道的具體部位，需要借助地面電場法（泊松法）來實現(xiàn)。

　　工作時，沿管道方向逐步檢測，將“A”型架的地極插入土壤中進(jìn)行讀數(shù)，PCM接收機(jī)將自動調(diào)節(jié)信號水平，計算電流方向和分貝（dB）讀數(shù)。PCM接收機(jī)面板上的電流方向即指示破損點的方向。若PCM接收機(jī)面板上的電流方向在第一個位置是向前的；而第二個位置PCM接收機(jī)面板上的電流方向是向后的，在排除分支和管線搭接的情況后，說明在這兩個位置之間存在破損點。以更小的間隔進(jìn)行檢測，直到找到電流方向的變化點、分貝（dB）讀數(shù)最低的位置。此時可以肯定破損點就在“A”型架的中間位置，便可進(jìn)行破損點的精確定位工作。
 

　　腐蝕預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與架構(gòu)
 

　　系統(tǒng)設(shè)計思路

　　該系統(tǒng)的設(shè)計思想就是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將傳統(tǒng)的外防腐檢測工藝變成一種智能化（具體實例，在應(yīng)用上的優(yōu)勢）的、常態(tài)化的監(jiān)測手段，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的成熟化，為智能化監(jiān)測手段提供了可靠的技術(shù)保障。我們可以將目標(biāo)管道按照等距分布（比如10m）的方式，在管道上設(shè)置監(jiān)測點,如圖1管道監(jiān)測點分布圖所示。在管道上添加一個信號發(fā)射裝置，對目標(biāo)施測管道發(fā)射信號；在監(jiān)測點設(shè)置傳感器，采集檢測相關(guān)數(shù)據(jù)，通過無線傳輸?shù)姆绞剑巡杉臄?shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)工作平臺，根據(jù)監(jiān)測點的電流信號和監(jiān)測點的位置信息，生成一個檢測數(shù)據(jù)庫，如表2金屬管道外防腐層檢測電流數(shù)據(jù)庫所示，其他相關(guān)數(shù)據(jù)如管體縱向電阻等也可以通過相應(yīng)的傳感器獲取；經(jīng)過相關(guān)軟件的數(shù)據(jù)分析，推算出防腐層的老化等級，輸出管道外防腐層檢測評價報告，最終評定管道的外防腐層狀況。此外，還可以通過在應(yīng)用層增加一些輔助功能，給提供用戶目標(biāo)管道的相關(guān)屬性信息，比如空間位置、對地埋深、與其他相鄰管線的空間關(guān)系等；如果一旦防腐層老化嚴(yán)重甚至出現(xiàn)破損泄漏的位置，系統(tǒng)還可以幫助用戶做出應(yīng)急決策處理，比如分析泄漏點控制閥門的位置。通過這種智能化的監(jiān)測手段，能夠?qū)崿F(xiàn)對管道的常態(tài)化實時檢測，保證管道的正常運行，延長使用壽命，一旦出現(xiàn)預(yù)警提示，可以快速做出反應(yīng)，避免或者減小損失。

　　系統(tǒng)架構(gòu)

　　管道物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)包括3個層次，感知層、傳輸層和應(yīng)用層，如圖2系統(tǒng)架構(gòu)圖所示。

　　感知層由各種類型的傳感器以及傳感網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，可實時獲得目標(biāo)檢測管道的各種相關(guān)信息，包括空間位置、尺寸規(guī)格、檢測電流、泄露點位置等信息。在新建管道以及老舊管道更新改造時，應(yīng)逐步使用預(yù)先嵌入傳感器的管道，使管道具有類似人類的“神經(jīng)系統(tǒng)”，為智慧管網(wǎng)的推進(jìn)奠定基礎(chǔ)。
 

　　傳輸層則主要通過有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、無線射頻識別RFID等通訊手段，將感知層獲得的數(shù)據(jù)由現(xiàn)場實時傳輸?shù)礁邔哟蔚膯卧鬏攲又饕ü饫w網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、路由器、防火墻、服務(wù)器等。
 

　　應(yīng)用層是腐蝕檢測預(yù)警系統(tǒng)功能的集中體現(xiàn)，包含檢測電流采集入庫、外防腐等級評估、外防腐評估報告的輸出、泄漏點的位置顯示、管道輔助規(guī)劃設(shè)計CAD 系統(tǒng)、腐蝕預(yù)警應(yīng)急指揮系統(tǒng)等。
 

　　借助于CAD設(shè)計系統(tǒng)生成目標(biāo)管道上任意一點的縱橫斷面分析圖，可以直觀地確定管線在地下的空間位置，標(biāo)示出管線的斷面尺寸、材料、高程、管線間的間距等屬性，正確反映管線與建筑物之間、管線與管線之間的空間關(guān)系。
 

　　在應(yīng)急指揮系統(tǒng)部分，應(yīng)該著重設(shè)計腐蝕預(yù)警點、破損點與就近閥門的拓?fù)潢P(guān)系，以便于緊急關(guān)閉周圍的各種閥門，避免發(fā)生事故和減小損失。

　　結(jié)束語
 

　　通過系統(tǒng)對金屬管道外防腐層的實時監(jiān)測評估，可以使用戶對管道及時進(jìn)行維護(hù)，這直接關(guān)系到管道的使用壽命以及安全隱患；檢測工作的復(fù)雜性以及復(fù)雜的管道埋設(shè)環(huán)境，致使檢測周期比較長，這也造成了檢測的不全面，經(jīng)常存在顧此失彼的現(xiàn)象；檢測中也存在人為因素，導(dǎo)致檢測結(jié)果的不準(zhǔn)確，會遺留下很大的安全隱患。借助現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，這種智能化的監(jiān)測系統(tǒng)，既可以減少人為因素造成的損失，減小勞動強(qiáng)度，也可以提高檢測效率，縮短檢測周期，降低檢測成本。
 

　　實時監(jiān)測系統(tǒng)對于管道主管部門的作用也是尤為重要的，可以隨時掌握管道的運行狀況，一旦發(fā)生事故，主管部門可以全面掌握事故發(fā)生地點的相關(guān)信息，對事故救援工作做出正確的決策，減少損失。希望通過大家共同努力，早日實現(xiàn)對地下管道的智能化檢測。

責(zé)任編輯：劉娟

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