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管内阴极保护检测：一切都与电流有关从监管角度来看，近年来管道外腐蚀控制领域已经经历了巨大的变化。然而，在该领域中，却没有太多的辅助监测腐蚀控制措施有效性的新技术。但是，最近随着管内检测装置（ILI）的引入，这种情况发生了改变，ILI是测量管道上阴极保护电流流动的一项技术。A.W.Peabody在他的经典著作《管道腐蚀控制》中讲到：“当流入到管道上的电流大小合适，它将抑制所有的腐蚀电流从管道上阳极区域流出，同时还会有静电流在管道表面的这些区域上。然后，管道表面都是阴极，从而得到保护。”[1]阴极保护电流测量装置是一种在线检测工具，它用于测量由阴极保护电流积累和流动产生的管壁电压降。通过欧姆定律，将电压转化为电流，并将结果用图表的方式呈现。下面我们了解一下这项新技术的优点和其在近期管道检测中的案例。多年以来，直流电流在金属腐蚀中起到的作用已经有清楚的认识了。一般都认为，腐蚀发生在阳极区域，在阳极区域，电流从管道流出。同样的，直流电流在阴极保护中的作用在1823年就已经被清楚的定义了，当时，SirHunphreyDavy第一次为英国海军的铜壳船只安装了阴极保护系统。正如前面所述，Peabody指出，当金属完整的时候使其接收一定的电流可以有效的阻止腐蚀的发生。在管道上施加保护电流方面，腐蚀专家们已经积累了很多经验。电镀阳极和外加电流已经被应用了很多年。事实上，如何证明整个管道都接收到了电流才是技术的难点。目前，许多已经开发出了许多测量保护电流的技术。这些技术可以分为两类：（1）沿管道方向测量阴保电流；（2）测量从管道流入土壤的阴保电流。沿管道的阴保电流：一些技术被用于测量管道上的阴保电流。主要包括：*在管道关键位置的阀门和法兰上安装带有电流测量装置的绝缘体，从而判断管道上电流的方向和大小（如图1所示）。图1IR降测量站：有时又称之为电流梯度或者四线测试站，在管道建设过程中安装用于测量管道上的电流。这种是典型的利用外部电流源进行校准，计算出一个类似与分流系数的校正因子（如图2所示）。图2根据作者的经验，这些现场的电流测量能够得出一些有价值的数据，但是它们只能反映当前管道的上的电流情况。目前，还没有足够的管道电流测量数据来给出足够的、详细的关于沿整条管道的电流信息。CP土壤电流：该方法通常利用两个参比电极，常被称之为净保护电流测量技术。一个技术员携带一直参比电极在管道上方沿管道行走，另一个参比电极放置在管道一侧，离管道几英尺的距离。每隔一段时间，记录一次用于阴保电流在管道上方流动而产生的两个参比电极之间的电压降，这样做的目的是证明电流是流入管道，而不是流出管道。这非常类似与DCVG测量。这个方法用一定的优点，但是它很难在复杂管网地区获得有用的数据。它也是利用土壤这一CP电路，间接的、常规的测量方法。这项技术测量得到的土壤中所有的电流，而不仅仅是目标管道的电流。传统检测方法多年以来，传统的CP监测是依靠管地电压。根据这一监测方法，可以得出沿管道方向的比线电流测量更多的点的CP参数。测量得到的电压能够很好的反映电流对管道的影响。当测量管道电压时，技术员间接测量出来由于在管地界面流动的电流带来的变化。利用传统方法进行数据采集具有以下困难：*通行权问题（乡村，城市、工厂内）*导电表面（路面）*拥挤的通行权*水道*严重的交流和直流土壤电流（IR降，其他的或第三方的阴保电流，交通系统、电力系统并行区域）*防腐层之间的距离（防腐涂层完好管线）或管道/土壤界面。*时间-劳动密集型调查。管地电位的主要问题是一种解释，但还有很多其他的外部因素能够影响电位的测量。毫无疑问，只要我们能够获得钢质管道的真正电位，电位是评估防护水平的有效方法。此外，在所有需要的地点都测量得到有效的管地电位是有困难的。考虑利用三种方法在一段10英里（16公里）的管道上进行防护水平的评估：（1）传统测试点电位调查；（2）密间隔电位调查；（3）利用新型的ILI装置进行的管内电流测量。传统测试点调查：利用传统的测试点电位监测方法，一个典型的管道阴极保护系统调查通常需要12个测试点，每个测试点之间相隔大约1英里（1.6公里）。这种监测方法能够给我们一个腐蚀减缓措施效果的简单情况。由于这些测试点之间的间距较大，防护水平需要进行一定的假设。这些测试点通常情况下设置起来比较方便，但极少情况下这些点正好能够代表整个防护水平。当进行解释时，还必须考虑到土壤中的IR降。密间隔电位调查：为获得更多的详细数据，可以采用密间隔电位调查。在密间隔电位调查中，如果每3英尺（0.9米）测量一个数值，如果管道100%都能靠近测量，就可以大约得到17600个数据。这将给出一个更完整的管道保护情况。但是，它依旧需要以下假设，同时，在所有的点上，调查人员必须能正好在管道的正上方。这些调查需要大量的、好的预先计划，同时仍考虑IR降。没办法靠近管道正上方的点通常跳过，从而使数据之间留下了许多空白（如图3所示）。图3图4新的ILI电流测量装置：使用新的ILI电流测量技术，如图4所示，这个装置被安装在一个发射器中，并在管线开始的位置放入管道，当管道内介质推动发射器在管道内运动时电压降数据就被连续记录下来。电压降数据每间隔0,04英寸（1mm）记录一次，从而得到总数超过1500万个点的数据，除去没有通行权权或其他障碍物阻挡不能接近管道顶部的位置。在管道端部，取出装置，并将数据下载下来进行分析。在分析过程中，电压数据是被转化为电流（如图5所示），同时向管道运营方提供详细的检测报告。不像管地电位调查，这是一种真正的密间隔调查，同时检测数据没有受外部复杂土壤环境的影响而导致的错误数据。只有目标管线上的积累和流动的电流数据被测量了。因此，这不需要IR降修正、阻碍、土地所有人通告，担心外部电流源干扰或者并行区域的混合电位的影响。图5除了给运营方一个更完整准确的没有间断数据的调查外，在评价CP系统方面，使用在线检测装置还有其他的优势：*无论管道位置或状态，都可获得近100%的管道内检测数据；*成本效益——人力资源稀缺、昂贵。完成整个调查的时间从几周缩短至几天，或者从几天缩短为几个小时；*更好地利用资源，人员有更多的时间专注于解决问题，花费在收集数据上的时间减少。*减少HSE安全风险。*在一次检测中完成三个数据的收集:1)CP电流,2)内部测绘；3)尺寸测量。*与其他ILI数据和GIS系统的无缝集成。*准确和可重复。*没有土地所有者授权问题。*CP系统关闭——不需要设置间隔，并保持同步。*测量最稳定的CP回路——外界影响最小化。*损害发生之前就能定位容易腐蚀区域。与之前的技术相比，CP电流测量技术使管道运营商更全面了解CP系统。收集的在线电流测量数据可以显示以下内容：*定位并得出每一个电流源；*测量出每个电流源的覆盖范围；*电流源之间的平衡位置；*短路的套管；*显著的交流电流区域；*简单的基于测量而不是电流密度的防腐层质量报告；*没有得到保护电流区域。检测案例（1）8英寸的NGL管道2009年初，在一条105公里长的8英寸（219mm）的NGL管道上进行了阴极电流测量。这条管道是建造与上世纪60年代，管道材质为X42钢，管道壁厚4.7mm，涂层采用的是煤焦油涂层，还有其他几条管道与该管道并行。此次检测的目的是评价阴极保护系统的保护效果。电流源：此次ILI电流测量共识别和测量出了5个整流器，整流器共输出了45.94安培的电流用于保护管道。同时，此次调查还识别出来两个之前不知道的电流源，这两个电流源是管道运营方增加的，共输出了4.27安培的电流用于管道保护。异常：整体上，电流沿管道方向是均匀的。但是，在两个区域准则电流密度过低，需要密切监测。电流较弱区域的长度是54960英尺（16752m），这个歌区域的电流异常是由于之前一组不知道的阀门短接造成。短路/搭接：此次ILI电流测量共识别和测量出了5出短路和搭接情况，其中有三处是管道运营方不知道的。其中一处消弱电流管道的保护水平。交流电流：在一段9842英尺（3000m）长的区域，检测出了明显的交流电流，在该区域发现交流电流明显增大，之后又逐渐恢复到正常水平。通过对比管线图纸发现在该区域内的高空架设的高压输电线与交流电流的急剧增长有一定的关系。随后，交流电流恢复到正常水平，与这个区域内直流电流密度增加正好吻合。这表明这个区域防腐层可能存在缺陷，交流电流可能在这个区域流入了土壤，这还需要现场测试进行确认。套管：该条管道共有26处套管。在套管与管道之间没有发现电流流动。因此，可以确定再管道与套管之间不存在短路的情况。对运营方的益处：这条上世纪60年代建造的煤焦油防腐涂层管道的电流密度超过了0.0649mA/ft2(0.0698mA/m2)。这与在其他运行时间和防腐层情况相近的管道上利用阴极保护电流测量工具检测的结果相近。此次检测识别出了几处之前不知道的搭接、电流源和防腐层损坏区域，这些区域在最近的密间隔电位调查中均未被发现。（2）20英寸海底原油管道2009年，在墨西哥湾一处112英里（180公里）长，管径20英寸（508毫米），管道壁厚12.7mm的管道原油管道上进行了管内电流测量。这条管线时上世纪70年代建造的，采用的是锌牺牲阳极提供阴极保护。由于牺牲阳极已经接近了其使用寿命，在2008年，投入了数百万美元完成了牺牲阳极改造工程。此次管内电流测量的目的就是为了证明设计假设合理，确保安装的牺牲阳极运行正常，同时确定阴极保护系统全面覆盖了该管线。电流源：此次检测定位和检测出了53处牺牲阳极中的47处是安预期工作的，总的输出电流是31.4安培。其他的6处牺牲阳极没有其作用。另外一处额外电流源被识别出来了，测量结果显示该处的输出电流为0.24安培。该额外的电流源使管道处于一个更高的阴极保护水平。到目前，这六处没有正常工作的牺牲阳极已经被检测员验证，并进行了整改。短路：在此次检测中，共定位和测量出了6处短路的情况。6处短路均位于海底管道的连接处，6处短路共消耗了4安培的保护电流。异常：受其他电流源的影响，有11个区域总计21000英尺（6400m）长的管道存在异常。大约占管道总长4%的管道没有被保护电流保护。大部分电流为0的区域都是由于与其他管道短路引起的。对运营方的益处：这条上世纪70年代建造的煤焦油防腐涂层管道的电流密度超过了0.012mA/ft2(0.129mA/m2)。这次检查为运营方提供了未达到预期要求的阴极保护系统的运行参数。通过识别没有正常工作的牺牲阳极，可以在腐蚀发生之前对其进行维修。识别出了短路区域，这使运营方能够提前计划在该区域增加额外的阳极材料，从而克服短路的影响。结论管内阴极保护电流测量能够为运营方提供应急保护系统的运行参数，这是用常规方法无法实现的。与其他可用的技术相比，它能提供更为详细的沿管道的阴极保护电流数据。这些数据能够确定之前可能很多年都没有发现的有价值的阴极保护系统异常情况，它也是对整条管线进行阴极保护电流测量最可靠的方法。