DCVG技术方法及应用

天津嘉信技术工程公司腐蚀与防护检测技术培训资料埋地钢质管道外防腐层破损检测DCVG技术及应用天津市嘉信技术工程公司林守江一、引言自从上世纪80年代初，世界范围内开展了有关管道防腐方法及检测技术的研究，开发出了很多管道腐蚀与防护的检测方法、技术及设备。其中，昀为有效的是直流电位梯度（DirectCurrentVoltageGradient，DCVG）法。该仪器及检测技术具有昀为准确、检测项目全面等优点，在国外得到了广泛的应用。英国DCVoltageGradientTechnology&SupplyLtd公司开发的DCVG设备昀初用于英国国内（UK）的军用检测方面，只需另配上直流供电电源就可以检测埋地管道防腐层的情况。该仪器是根据澳大利亚发明家JohnMulvaney的研究成果开发出来的，主要包含两个部分：电流断流器和测量仪。DCVG公司具有近30年的仪器设计、制造、使用、数据分析等方面的丰富经验，有数千台检测仪在世界范围内应用，更重要的是几千处应用DCVG仪器的防腐层腐蚀的工程案例。因此，供应的DCVG设备，不仅能够向用户提供优秀的DCVG检测手段，并能够进行电位梯度检测的专业知识和应用指导。图1.英国DCVoltageGradientTechnology&Supply公司DCVG检测仪二、DCVG方法技术原理当阴极保护电流（CP）加载到管道上时，通过管道防腐层破损和土壤构成的电位梯度，相应的就在管道上方的地面建立了地面电场分布。越接近破损点的部位，电位梯度就越大，管道上方地面的电流密度就越大。一般来说，裸露面积越大，其附近的电流密度越大，地面的电位梯度也就越大。1天津嘉信技术工程公司腐蚀与防护检测技术培训资料作为地面电场法的检测技术，DCVG测量方法是在保护站的阴极保护仪上串接一个断流器，使CP电流以一定的时间周期进行通断，其通/断时间通过GPS同步技术进行校正，确保与检测接收机严格同步。检测时在管道路由的上方，通过测量地面上的电位梯度与土壤中的电流方向来确定缺陷的位置和形态。接收机也带有GPS同步系统，测量时一个电极探头在管线正上方，另一个探头在管道的一测，两探头相隔1米左右，沿管线的走向每间隔1米测量一组数据，根据测量结果可准确定位缺陷位置和级别。图2.地面电场检测方法原理图DCVG检测仪的接收机实际上是一个高灵敏的毫伏表，测量插入地表的两个Cu/CuSO4电极在地表水平的电压梯度平衡时的输出值。如果两个电极相距大于半米，其中一个极的电位就会比另一个高，进而建立起管道上方地面上的电流方向及两极之间的电位梯度（电压）。为了消除管道自身、大地电流及其他CP系统等的电干扰，DCVG方法为了更好解释和区分检测的其它直流电源，在直流电位梯度技术中，加到管线上的是非对称的直流信号。如以0.45秒通、0.8秒断的速率循环通断管道上的阴极保护电流。在检测过程的操作方法上，是在管道阴极保护整流器上（T/R）的阴极端，串联接入一个特殊的断流器来控制阴保电流的通断。在无阴保设施的管道上应用DCVG方法时，可以使用蓄电池、便携式直流发电机配合临时地床，把直流电信号加在测试桩上。在检测过程中，操作员沿管道以1-2米的检测间隔，用探杖（电极）沿管线路由方向进行交替前移测量。两电极相距1m到2m。当接近漏点时，毫伏表开始对漏点出现响应，表针的偏转指向漏点方向。随着探杖接近破损点，信号偏转幅度加大；当操作员继续前行而远离破损点时，指针不仅出现反向偏转，而且幅度随着远离破损点而逐渐变小。图3.断流器使用示意图2天津嘉信技术工程公司腐蚀与防护检测技术培训资料返回复测，仔细移动两个探长的位置追踪漏点，可以找到毫伏表指针偏转为零的位置，这就是在防腐层破损点正上方的位置，此时破损点就位于两个探杖的正中间。在实际测量过程中，不仅要沿管道走向在地面插入电极探杖，而且要在垂直方向再重复这样的测量步骤，以保证测量是在管道正上方进行的和验证漏点定位的准确性。DCVG检测防腐层破损的技术具有很高的灵敏度，可以发现地下两米深管道上只有手指甲盖大小的破损点。只要操作方法得当，对漏点定位的误差通常可以控制在15cm范围以内。测量时，如果毫伏表指针出现偏转后，在一定距离内不出现反向偏转的现象，则说明管道防腐层上有相邻的更大漏点存在，或是这个防腐层破损是一段连续的形态。图4.DCVG检测过程示意图三、DCVG技术的应用经过国内外大量的实际检测工程的应用，已经充分证实了该技术的可靠性和实用性。广泛应用管道外腐蚀直接评价方法（ECDA）规范（NACESP0502-2008）中，DCVG技术作为重点推荐的间接检测工具和方法。通过现场测量，可以用来对管道破损情况进行详细检测和解释。其主要用途和优点是：¾进行精确的外防腐层破损点定位，具有更高的灵敏度和准确性。¾估计防护层破损点的严重程度（计算%IR），为维修工作提供依据。¾判断管体是否已经和将要腐蚀（管道腐蚀活性点）。¾确定防护层上已经存在的破损形态。¾配合CIPS检测实现管道腐蚀与防护的全面检测，完成ECDA评价。¾具有良好的抗环境干扰能力，不受周围伴行管道的影响。DCVG作为防腐层检测的主流设备，具有其他检测仪器方法不具备的功能就是可以测量出防腐层破损的形态以及评估防腐层破损的严重程度（%IR，等效面积），还可以通过测量管道阴极保护电流在不同状态下的流入流出方式（破损点的阴极/阳极倾向）来检测管道管体的金属腐蚀活性，以判断管体的金属在当前的保护电流下是否正在发生腐蚀，决定不同防腐层破损点的维修紧迫程度和推荐出不同的处理方法。这些功能是其他检测方法无法比拟的。也正是DCVG技术的这些优越性，决定了尽管该方法存在着检测难度偏大，方法应用相对复杂的缺点，仍然作为ECDA评价规范首选检测方法的原因。3天津嘉信技术工程公司腐蚀与防护检测技术培训资料（1）．破损严重程度的估算：应用DCVG检测进行防腐层破损严重程度的计算方法，不同的DCVG仪器往往因为仪器的功能设置差异而采用不同的描述方法。但他们在检测和计算原理上是完全一致的。应用英国DCVG在检测过程，要应用下面的公式计算每一个防腐层破损的%IR降：%100DCVGDCVG%IR⋅=信号振幅地点的计算破损处的管道对远信号振幅值破损中心点对远点的降即：100/OL/RE×REPIR＝％（1）OL/RE是管道上破损中心点相对于远地点的电位差，是由检测信号泄露导致的信号振幅累加取得的。这里所说的振幅是指DCVG表头在阴保通/断状态下表头指针昀小到昀大指示之差，而不是某一时刻表头具体测量出的两个测量电极之间的电位差值。这一点是DCVG初用者经常搞混的，当然，读取表头的指示数值一定要根据此时的仪表量程设置来读取。管道对远地点（P/RE）信号摆幅应按此公式计算（见图5）：图5%IR的测量及计算方法示意图管线对远地点电位（P/RE）=)()(12211ddSSdxS−−−（2）这里：S1=测试桩1处对远地点的DCVG信号摆幅S2=测试桩2处对远地点的DCVG信号摆幅d1=测试桩1的距离测量（在检测昀开始时此值为0）d2=测试桩2的距离dx=从测试桩1到防腐层破损点的距离值该计算方法要配合破损点前后的两个测试桩来进行，测试桩所测量的是管道上当前阴极保护电流的信号强度，在应用公式（2）计算破损点处管线对远地点的电位。这是基于管线上保护电流在没有破损时是线性衰减的假设。应用该测量及计算方法时要注意：4天津嘉信技术工程公司腐蚀与防护检测技术培训资料—两个测试桩间的距离（d2-d1）应尽可能保持较小（不要大于2公里）。—上述是线性公式，适用于一条管道上有很少的防腐层破损。如果一条管道上有多处防腐层破损，那么应该使用指数公式来计算管线对远地点的数值。—要使用阴保通/断电位之间的差值来计算破损的严重程度。这一点常常在DCVG说明中混淆，仪器的操作者往往也在这个问题上感到困惑。而加拿大的DCVG检测仪计算%IR值时，可以不通过测试桩的测量结果，直接测量和计算出%IR的数值。具体计算方法的描述是：管道阴极保护的一般原理是利用土壤的电流流向防腐层的破损点，所以电位的组成包括两个部分，其一是从大地上的远极点流向管道与土壤接触带的电压降称作VS；另一部分是从土壤接触部位到管体上的电压降称作VI，总的电压降为：VT=VI+VS。通常，VT与阴极保护系统所加的电压有关。%100VSVIVSIR%×+=(3)其中：VI=土壤与管道接触界面的电压降，通常称为管地电位。也就是实际的管道与土壤之间的电压降。VS=管道防腐层破损点上方的土壤电位与无穷远土壤电位之差VI是非常重要的，因为它是实际加压后能够用于管道保护的那部分电压。VS是克服土壤电阻的电压降，它对阴极保护不起作用。所以，对一个有效的阴极保护系统来说，VI应该比较大，VS应该较小。如果VI可以测量的话，阴极保护的有效程度可以通过VI大小来估计。然而在实际情况当中，VI是不容易确定的。反而VS却容易确定，由于VS和VI按相反的程度变化，所以VI的增大就意味着VS的相应减少。比较有效的表述VS的方法是用其与所加电压电位降的百分比。换句话说，IR就是损失为VS的那部分电压在VT中的所占百分比。VT越小，通常IR越大，预示着破损面积越大，根据这一原理，来估测破损大小和严重性。VS是破损测量点土壤电压相对于远地点的电位差，它由毫伏表配合饱和硫酸铜电池电极（CSE）来测量。通过测量相邻两点的电位，距离和破损点位置，可以计算VT值的大小。VT的计算公式如下（参照下图6）。)21(1VVXDXVVT−−=(4)其中，V1和V2是在测点1和测点2分别测出的ON/OFF电位之差。图6.DCVG计算方法示意图5天津嘉信技术工程公司腐蚀与防护检测技术培训资料示例：估算管道防腐层破损的%IR测点1的电位是1000mv，测点2为300mv，破损点距测点1为400m，破损点距测点2为600m，即在1000m内电压降了700mv，电极电位VS（管道上方与远地点之间的电位差）为130mv。VT=1000-(1000-300)×(400/1000)=1000-280=720mv%IR=VS/VT=130/720=18.1%根据工程经验，通常一个埋深1m的管道上的10cm2裸露，可造成约6%的信号%IR衰减值。但这是一种数量上的粗略判断，判断时必须要考虑管道埋深、土壤类型等方面的因素。参考ECDA标准可以认为18.1%IR对应的破损面积很大，应在一年内修复。（2）．判断防护层破损点处的管体是否发生了腐蚀从原理上讲，由于DCVG技术施加的信号是不对称的，不论是否施加了CP电流保护，都可以判断出地下电流是否流向管道。换句话说，无论在有无阴极保护电流作用的情况下，都可以通过判断裸露到土壤的管体是否成为了阳极，即是否正在发生氧化反应而导致管体发生金属的蚀失，来判断防护层破损点处的管体是否已经发生了腐蚀。这也是DCVG技术的另一个优越之处。需要指出的是，这种腐蚀判断是一种定性的分析，而不是定量的测量。所以，当某个部位被发现“成为”了阳极，这个管段就应当首先开挖查看并作及时修复处理。当DCVG检测到破损点后进行管体腐蚀活性检测时，要将管道上的阴保整流器调节到日常所施加的CP信号的大小，即：如果通常管道对土壤的电压是1000mV，那么，DC信号幅度就调到这个值。这是因为进行DCVG检测时，更强的DC信号电流有利于防腐层漏点的检测，当管道上日常施加的保护电流幅度很小时，仪器的说明书常常推荐检测人员临时加大保护电流的幅度，以取得足够的检测DC信号强度。但在检测腐蚀活性这一过程中，就要将阴保整流器调整到原来不做检测时的工作状态，以判断在通常情况下工作，管道上管体发生的真实腐蚀状况。在多数情况下，当保护电流关闭之后破损点可以从管线上其他的DC源得到一定的保护电流。但是，如果一旦关闭整流器，该点立刻变成阳极电位，则说明该处管道并未收到有效的阴极保护，管体正处于腐蚀状态情况是很危险的，应该马上安排开挖维修。判断管道是否在破损点腐蚀的具体方法如下：将一个电极放在破损点上，另一个电极远离之。观看毫伏表指针摆动情况。通常会出现两种情况的摆动