油气管道河流穿越段外防腐层检测系统改进与应用

唐 青，熊 娟，张文艳

（1中国石油西南油气田分公司 2西南石油大学石油与天然气工程学院 3中国石油西南油气田分公司输气管理处）

我国管道建设规模不断扩大，穿越河流段随之增多。管道河流穿越段主要采用防腐涂层加阴极保护的方法进行保护[1-2]。防腐涂层是保护管道免遭腐蚀的第一道防线，其保护效果直接影响着阴极保护电流的消耗[3]。现有运行管理规范规定了应定期对河流穿越管道进行检测以及检测的内容。但由于河流穿越段地理位置的特殊性，其检测方法和手段一直都是一个难点，规范并未给出具体的检测方法或手段，因而有必要对河流穿越段外防腐层的检测技术进行优化研究，以更好的应用于现场。

一、外防腐层检测系统优化

1.发射机的优化

前期发射机设计的发射电流为1 A，能够满足一般情况下的使用。但对于特深管线测试，往往面临着发射电流过小的问题，同时为了排除其他谐波及噪声的干扰，使接收机测得的信号更准确，通过开关方案和线性方案相结合的电路设计,采用三级升压设计实现发射机大功率信号输出。蓄电池的48 V直流通过升压模块，转换为300 V的直流电压，然后通过四个开关器件，在控制器的作用下，将直流电压转换为128 Hz的交流电压，经LC滤波器后对外输出作用在管道上，其拓扑结构如图1所示。相比前期，蓄电池的电压由12 V升到了48 V，提高了4倍，同时通过升压模块将电压从48 V变到了300 V，极大地提高了输出电压的等级。这两个措施，有助于提高输出电流，满足测试的需要。优化后的输气管道河流穿越段外防腐层检测系统的发射机，将交流恒流输出幅值增大0.1～10 A范围，实现了管道上大功率电磁检测信号的加载。

图1 发射机优化后的拓扑

2.磁场传感器的优化

图2 新型磁场传感器设计图

3.接收机的优化

将接收机与RTK动态实时叉分定位模块进行集成，使GPS坐标与穿越段定位、定深等检测数据融合。同时针对高精度的磁场传感器、大功率发射机改进后的数据处理要求，接收机修改信号放大、正交锁定放大部分电路设计，优化后的接收机符合河流穿越段检测系统的需求。另外对接收机的抗干扰进行了优化，将航空接头应用于传感器与接收机之间连接，提高了连线的可靠性；连接线使用屏蔽线，排除外界对磁场的干扰。优化后的输气管道河流穿越段外防腐层检测系统的接收机，与RTK动态实时叉分定位模块集成，实现GPS坐标与穿越段定位、定深等检测数据融合。

4.分析软件的优化

管道河流穿越段检测系统配套的软件，主要功能是进行数据的分析和处理，并自动形成测试报告，具体功能包括登录信息管理、初始化管道参数、现场数据入库、现场数据图形化显示、防腐层绝缘电阻率显示和帮助文档等。对检测系统的软件进行优化，依据RTK测量的地理位置坐标信息，将测试结果图形化的显示在屏幕上，更具有直观性。优化后的输气管道河流穿越段外防腐层检测数据分析软件的运行具备可靠的稳定性，通过对电流数据的分析能准确提供外防腐层质量评级，并根据坐标测试数据绘制穿越段平面图、剖面图及对应的水深。

二、现场应用

在泸威线团山站内架设油气管道河流穿越段外防腐层检测系统发射机，向管线上发射128 Hz、1 A的交流电流，在穿越段上选取三个测试点进行管道定位、定深及管内电流测量，具体测量位置见图3。

图3 测试点选取示意图

1.管道的定位、定深、破损点查找

利用管道河流穿越段外防腐层检测系统接收机和传感器分别在各个测试点进行管道位置的确定、管道埋设深度的测量和管内电流的测量，测量结果详见表1。

表1 泸威线团山站外穿越管线测试结果

2.穿越段防腐层质量评价

借助研发的数据分析软件，进行电流衰减率和防腐层等效绝缘电阻的计算，测量和计算结果详见表2。

表2 泸威线团山站外穿越管线等效绝缘电阻计算结果

3.测试结果分析

(1)仪器能实现埋深8 m水下管线的测量，已突破现有手段和仪器(RD-PCM)的限制，且综合测试结果表明，测试仪器中，传感器、发射机、接收机完全能够完成测试的功能，能应用到实际工程中。

(2)埋深测试表明，管线定深误差均小于埋深的10%，满足现场测试需求。

(3)管道上电流衰减率分别为13.7 dB/km、10.4 dB/km，均小于20 dB/km，且此段管道上的等效绝缘电阻率Rg分别为10.02 kΩ·m2、15.83 kΩ·m2，均大于10 kΩ·m2，表明此段穿越管道防腐层是无破损点、保存完整的，防腐层等级判断为优。

三、结论

(1)优化后的油气管道河流穿越段外防腐层检测系统的发射机通过采用DDS-直接数字合成技术，直接生成4 Hz或128 Hz的信号，施加到需测试的管道上，实现了管道上电磁信号的加载。

(2)优化后的油气管道河流穿越段外防腐层检测系统的接收机所采用的三联装电磁感应传感器具有高灵敏度、低噪声、宽频带的优点，配合数字正交锁相放大的信号提取处理技术，实现了水下20 m深度河流穿越管道上微弱电磁信号的接收、提取及处理。

(3)通过现场运用，开发的油气管道河流穿越段外防腐层检测仪具有管道的定位、管道的定深、管道防腐层破损点的查找、三通道信号采集显示等功能。

(4)开发的油气管道河流穿越段外防腐层检测数据分析软件的运行具备可靠的稳定性，通过对数据的分析能准确提供防腐层的运行现状，进行防腐层质量评级。