第7期
埋地管道外防腐层PCM检测技术
郭勇，邢辉斌
（钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所， 山东 青岛 266071）
[摘 要] 本文通过对PCM检测仪器工作原理、管道定位、防腐层检测方法、检测结果的处理及解释等方面的介绍，阐述了PCM技术在管道防腐层无损检测中的应用概况，可供工程应用参考。[关键词] 埋地管道；PCM；外防腐层；检测技术
在成品油输送管道或天然气输送管道中，内壁腐蚀并不严重，而管道外壁的腐蚀日益突出。敷设防腐层是最常用的管道防腐蚀方式，并在应用中取得了良好的保护效果。管道防腐层的完好程度可间接反映腐蚀的状态，为此埋地管道外防腐层的检测问题日益突出。埋地管道外防腐层检测技术大多是通过管道上方地面进行测量，由相关参数反映管道外防腐层的状态。
常用的管道防腐层检测技术有：多频管中电流法（PCM ）、皮尔逊检测法（Pearson) 、直流电位梯度法（DCVG ）及密间隔电位测试法（CIPS ）等。皮尔逊检测法（Pearson) 由美国人Pearson 提出，它是在管道施加典型值为1000H Z 的交流信号，该信号通过防腐层破损点处时会流失到大地土壤中，因而电流密度随着远离破损点而减小，在破损点的上方地表面形成了一个交流电压梯度。检测时由两名操作者手握探针，他们之间保持3～6m 的距离，将各自拾取的电压信号通过电缆送到接收装置，经滤波放大后，由指示电路显示检测结果。由于在该检测方法中以两个操作人员的人体代替接地电极，故该方法又称“人体电容法”（SL ）。直流电位梯度法（DCVG ）则是利用防腐层破损时，阴极保护电流从破损点周围流向破损处的管体，其电流密度与土壤电阻按照欧姆定律在破损点处形成电位梯度分布，利用电位梯度的异常点，可以测出防腐层破损点。密间隔电位测试（CIPS ）技术是在有阴极保护系统的管道上，测量管道的管地电位沿管道长度方向的变化（一般间隔1-5m 测量一个点）来分析判断防腐层的状况和阴极保护的有效性，通过分析管地电位沿管道的变化趋势判断管道防腐层的总体平均质量状况。本文重点介绍PCM 检测技术及其仪器设备。
PCM 检测技术利用交变电流梯度法，通过在管道和大地间施加某一频率的正弦电压，给待检测的管道发射检测信号电流，在地面上沿路由检测管道电流产生交变电磁场的强度及变化规律。通过管道上方地面的磁场强度换算出管中电流的变化，据此判断管道的支线位置或破损缺陷等。PCM 检测的基本原理是：管道的防腐层和大地之间存在着分布电容耦合效应，且防腐层本身也存在弱而稳定的导电性，信号电流在管道外防腐层完好时的传播过程中呈指数衰减规律，当管道防腐层破损后，管中电流便由破损点流入大地，管中电流会明显衰减，引发地面磁场强度的急剧减小，由此对防腐层的破损进行定位。在得到检测电流的变化情况后，根据评价模型可推算出防腐层的性能参数值Rg 。
采用这种方法不但可对防腐层的破损进行定位，推算出防腐层的性能参数值Rg ，而且可对管道路由精确定位描述，测量深度。本测试方法在很大程度上排除了大地的电性和杂散电流的干扰，具有很强的实用性。
PCM 仪器在埋地管道防腐层检测中的应用，具体操作方法为：在现场工作时先用发射机将一个检测信号输入被测管道，如图1所示。然后在地面上沿管道线路进行测量，记录该管道中各检测点流过的电流值。运行管道防腐层计算软件对检测数据进行处理，可方便地得到防腐层绝缘电阻的计算结果与对应的直观计算结果图形。软件的计算功能可以得到防腐层绝缘电阻Rg ，根据SY/T5918-94《埋地钢质管道沥青防腐层大修理技术规定》中关于防腐层老化状况等级的划分，可得到管道的防腐层准确状况。
作者简介：郭勇（1982—），男，河南新乡人，本科学历，助
理工程师，钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所技术员。
1 PCM检测原理
- 64 -
腐蚀防腐
石油和化工设备2011年第14卷
2 防腐层露点检测
采用PCM 系统可对管道防腐层漏点进行检测定位。管道的防腐层和大地之间存在着分布电容耦合效应，信号电流在管道外防腐层完好时传播过程中呈指数衰减规律，当管道防腐层破损后，管中电流便由破损点流入大地，管道中电流明显衰减，引发地面磁场强度的急剧减小，由此可对防腐层的破损位置进行定位。在检测到电流的变化情况后，装配A
型架，仪器便具备了FFL 的功能（即外皮破损点定位功能），其工作原理是皮尔松法，也叫地面电场法。
= −∂ dx ，通过测定一系列距离的电流值，可 d ln I
以求得α。用来表征管道外涂层绝缘电阻的特征参数Rg定义为：
R g = Ф：管径，m （2）G
π⋅Φ
R g =F(Ф, α) ，根据相关软件和经验公式，可以求得R g 。3.2 处理结果分析
PCM 配套的软件对处理结果进行分析，依据电流的衰减变化值，计算R g 值，通过R g ，行业标准规定管道防腐层绝缘电阻率计算等级划分如下：
级别一级（优）二级（良）三级（可）四级（差）五级（劣）
绝缘电阻率
防腐层老化状况
R g (Ω•m2) >10000基本无老化
5000-10000轻微老化，无剥离或损坏
老化较轻，基本完整，沥青发
3000-5000
脆
老化较严重，有剥离较严重吸
1000-3000
水现象
图1 加氢进料泵性能曲线图
4 检测中应注意的问题
4.1 信号回路：PCM 检测需要有发射机向管道施加
信号源，一般选取管道沿线的测试桩、阀井处和裸露在外部的金属设施等，接地极可选取沿线的牺牲阳极或者单独设置的接地极，有些土壤干燥的区域，需加水降低土壤的电阻率，也可促使接地极和土壤良好接触。
4.2 发射机提供的管道中信号电流大小依据时间情况确定，如防腐层老化严重，电流衰减快，需要加大信号的输出，否则发射信号范围短，影响检测效率。一般情况下，PCM 接收机检测到信号小于10mA 时，应更换信号输入点。
4. 3 P C M 地极一般设在距检测管线垂直方向30～50m 以外之处，除非可以确定与目标管线绝缘良好，一般不能将其他管道、金属构架作为地极使用，但可利用池塘、水沟、建筑物的接地线、避雷针地极等。
地面电场法的原理是指当管道或电缆绝缘层有破损时，给管道施加的电流信号泄漏于周围土壤中，并在地面上产生散发性的电场分布，此时用A 型架接触地面，接收机便可测量到这种电场，并能追踪到破损点的电位。
3 检测结果处理
3.1 PCM软件数据处理原理
由PCM 发射机向管道施加多个频率的电流信号，用接收机接收同频率的发射机信号。电流在沿管道传送的过程中，电流的逐渐衰减变化与管道防腐层的绝缘电阻率有关，反映电流衰减变化的关系式为：
I =I 0⋅e −αx
（1）
式中，I0：距离为0时的管道电流值，mA；x：距离，m；α：衰减系数，α=F(R,G,C,L,f) 与管道防腐层类型、管道直径、厚度、材质等有关；R：管道纵向电阻率，Ω. m；G：横向电导率，S. m -1；C：管道与大地间的分布电容，μF. m -1；L：管道的自感，mH. m -1；f：外加电流频率，Hz
将公式（1）取对数，再两边微分，得
5 结束语
PCM 检测的工程应用在很大程度上取决于技
术人员的素质和熟练程度，在实际应用中应不断总结经验，提高认识。
新建管道防腐层进行PCM 检测，对露点的检
（下转69页）
第7期 康立新 离心泵叶轮汽蚀原因分析及解决
- 69 -
顺畅；减少叶片进口边的厚度，理论上进口边越薄越好，越接近流线型，泵的抗汽蚀性能越好。（2）提高有效汽蚀余量。尽力减小吸入管道的阻力H ，如另吸入管道应尽量短直，加大管径，减少管道附件、弯管、底阀、闸阀等。（3）降低离心泵安装高度（提高吸液面位置或降低泵的安装位置），必要时采用倒灌方式。（4）采用双吸式进口和降低泵的转速，降低泵的进口速度。
（5）增加升压泵、增加储槽气相压力，降低流体温度，即减少汽化压力水头等。
不能与基于经验的传统方法并用。在叶轮设计和泵的安装过程中，应根据实际情况正确选择。同时要考虑离心泵本身性能特点，使之更符合工作环境要求，使其在高效点可靠工作。
4 结论
防止离心泵发生汽蚀的方法有很多，但通常
◆参考文献
[1] 郑梦海. 泵测实用技术[M].北京：机械工业出版社，2006. [2] 李世煌. 叶片泵的非设计工况及其优化设计[M].北京：机 械工业出版社，2005.
[3] 姜乃昌. 水泵及泵站[M].北京：中国建筑工业出版社， 1980.
[4] 毛悠仁，刘江涛. 离心泵汽蚀产生原因及防止措施[J].浙 江化工，2006，（8）.
收稿日期：2011-05-04；修回日期：2011-05-31
（上接64页）
测准确度比较高，但对旧管道检测过程中，因防腐层老化，不存在个别的露点，如果是大面积脱落，这时PCM 检测出现困难，但信号衰减严重。PCM 管道外防腐层检测会受外界干扰，如高压线、并行的管道、交叉或并行的电缆等，因此在实际检测过程会遇到一些问题，特别是在管网复杂的地段、管道之间有电连接、交互干扰严重，给实际检测带来较大困难。
◆参考文献
[1] 刘周，张鹏，彭星煜等.PCM 技术及其在兰成渝管道上 的应用[J].管道技术与设备，2009，（5）：47-54.
[2] 高天青.PCM 在地下管线探测中的应用[J].福建地质， 2005，（3）：189-192.
[3] 何仁洋，张洪泉，王力等. 埋地钢质管道外覆盖层安 全质量分级评价方法研究[J].化工设备与管道，2004， （1）：22-24.
[4] 耿铂，余越全，王健健.PCM 管道电流检测系统介绍及 应用[J].腐蚀与防护，2002，（1）： 21-23.
[5] 耿铂，余越全. 用于地下管道防护层质量检测的PCM 系 统[J].石油化工腐蚀与防护， 2001，（4）：43-45.
[6] 胡士信主编. 阴极保护工程手册[M].北京：化学工业出版 社，1999.
收稿日期：2011-03-25；修回日期：2011-06-03
（上接62页）
长翻板锈死而无法使用。从现场实践中看，放砂孔径应大于400mm 。
国外空分设备的排砂设计已发展到机械化，使用抽吸式机械设备从上到下逐层放砂，这样更加安全、环保，已成为今后扒砂作业的发展趋势。
◆参考文献
[1] 朱宏伟. 空分行业珠光砂使用安全分析[2] 王立. 空分设备冷箱扒砂操作的探讨
[3] 孙正文.10000NM3空分设备喷砂事故分析 收稿日期：2011-04-30；修回日期：2011-06-04
第7期
埋地管道外防腐层PCM检测技术
郭勇，邢辉斌
（钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所， 山东 青岛 266071）
[摘 要] 本文通过对PCM检测仪器工作原理、管道定位、防腐层检测方法、检测结果的处理及解释等方面的介绍，阐述了PCM技术在管道防腐层无损检测中的应用概况，可供工程应用参考。[关键词] 埋地管道；PCM；外防腐层；检测技术
在成品油输送管道或天然气输送管道中，内壁腐蚀并不严重，而管道外壁的腐蚀日益突出。敷设防腐层是最常用的管道防腐蚀方式，并在应用中取得了良好的保护效果。管道防腐层的完好程度可间接反映腐蚀的状态，为此埋地管道外防腐层的检测问题日益突出。埋地管道外防腐层检测技术大多是通过管道上方地面进行测量，由相关参数反映管道外防腐层的状态。
常用的管道防腐层检测技术有：多频管中电流法（PCM ）、皮尔逊检测法（Pearson) 、直流电位梯度法（DCVG ）及密间隔电位测试法（CIPS ）等。皮尔逊检测法（Pearson) 由美国人Pearson 提出，它是在管道施加典型值为1000H Z 的交流信号，该信号通过防腐层破损点处时会流失到大地土壤中，因而电流密度随着远离破损点而减小，在破损点的上方地表面形成了一个交流电压梯度。检测时由两名操作者手握探针，他们之间保持3～6m 的距离，将各自拾取的电压信号通过电缆送到接收装置，经滤波放大后，由指示电路显示检测结果。由于在该检测方法中以两个操作人员的人体代替接地电极，故该方法又称“人体电容法”（SL ）。直流电位梯度法（DCVG ）则是利用防腐层破损时，阴极保护电流从破损点周围流向破损处的管体，其电流密度与土壤电阻按照欧姆定律在破损点处形成电位梯度分布，利用电位梯度的异常点，可以测出防腐层破损点。密间隔电位测试（CIPS ）技术是在有阴极保护系统的管道上，测量管道的管地电位沿管道长度方向的变化（一般间隔1-5m 测量一个点）来分析判断防腐层的状况和阴极保护的有效性，通过分析管地电位沿管道的变化趋势判断管道防腐层的总体平均质量状况。本文重点介绍PCM 检测技术及其仪器设备。
PCM 检测技术利用交变电流梯度法，通过在管道和大地间施加某一频率的正弦电压，给待检测的管道发射检测信号电流，在地面上沿路由检测管道电流产生交变电磁场的强度及变化规律。通过管道上方地面的磁场强度换算出管中电流的变化，据此判断管道的支线位置或破损缺陷等。PCM 检测的基本原理是：管道的防腐层和大地之间存在着分布电容耦合效应，且防腐层本身也存在弱而稳定的导电性，信号电流在管道外防腐层完好时的传播过程中呈指数衰减规律，当管道防腐层破损后，管中电流便由破损点流入大地，管中电流会明显衰减，引发地面磁场强度的急剧减小，由此对防腐层的破损进行定位。在得到检测电流的变化情况后，根据评价模型可推算出防腐层的性能参数值Rg 。
采用这种方法不但可对防腐层的破损进行定位，推算出防腐层的性能参数值Rg ，而且可对管道路由精确定位描述，测量深度。本测试方法在很大程度上排除了大地的电性和杂散电流的干扰，具有很强的实用性。
PCM 仪器在埋地管道防腐层检测中的应用，具体操作方法为：在现场工作时先用发射机将一个检测信号输入被测管道，如图1所示。然后在地面上沿管道线路进行测量，记录该管道中各检测点流过的电流值。运行管道防腐层计算软件对检测数据进行处理，可方便地得到防腐层绝缘电阻的计算结果与对应的直观计算结果图形。软件的计算功能可以得到防腐层绝缘电阻Rg ，根据SY/T5918-94《埋地钢质管道沥青防腐层大修理技术规定》中关于防腐层老化状况等级的划分，可得到管道的防腐层准确状况。
作者简介：郭勇（1982—），男，河南新乡人，本科学历，助
理工程师，钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所技术员。
1 PCM检测原理
- 64 -
腐蚀防腐
石油和化工设备2011年第14卷
2 防腐层露点检测
采用PCM 系统可对管道防腐层漏点进行检测定位。管道的防腐层和大地之间存在着分布电容耦合效应，信号电流在管道外防腐层完好时传播过程中呈指数衰减规律，当管道防腐层破损后，管中电流便由破损点流入大地，管道中电流明显衰减，引发地面磁场强度的急剧减小，由此可对防腐层的破损位置进行定位。在检测到电流的变化情况后，装配A
型架，仪器便具备了FFL 的功能（即外皮破损点定位功能），其工作原理是皮尔松法，也叫地面电场法。
= −∂ dx ，通过测定一系列距离的电流值，可 d ln I
以求得α。用来表征管道外涂层绝缘电阻的特征参数Rg定义为：
R g = Ф：管径，m （2）G
π⋅Φ
R g =F(Ф, α) ，根据相关软件和经验公式，可以求得R g 。3.2 处理结果分析
PCM 配套的软件对处理结果进行分析，依据电流的衰减变化值，计算R g 值，通过R g ，行业标准规定管道防腐层绝缘电阻率计算等级划分如下：
级别一级（优）二级（良）三级（可）四级（差）五级（劣）
绝缘电阻率
防腐层老化状况
R g (Ω•m2) >10000基本无老化
5000-10000轻微老化，无剥离或损坏
老化较轻，基本完整，沥青发
3000-5000
脆
老化较严重，有剥离较严重吸
1000-3000
水现象
图1 加氢进料泵性能曲线图
4 检测中应注意的问题
4.1 信号回路：PCM 检测需要有发射机向管道施加
信号源，一般选取管道沿线的测试桩、阀井处和裸露在外部的金属设施等，接地极可选取沿线的牺牲阳极或者单独设置的接地极，有些土壤干燥的区域，需加水降低土壤的电阻率，也可促使接地极和土壤良好接触。
4.2 发射机提供的管道中信号电流大小依据时间情况确定，如防腐层老化严重，电流衰减快，需要加大信号的输出，否则发射信号范围短，影响检测效率。一般情况下，PCM 接收机检测到信号小于10mA 时，应更换信号输入点。
4. 3 P C M 地极一般设在距检测管线垂直方向30～50m 以外之处，除非可以确定与目标管线绝缘良好，一般不能将其他管道、金属构架作为地极使用，但可利用池塘、水沟、建筑物的接地线、避雷针地极等。
地面电场法的原理是指当管道或电缆绝缘层有破损时，给管道施加的电流信号泄漏于周围土壤中，并在地面上产生散发性的电场分布，此时用A 型架接触地面，接收机便可测量到这种电场，并能追踪到破损点的电位。
3 检测结果处理
3.1 PCM软件数据处理原理
由PCM 发射机向管道施加多个频率的电流信号，用接收机接收同频率的发射机信号。电流在沿管道传送的过程中，电流的逐渐衰减变化与管道防腐层的绝缘电阻率有关，反映电流衰减变化的关系式为：
I =I 0⋅e −αx
（1）
式中，I0：距离为0时的管道电流值，mA；x：距离，m；α：衰减系数，α=F(R,G,C,L,f) 与管道防腐层类型、管道直径、厚度、材质等有关；R：管道纵向电阻率，Ω. m；G：横向电导率，S. m -1；C：管道与大地间的分布电容，μF. m -1；L：管道的自感，mH. m -1；f：外加电流频率，Hz
将公式（1）取对数，再两边微分，得
5 结束语
PCM 检测的工程应用在很大程度上取决于技
术人员的素质和熟练程度，在实际应用中应不断总结经验，提高认识。
新建管道防腐层进行PCM 检测，对露点的检
（下转69页）
第7期 康立新 离心泵叶轮汽蚀原因分析及解决
- 69 -
顺畅；减少叶片进口边的厚度，理论上进口边越薄越好，越接近流线型，泵的抗汽蚀性能越好。（2）提高有效汽蚀余量。尽力减小吸入管道的阻力H ，如另吸入管道应尽量短直，加大管径，减少管道附件、弯管、底阀、闸阀等。（3）降低离心泵安装高度（提高吸液面位置或降低泵的安装位置），必要时采用倒灌方式。（4）采用双吸式进口和降低泵的转速，降低泵的进口速度。
（5）增加升压泵、增加储槽气相压力，降低流体温度，即减少汽化压力水头等。
不能与基于经验的传统方法并用。在叶轮设计和泵的安装过程中，应根据实际情况正确选择。同时要考虑离心泵本身性能特点，使之更符合工作环境要求，使其在高效点可靠工作。
4 结论
防止离心泵发生汽蚀的方法有很多，但通常
◆参考文献
[1] 郑梦海. 泵测实用技术[M].北京：机械工业出版社，2006. [2] 李世煌. 叶片泵的非设计工况及其优化设计[M].北京：机 械工业出版社，2005.
[3] 姜乃昌. 水泵及泵站[M].北京：中国建筑工业出版社， 1980.
[4] 毛悠仁，刘江涛. 离心泵汽蚀产生原因及防止措施[J].浙 江化工，2006，（8）.
收稿日期：2011-05-04；修回日期：2011-05-31
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测准确度比较高，但对旧管道检测过程中，因防腐层老化，不存在个别的露点，如果是大面积脱落，这时PCM 检测出现困难，但信号衰减严重。PCM 管道外防腐层检测会受外界干扰，如高压线、并行的管道、交叉或并行的电缆等，因此在实际检测过程会遇到一些问题，特别是在管网复杂的地段、管道之间有电连接、交互干扰严重，给实际检测带来较大困难。
◆参考文献
[1] 刘周，张鹏，彭星煜等.PCM 技术及其在兰成渝管道上 的应用[J].管道技术与设备，2009，（5）：47-54.
[2] 高天青.PCM 在地下管线探测中的应用[J].福建地质， 2005，（3）：189-192.
[3] 何仁洋，张洪泉，王力等. 埋地钢质管道外覆盖层安 全质量分级评价方法研究[J].化工设备与管道，2004， （1）：22-24.
[4] 耿铂，余越全，王健健.PCM 管道电流检测系统介绍及 应用[J].腐蚀与防护，2002，（1）： 21-23.
[5] 耿铂，余越全. 用于地下管道防护层质量检测的PCM 系 统[J].石油化工腐蚀与防护， 2001，（4）：43-45.
[6] 胡士信主编. 阴极保护工程手册[M].北京：化学工业出版 社，1999.
收稿日期：2011-03-25；修回日期：2011-06-03
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长翻板锈死而无法使用。从现场实践中看，放砂孔径应大于400mm 。
国外空分设备的排砂设计已发展到机械化，使用抽吸式机械设备从上到下逐层放砂，这样更加安全、环保，已成为今后扒砂作业的发展趋势。
◆参考文献
[1] 朱宏伟. 空分行业珠光砂使用安全分析[2] 王立. 空分设备冷箱扒砂操作的探讨
[3] 孙正文.10000NM3空分设备喷砂事故分析 收稿日期：2011-04-30；修回日期：2011-06-04