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摘 要：本文详细地论述了埋地管道防护层目前存在的缺陷及缺陷产生的原因，还主要介绍了两种对埋地管道防护层缺陷的现场检测的方法。可以通过对埋地管道防护层建立快速检测的分析系统，能够准确的判断出管道防护层缺陷的位置和防护层缺陷的形式以及防护层缺陷的严重程度。
关键词：埋地管道 防护层缺陷 现场检测的方法
引言：石油、天然气、城市用燃气和地下水管道的腐蚀与保护越来越引起人们的重视。管道防护层由于埋地时间长久而出现老化、发脆、剥离、脱落，如发生泄漏将造成不可估量的损失。目前我国地下工程有很大的進展，许多的路面建设以及电缆铺设中都会涉及到埋地管道的工程。埋地管道则要注意的是添加特定的防护层在管道外壁，用来避免管道腐蚀现象的发生。添加防护层是对埋地管道极为重要的防护措施。当使用时间较长或是管道防护层较薄时，管道防护层会产生缺陷，而管道防护层的缺陷会严重影响到埋地管道工程的安全运行。
一、埋地管道防护层缺陷的形式
当埋地管道的防护层出现问题时，会导致埋地管道无法安全的运用，存在较大的安全隐患，不利于人们的使用安全。埋地管道防护层缺陷通常有剥离和破损这两种缺陷形式。而这两种缺陷形式在检测时存在着不同的阻抗谱特征。剥离和破损都对应着其相应的检测分析图。在这两种情况的Nyquist检测图中，将会出现两个双容抗弧的时间常数。在管道防护层出现破损缺陷时，表征管道金属表面腐蚀反应的低频容抗弧要大于表征管道防护层性质的高频容抗弧。在管道防护层出现剥离缺陷时，表征管道防护层性质的高频容抗弧则要大于表征管道金属表面腐蚀反应的低频容抗弧。而在Bode图中，剥离和破损者两种防护层缺陷的幅频特性曲线的形状完全不同。在一定的频率范围内研究这两种防护层缺陷的幅频特性曲线：当频率增大时，破损缺陷的阻抗幅值下降的速度比较快；剥离缺陷的阻抗幅值下降的速度比较慢。这两种缺陷情况在恒电流瞬态响应中也有不同的反应，破损缺陷的极化慢，需要较长时间才能达到稳态，剥离缺陷的极化快，其电位的变化较快。
二、埋地管道防护层缺陷的检测原理
对埋地管道防护层缺陷的现场检测中，主要涉及如下两方面的问题：一方面是如何准确的定位防护层的缺陷；另一方面是如何快速的判断防护层缺陷的形式及程度。
1.密间隔电位（CIPS）方法的原理
利用电位的分布可以粗略地指示出缺陷位置，并且能够对管道防护层阴极保护的效果进行初步的评价，但是需要对存在的噪声进行等效电路参数的解析，使得防护层缺陷能发够准确的定位。同时利用恒电流瞬态响应阻值比的方法，可以快速的判断出防护层缺陷的形式。
2.直流电位梯度（DCVC）方法的原理
因为防护层的破损处与完整处分别与土壤间产生的电阻值不同，防护层破损处与土壤间的电阻要小于防护层完整处。此时阴极的保护电流流过管道时，由于流过管道防护层破损处的电流比较大，则会在土壤中产生一个电位梯度场。对比电极之间的极性可以确定电位梯度场中电流的方向。而已知电流的方向就可以确定缺陷的位置和大小。此方法可以判断管道防护层的破损处是否发生了腐蚀，并且可以精确的定位出防护层缺陷的位置，还可以通过电压降来判断缺陷的严重程度。但是这种方法不能将破损点处的管地电位明确地表示出来，也不能简单地判断出防护层的剥离缺陷。
三、埋地管道防护层缺陷在现场检测中所用的设备
1.在采用密间隔电位的方法检测管道防护层缺陷时，所需要的设备非常简单：一个密间隔电位的测量系统，一个CORI-GPS中断器以及一个笔记本电脑。
此处的防护层缺陷检测系统是由我国的天津大学工作人员自主研制并投入使用。使用这个仪器可以对防护层缺陷进行恒电流瞬态响应测试。而在现场检测中所用到的检测探头是由与土壤相接触的Cu/CuSO4参比电极和不锈钢辅助电极这两个电极组成。
2.在采用直流电位梯度（DCVC）的方法也可来检测管道防护层缺陷。在实验室中进行管道缺陷的检测中所需要的设备如下：DJ-6型金属防蚀涂层电火花检漏仪、已刷油漆作为防护层的铁管、甘汞参比电极、不锈钢辅助阳极、万用表、ZF-3恒电位仪、导线、接线板、水槽、毛细管、自来水。
在实验室中需要我们严格的控制电位的测量精度。必须准确的控制好水槽上方两个移动参比电极之间的间距和移动的位置。在移动两个参比电极时可以用毛细管来对减少干扰。测量时还必须确保实验环境的稳定性，所以必须避免实验中出现其它直流电的干扰。
四、对埋地管道防护层缺陷进行现场检测的方法
1.用密间隔电位测试进行防护层缺陷检测时，首先用导线将阴极保护系统中的阴极输出端与电流中断器相连接，再用电缆将CIPS测量系统与管道测试端相连。然后移动两个参比电极，记录间隔一定时间和距离时管道上方的通电和断电的电位值。最后在进行恒电流瞬态响应测试时，将仪器工作电极端与测试端相连，调整施加电流的大小，使得体系处于弱极化区，记录响应电位的数据。
2.用直流电位梯度的方法进行防护层缺陷检测时，首先在管道上加入直流电流信号，然后再利用万用表可以读出防护层缺陷前后位置的电流变化，以此可以找管道到防护层的破损位置。当检测的两根电极探头距离防护层破损点越近时，产生的电位梯度的数值会慢慢增加；而当远离这个破损点时，产生的电位梯度数值会慢慢减小。电位梯度变化幅度最大的区域即为破损点近似位置。通常破损的面积越大，电流的密度就越大，所以形成的电压梯度也就越大。
3.对埋地管道防护层体系施加阶跃电流扰动时，电位响应特征随防护层将状况不同而不同，对防护层状态进行判断多以解析电化学等效电路参数为依据，往往与实际体系的真实情况存在偏差，而且计算时间长，不利
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于现场检测，为了准确快速对现场埋地管道防护层状态进行判别，建立了相应的小波——Kohonen神经网络智能模型。 当测量埋得较深的管道时会发生无法检测到信号的现象。所以这种方法只能检测到距地表一定深度的管道防护层的缺陷。当管道防护层的破损面积增大时，电压降也会变大。
五、对埋地管道防护层缺陷现场检测的实例
根据前文可知，密间隔电位方法以及恒电流瞬态响应的方式更加适用于对埋地管道防护层的现场检测。
若现在需要对位于中原油田至济南的天然气输气管线的管道防护层进行缺陷的检测，则可利用密间隔电位和恒电流瞬态响应的方法进行现场检测。
其检测过程如下：用VB和Matlab软件建立埋地管道防护层快速检测分析系统，而此系统必须满足如下两个功能：可以进行管道防护层的缺陷定位、还可以快速的判断出管道防护层的缺陷形式及严重程度。在检测中对于管道防护层的缺陷定位时可以利用密间隔电位小波变换的方法，可以顺利的定位防护层的缺陷点位置。而对于防护层缺陷形式的判断则可以利用建立的恒电流瞬态响应阻值比小波的方法，对管道防护层的状态进行初步的判断。利用本系统对检测的数据进行进一步的分析与研究，观察检测结果是否符合管道开挖后防护层的缺陷情况。
六、结论
1.建立埋地管道防护层快速分析检测，系统包括防护层缺陷定位和防护层缺陷形式判断两部分，防护层缺陷定位利用密间隔电位（CIPS）小波变换方法，可从二次信息方便的找到缺陷点的位置，防护层缺陷形式的判断利用建立的针对恒电流瞬态响应的小波——Kohonen神经网络方法，可对管道防护层状态进行自适应判断。
2.利用CIPS和恒电流瞬态响应方法在油田输气管线对防护层进行现场检测，应用埋地管道防护层检测快速分析系统对检测数据进行分析与判断，检测判断结果与开挖情况相符，实时的现场检测与分析还待进一步研究。
七、结束语
当我们在实际生产建设中对埋地管道防护层的缺陷进行现场检测时，需要全面系统的了解不同的检测技术之间存在的差异，选择合适的检测手段来进行对管道防护层缺陷的现场检测。
参考文献：
[1]刘庆来.埋地钢质管道管中直流电位测试技术研究[D].北京工业大学.2009，12（24）：136-137
[2]高志明，宋诗哲，王守琰，陈世利，赖广森.埋地管道防护层缺陷现场检测与评价[J].中国腐蚀与防护学报.2004，12（24）：118-122
[3]李自力，尚兴彬，赵仲慧，郝红娜，席海宏，崔鹏.埋地管道防腐蚀层评价方法[J].腐蚀与防护.2012，12（24）：116-119
[4]陈世利.埋地管道防腐层缺陷检测与评价技术研究[D].天津大学.2003，12（24）：124-126
[5]建信.埋地管道防腐層技术引入我国[N].中华建筑报.2001，12（24）：104-109
[6]孙敬清.城市埋地燃气钢质管道外防腐层检测评价技术研究及检验软件开发[D].北京化工大学.2004，12（24）：132-136
关键词：埋地管道 防护层缺陷 现场检测的方法
引言：石油、天然气、城市用燃气和地下水管道的腐蚀与保护越来越引起人们的重视。管道防护层由于埋地时间长久而出现老化、发脆、剥离、脱落，如发生泄漏将造成不可估量的损失。目前我国地下工程有很大的進展，许多的路面建设以及电缆铺设中都会涉及到埋地管道的工程。埋地管道则要注意的是添加特定的防护层在管道外壁，用来避免管道腐蚀现象的发生。添加防护层是对埋地管道极为重要的防护措施。当使用时间较长或是管道防护层较薄时，管道防护层会产生缺陷，而管道防护层的缺陷会严重影响到埋地管道工程的安全运行。
一、埋地管道防护层缺陷的形式
当埋地管道的防护层出现问题时，会导致埋地管道无法安全的运用，存在较大的安全隐患，不利于人们的使用安全。埋地管道防护层缺陷通常有剥离和破损这两种缺陷形式。而这两种缺陷形式在检测时存在着不同的阻抗谱特征。剥离和破损都对应着其相应的检测分析图。在这两种情况的Nyquist检测图中，将会出现两个双容抗弧的时间常数。在管道防护层出现破损缺陷时，表征管道金属表面腐蚀反应的低频容抗弧要大于表征管道防护层性质的高频容抗弧。在管道防护层出现剥离缺陷时，表征管道防护层性质的高频容抗弧则要大于表征管道金属表面腐蚀反应的低频容抗弧。而在Bode图中，剥离和破损者两种防护层缺陷的幅频特性曲线的形状完全不同。在一定的频率范围内研究这两种防护层缺陷的幅频特性曲线：当频率增大时，破损缺陷的阻抗幅值下降的速度比较快；剥离缺陷的阻抗幅值下降的速度比较慢。这两种缺陷情况在恒电流瞬态响应中也有不同的反应，破损缺陷的极化慢，需要较长时间才能达到稳态，剥离缺陷的极化快，其电位的变化较快。
二、埋地管道防护层缺陷的检测原理
对埋地管道防护层缺陷的现场检测中，主要涉及如下两方面的问题：一方面是如何准确的定位防护层的缺陷；另一方面是如何快速的判断防护层缺陷的形式及程度。
1.密间隔电位（CIPS）方法的原理
利用电位的分布可以粗略地指示出缺陷位置，并且能够对管道防护层阴极保护的效果进行初步的评价，但是需要对存在的噪声进行等效电路参数的解析，使得防护层缺陷能发够准确的定位。同时利用恒电流瞬态响应阻值比的方法，可以快速的判断出防护层缺陷的形式。
2.直流电位梯度（DCVC）方法的原理
因为防护层的破损处与完整处分别与土壤间产生的电阻值不同，防护层破损处与土壤间的电阻要小于防护层完整处。此时阴极的保护电流流过管道时，由于流过管道防护层破损处的电流比较大，则会在土壤中产生一个电位梯度场。对比电极之间的极性可以确定电位梯度场中电流的方向。而已知电流的方向就可以确定缺陷的位置和大小。此方法可以判断管道防护层的破损处是否发生了腐蚀，并且可以精确的定位出防护层缺陷的位置，还可以通过电压降来判断缺陷的严重程度。但是这种方法不能将破损点处的管地电位明确地表示出来，也不能简单地判断出防护层的剥离缺陷。
三、埋地管道防护层缺陷在现场检测中所用的设备
1.在采用密间隔电位的方法检测管道防护层缺陷时，所需要的设备非常简单：一个密间隔电位的测量系统，一个CORI-GPS中断器以及一个笔记本电脑。
此处的防护层缺陷检测系统是由我国的天津大学工作人员自主研制并投入使用。使用这个仪器可以对防护层缺陷进行恒电流瞬态响应测试。而在现场检测中所用到的检测探头是由与土壤相接触的Cu/CuSO4参比电极和不锈钢辅助电极这两个电极组成。
2.在采用直流电位梯度（DCVC）的方法也可来检测管道防护层缺陷。在实验室中进行管道缺陷的检测中所需要的设备如下：DJ-6型金属防蚀涂层电火花检漏仪、已刷油漆作为防护层的铁管、甘汞参比电极、不锈钢辅助阳极、万用表、ZF-3恒电位仪、导线、接线板、水槽、毛细管、自来水。
在实验室中需要我们严格的控制电位的测量精度。必须准确的控制好水槽上方两个移动参比电极之间的间距和移动的位置。在移动两个参比电极时可以用毛细管来对减少干扰。测量时还必须确保实验环境的稳定性，所以必须避免实验中出现其它直流电的干扰。
四、对埋地管道防护层缺陷进行现场检测的方法
1.用密间隔电位测试进行防护层缺陷检测时，首先用导线将阴极保护系统中的阴极输出端与电流中断器相连接，再用电缆将CIPS测量系统与管道测试端相连。然后移动两个参比电极，记录间隔一定时间和距离时管道上方的通电和断电的电位值。最后在进行恒电流瞬态响应测试时，将仪器工作电极端与测试端相连，调整施加电流的大小，使得体系处于弱极化区，记录响应电位的数据。
2.用直流电位梯度的方法进行防护层缺陷检测时，首先在管道上加入直流电流信号，然后再利用万用表可以读出防护层缺陷前后位置的电流变化，以此可以找管道到防护层的破损位置。当检测的两根电极探头距离防护层破损点越近时，产生的电位梯度的数值会慢慢增加；而当远离这个破损点时，产生的电位梯度数值会慢慢减小。电位梯度变化幅度最大的区域即为破损点近似位置。通常破损的面积越大，电流的密度就越大，所以形成的电压梯度也就越大。
3.对埋地管道防护层体系施加阶跃电流扰动时，电位响应特征随防护层将状况不同而不同，对防护层状态进行判断多以解析电化学等效电路参数为依据，往往与实际体系的真实情况存在偏差，而且计算时间长，不利
（下转第页）
（上接第页）
于现场检测，为了准确快速对现场埋地管道防护层状态进行判别，建立了相应的小波——Kohonen神经网络智能模型。 当测量埋得较深的管道时会发生无法检测到信号的现象。所以这种方法只能检测到距地表一定深度的管道防护层的缺陷。当管道防护层的破损面积增大时，电压降也会变大。
五、对埋地管道防护层缺陷现场检测的实例
根据前文可知，密间隔电位方法以及恒电流瞬态响应的方式更加适用于对埋地管道防护层的现场检测。
若现在需要对位于中原油田至济南的天然气输气管线的管道防护层进行缺陷的检测，则可利用密间隔电位和恒电流瞬态响应的方法进行现场检测。
其检测过程如下：用VB和Matlab软件建立埋地管道防护层快速检测分析系统，而此系统必须满足如下两个功能：可以进行管道防护层的缺陷定位、还可以快速的判断出管道防护层的缺陷形式及严重程度。在检测中对于管道防护层的缺陷定位时可以利用密间隔电位小波变换的方法，可以顺利的定位防护层的缺陷点位置。而对于防护层缺陷形式的判断则可以利用建立的恒电流瞬态响应阻值比小波的方法，对管道防护层的状态进行初步的判断。利用本系统对检测的数据进行进一步的分析与研究，观察检测结果是否符合管道开挖后防护层的缺陷情况。
六、结论
1.建立埋地管道防护层快速分析检测，系统包括防护层缺陷定位和防护层缺陷形式判断两部分，防护层缺陷定位利用密间隔电位（CIPS）小波变换方法，可从二次信息方便的找到缺陷点的位置，防护层缺陷形式的判断利用建立的针对恒电流瞬态响应的小波——Kohonen神经网络方法，可对管道防护层状态进行自适应判断。
2.利用CIPS和恒电流瞬态响应方法在油田输气管线对防护层进行现场检测，应用埋地管道防护层检测快速分析系统对检测数据进行分析与判断，检测判断结果与开挖情况相符，实时的现场检测与分析还待进一步研究。
七、结束语
当我们在实际生产建设中对埋地管道防护层的缺陷进行现场检测时，需要全面系统的了解不同的检测技术之间存在的差异，选择合适的检测手段来进行对管道防护层缺陷的现场检测。
参考文献：
[1]刘庆来.埋地钢质管道管中直流电位测试技术研究[D].北京工业大学.2009，12（24）：136-137
[2]高志明，宋诗哲，王守琰，陈世利，赖广森.埋地管道防护层缺陷现场检测与评价[J].中国腐蚀与防护学报.2004，12（24）：118-122
[3]李自力，尚兴彬，赵仲慧，郝红娜，席海宏，崔鹏.埋地管道防腐蚀层评价方法[J].腐蚀与防护.2012，12（24）：116-119
[4]陈世利.埋地管道防腐层缺陷检测与评价技术研究[D].天津大学.2003，12（24）：124-126
[5]建信.埋地管道防腐層技术引入我国[N].中华建筑报.2001，12（24）：104-109
[6]孙敬清.城市埋地燃气钢质管道外防腐层检测评价技术研究及检验软件开发[D].北京化工大学.2004，12（24）：132-136