CN113373449A - 一种埋地钢质管道防腐层破损点预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种埋地钢质管道防腐层破损点预测方法，其包括如下步骤：S1，采用GPS同步断电法测量管道沿线测试桩的通电电位与断电电位；S2，使用Matlab软件最小二乘法拟合测试桩断电电位关于通电电位与阴极保护系统输出电流的二次曲面方程；S3，运用拟合方程，输入阴极保护系统输出电流与测试桩某月通电电位数据，预测管道沿线测试桩断电电位值；S4，计算管道沿线测试桩与前后测试桩的断电电位最大差值，取绝对值；S5，判断某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值所处大小范围。本发明便捷简单，可长期使用，运用管道测试桩易采集的通电电位数据即可预测管道防腐层破损点情况，以降低管道外检测过程中人力、物力和时间成本。

Description

一种埋地钢质管道防腐层破损点预测方法

技术领域

本发明属于金属材料表面检测技术领域，特别涉及一种埋地钢质管道防腐层破损点预测方法。

背景技术

目前埋地钢质管道外防腐措施通常为管道外表面涂敷防腐涂层，并施加外加电流阴极保护。防腐涂层是保护埋地钢质管道免遭外界腐蚀的重要防线之一，其保护效果直接影响外加电流阴极保护的工作效率。但管道敷设环境中，土壤属于一种电解质，常含有水分、可溶性盐以及微生物等，随着管道运营时间的推移，管道运行过程中防腐涂层会受到不同程度的腐蚀，进而影响管道阴极保护效果，甚至造成严重安全事故，危及社会人员生命安全。因此有必要对管道防腐层破损情况进行检测，若发现防腐层严重腐蚀破损点，需立即开挖维修，避免管道发生腐蚀穿孔。

目前的管道防腐层缺陷检测常用方法有，管中电流-电压法、人体电容检测法、交流电流衰减法、变频-选频法、直流电压梯度测试法等，虽然检测结果准确性较高，但因其测量程序复杂，影响因素多，对人员的经验与技术水平要求较高等原因，管道防腐层检测间隔时间较长，因检测方法不同间隔时间不同，大致半年或一年检测一次，在检测以外时间段无法及时了解管道防腐层破损情况，易错过防腐层最佳维修时间，易造成管道腐蚀。上述方法也只是检测，需对管道全线进行不间断检测，工作量较大，无破损点管段检测也会造成不必要的经济浪费。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种便捷简单，可长期使用，运用管道测试桩易采集的通电电位数据即可预测管道防腐层破损点情况的方法。

本发明采用下述的技术方案：

S1、采用GPS同步断电法测量管道沿线测试桩的通电电位与断电电位；

S2、使用Matlab软件最小二乘法拟合测试桩断电电位关于通电电位与阴极保护系统输出电流的二次曲面方程；

S3、运用拟合方程，输入阴极保护系统输出电流与测试桩某月通电电位数据，预测管道沿线测试桩断电电位值；

S4、计算管道沿线测试桩与前后测试桩的断电电位最大差值，取绝对值；

S5、判断某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值所处大小范围；

计算判断步骤S4和S5的结果，若某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值在40～120mv范围内，则该测试桩与断电电位差值最大一侧测试桩之间可能存在1个三类破损点；若某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值在120～200mv范围内，则该测试桩与断电电位差值最大一侧测试桩之间可能存在2～3个三类破损点，或1个二类破损点；若某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值在200mv以上，则该测试桩与断电电位差值最大一侧测试桩之间可能存在3个或以上三类破损点，或1～2个二类破损点，或1个一类破损点。

在步骤S1中，管道两端阴极保护电源的输出线上串联GPS同步通断器，GPS同步通断器控制阴极保护电流，对被检测管道的恒电位仪设置“通12秒，断3秒”的周期性通、断；在管道线路上，使用万用表与便携式参比电极进行测试，在通断周期15s内，读取两个参数即通电电位和断电电位，在通12s内万用表读数基本稳定在一个数值即得到通电电位，在断3s内发生断电瞬间万用表显示第一个数值即断电电位。

在步骤S4中，管道起始测试桩只计算该测试桩与下一测试桩断电电位差值；管道末尾测试桩只计算该测试桩与上一测试桩断电电位差值。

管道防腐层缺陷严重程度标准是根据(SY/T 0087.1-2018)《钢质管道及储罐腐蚀评价标准埋地钢质管道外腐蚀直接评价》，结合PCM交流电位梯度法外防腐层破损点检测结果，对防腐层破损点处进行最终确认，一般分为3类：

一类点：存在多个相邻“重”等级的点；两组以上间接检测和评价均为“重”等级的点；同时存在“重”“中”等级的点，结合历史和经验判断有可能出现严重腐蚀的点；无法判断腐蚀活性严重程度的点，或初次开展ECDA评价时，检测结果不能检测的点，或不同间接检测方法有差异的点；

二类点：孤立并未被列入一类“重”等级的点；只存在“中”等级点的集中区域，并且以往有腐蚀事故记录的点；

三类点：间接检测判断为“轻”等级；未列入一类、二类的点。

本发明的有益效果是：

本发明的预测方法，采用GPS同步断电法测量管道沿线测试桩的通电电位与断电电位，并使用Matlab软件最小二乘法拟合测试桩断电电位关于通电电位与输出电流的二次曲面方程，减小拟合得到的公式断电电位计算值与实际值的方差，提高拟合精度，运用拟合方程，计算管道沿线测试桩断电电位值、管道沿线某测试桩与前后测试桩的断电电位最大差值，根据最大差值所处范围，预测管段间防腐层破损情况。后续若需持续了解管道防腐层破损变化情况，可将管道沿线测试桩监测得到的通电电位数据代入拟合方程，重复上述步骤即可。本发明操作简单，运用管道测试桩易采集的通电电位数据即可预测管道防腐层破损点情况，工作量大大减少，从而低管道外检测过程中人力、物力和时间成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1为本发明的GPS同步断电法测量管道沿线测试桩的通电电位与断电电位示意图；

图2为本发明实施例中的防腐层破损点预测与外检测结果对比；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，所述埋地钢质管道防腐层破损点预测方法，包括如下步骤：

S1、采用GPS同步断电法测量管道沿线测试桩的通电电位与断电电位；

S2、使用Matlab软件最小二乘法拟合测试桩断电电位关于通电电位与阴极保护系统输出电流的二次曲面方程；

S3、运用拟合方程，输入阴极保护系统输出电流与测试桩某月通电电位数据，预测管道沿线测试桩断电电位值；

S4、计算管道沿线测试桩与前后测试桩的断电电位最大差值，取绝对值；

S5、判断某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值所处大小范围；

计算判断步骤S4和S5的结果，若某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值在40～120mv范围内，则该测试桩与断电电位差值最大一侧测试桩之间可能存在1个三类破损点；若某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值在120～200mv范围内，则该测试桩与断电电位差值最大一侧测试桩之间可能存在2～3个三类破损点，或1个二类破损点；若某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值在200mv以上，则该测试桩与断电电位差值最大一侧测试桩之间可能存在3个或以上三类破损点，或1～2个二类破损点，或1个一类破损点。

实施例中贵天然气输送管道某段

首先准备两台GPS同步通断器串联在阴极保护电源的输出线上，并在管道线路上，使用万用表与便携式参比电极对测试桩通电电位与断电电位进行测试与记录；

然后使用Matlab软件最小二乘法拟合测试桩断电电位关于通电电位与阴极保护系统输出电流二次曲面方程；并利用该方程，输入阴极保护系统输出电流与测试桩某月通电电位数据，预测管道沿线测试桩断电电位值；

接着计算管道沿线测试桩与前后测试桩的断电电位最大差值，取绝对值，并判断某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值所处大小范围；

最后根据计算判断结果，若某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值在40～120mv范围内，则该测试桩与断电电位差值最大一侧测试桩之间可能存在1个三类破损点；若某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值在120～200mv范围内，则该测试桩与断电电位差值最大一侧测试桩之间可能存在2～3个三类破损点，或1个二类破损点；若某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值在200mv以上，则该测试桩与断电电位差值最大一侧测试桩之间可能存在3个或以上三类破损点，或1～2个二类破损点，或1个一类破损点。

以现场检测的数据为例，其中阴极保护站恒电位仪输出电流为0.1A，输出电压为1.5V。使用GPS同步断电法测试管道沿线测试桩通电电位与断电电位，并使用Matlab软件最小二乘法拟合测试桩断电电位关于通电电位与阴极保护系统输出电流二次曲面方程，拟合公式如下所示。

U_j＝0.5656I²+1.18I×U_t+0.7307U_t ²+1.624I+2.344U_t+0.6467

其中，U_j——预测断电电位，V；

U_t——测试桩通电电位，V；

I——阴极保护系统输出电流，A；

运用上述拟合方程，输入阴极保护恒电位仪输出电流与测试桩通电电位数据，预测某段管道沿线测试桩断电电位值，与管道实测断电电位进行对比，并计算误差，结果如表1所示。

表1

由上表1可知：使用最小二乘法二次曲面方程拟合每一组数据的断电电位，误差在0～20mV，平均误差为7.65mV。

通过计算某段管道沿线测试桩与前后测试桩的断电电位最大差值，取绝对值，预测防腐层破损点存在情况，并采用PCM交流电位梯度法对管段防腐层破损点预测结果进行验证。阴极保护站恒电位仪运行参数中，输出电流为0.3A，输出电压为2.0V。具体破损点预测与PCM外检测对比结果如表2所示。

表2

通过预测并计算各破损点临近测试桩极化电位差值大小的范围，判断防腐层是否有缺陷，该管段外检测结果共有6处破损点，诊断结果有4处吻合，2处诊断结果破损点类型偏高，总体诊断结果吻合度较好。

为更好判断该预测方法准确性，将管线某区所有外检测结果69处破损点与该方法对破损点两侧临近测试桩断电电位最大差值预测结果进行对比，并进行误差率和误差度统计及其原因分析。具体对比结果如图2所示，吻合表如表3所示。

表3

通过预测并计算各破损点两侧临近测试桩极化电位差值大小的范围，判断防腐层是否有缺陷，预测结果与PCM外检测结果的吻合度为86.3％。三种破损类型预测结果吻合度由低到高是：二类点<三类点<一类点，由于破损类型为一类点的测试点只有1个，并预测准确，所以预测吻合度最高。根据观察，发现预测存在误差的破损点有14个，对比预测结果和外检测结果，5处破损点断电电位预测差值偏高，9处破损点断电电位预测差值偏低。可能的原因有：预测方法使用通电电位数据局限于某月、预测结果受断电电位差值取最大值影响、测试桩附近破损点密集等。该埋地钢质管道防腐层破损点预测方法准确可靠，预测结果与外检测结果大体一致。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种埋地钢质管道防腐层破损点预测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、采用GPS同步断电法测量管道沿线测试桩的通电电位与断电电位；

S2、使用Matlab软件最小二乘法拟合测试桩断电电位关于通电电位与阴极保护系统输出电流的二次曲面方程；

S3、运用拟合方程，输入阴极保护系统输出电流与测试桩某月通电电位数据，预测管道沿线测试桩断电电位值；

S4、计算管道沿线测试桩与前后测试桩的断电电位最大差值，取绝对值；

S5、判断某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值所处大小范围；

计算判断步骤S4和S5的结果，若某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值在40～120mv范围内，则该测试桩与断电电位差值最大一侧测试桩之间可能存在1个三类破损点；若某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值在120～200mv范围内，则该测试桩与断电电位差值最大一侧测试桩之间可能存在2～3个三类破损点，或1个二类破损点；若某一测试桩与前后测试桩断电电位最大差值在200mv以上，则该测试桩与断电电位差值最大一侧测试桩之间可能存在3个或以上三类破损点，或1～2个二类破损点，或1个一类破损点。

2.根据权利要求1所述一种埋地钢质管道防腐层破损点预测方法，其特征在于：在步骤S1中，管道两端阴极保护电源的输出线上串联GPS同步通断器，GPS同步通断器控制阴极保护电流，对被检测管道的恒电位仪设置“通12秒，断3秒”的周期性通、断；在管道线路上，使用万用表与便携式参比电极进行测试，在通断周期15s内，读取两个参数即通电电位和断电电位，在通12s内万用表读数基本稳定在一个数值即得到通电电位，在断3s内发生断电瞬间万用表显示第一个数值即断电电位。

3.根据权利要求1所述一种埋地钢质管道防腐层破损点预测方法，其特征在于：在步骤S4中，管道起始测试桩只计算该测试桩与下一测试桩断电电位差值；管道末尾测试桩只计算该测试桩与上一测试桩断电电位差值。

4.根据权利要求1所述一种埋地钢质管道防腐层破损点预测方法，其特征在于：管道防腐层缺陷严重程度标准是根据(SY/T 0087.1-2018)《钢质管道及储罐腐蚀评价标准埋地钢质管道外腐蚀直接评价》，结合PCM交流电位梯度法外防腐层破损点检测结果，对防腐层破损点处进行最终确认，一般分为3类：

一类点：存在多个相邻“重”等级的点；两组以上间接检测和评价均为“重”等级的点；同时存在“重”“中”等级的点，结合历史和经验判断有可能出现严重腐蚀的点；无法判断腐蚀活性严重程度的点，或初次开展ECDA评价时，检测结果不能检测的点，或不同间接检测方法有差异的点；

二类点：孤立并未被列入一类“重”等级的点；只存在“中”等级点的集中区域，并且以往有腐蚀事故记录的点；

三类点：间接检测判断为“轻”等级；未列入一类、二类的点。

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