摘　要：多頻管中電流法(PCM)是防腐層檢測和評價的一種有效的方法，在使用PCM對防腐層進(jìn)行檢測時，如果遇到干擾信號會對檢測結(jié)果造成很大的影響。闡述PCM的檢測原理，分析不同測量信號對測量結(jié)果的影響，進(jìn)行了4Hz和128Hz測量信號的對照組檢測實驗。城鎮(zhèn)環(huán)境中，干擾信號比較復(fù)雜，特別是低頻干擾信號，會對4Hz的PCM檢測信號產(chǎn)生相互疊加或者抵消，使檢測和評價結(jié)果偏離真實情況。在城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖?span lang="EN-US">PCM檢測中，應(yīng)該優(yōu)先使用l28Hz或者更高頻率的信號，這樣能夠在一定程度上排除外界干擾，使檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：多頻管中電流法；  防腐層檢測；  信號頻率；  干擾

Effect of PCM Signal Selection on Anticorrosive Coating Detection in Urban Environment

Abstract：The pipeline current mapper(PCM)is an effective method for antieorrosive coating detection and evaluation．If interference signal is eneounted，the detection results can be significantly affected when PCM is used to detect the anticorrosive coating．The detection principle of PCM is elaborated，the influence of different measurenlent signals on the measurement result is analyzed，and the detection experiments of the control group for 4Hz and 128Hz measurement signals are conducted．The interference signals are nlore complex in the urban environment，especially low frequency interference signals can cause 4Hz PCM detection signal superposition or offset each other，which deviates the detection and evaluation resuIts from the real situation．128Hz or higher frequency signal should be used preferably，which can remove external interference to some extent to make the detection results more accurate in the detection of city gas pipeline by PCM．

Keywords：pipeline enrrent mapper(PCM)；anticorrosive coating detection；signal frequency；interference

1　概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，燃?xì)獾男枨罅坎粩嘣黾樱細(xì)夤芫W(wǎng)的建設(shè)規(guī)模隨之增大。目前對鋼質(zhì)管道的腐蝕防護(hù)主要為防腐層結(jié)合陰極保護(hù)的方式。美國防腐工程師協(xié)會(National Association of Corrosion Engineers，簡稱NACE)1993年年會第l7號論文指出：“正確涂敷的涂層應(yīng)該為埋地構(gòu)件提供99％的保護(hù)需求，而余下的1％才由陰極保護(hù)提供。”^[1]因此，及時發(fā)現(xiàn)防腐層的破損位置和對防腐層進(jìn)行評估，對于保證管道的安全運行至關(guān)重要。

目前，對管道防腐層的檢測主要以地面非開挖檢測為主，常見的檢測方法有多頻管中電流法(PCM) ^[2]、人體電容法、交流電位梯度法(ACVG)、直流電流梯度法(DCVG)等^[3-5]。

多頻管中電流法(Pipeline Current Mapper，簡稱PCM)，主要是通過測量管道中的電流隨著測量距離的變化情況，來檢測和評估管道防腐層的質(zhì)量。PCM因其能夠快速準(zhǔn)確地對管道防腐層進(jìn)行評估并且能夠發(fā)現(xiàn)防腐層破損點位置的優(yōu)點，在管道防腐層檢測中得到了較為廣泛的應(yīng)用^[6]。但足存城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖姆栏瘜訖z測中，城鎮(zhèn)環(huán)境較為復(fù)雜，受到的干擾較多，特別是低頻干擾信號使PCM的檢測和評價結(jié)果往往偏離實際的真實結(jié)果。因此，在城

鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的環(huán)境中，合理選擇頻率信號、降低外界環(huán)境干擾是十分重要的。

2　PCM的檢測原理

PCM設(shè)備由信號發(fā)射機(jī)和信號接收機(jī)兩部分組成，檢測時將信號發(fā)射機(jī)的一端與管道連接，另一端與大地或陽極床(犧牲陽極)連接。信號發(fā)射機(jī)向管道同時發(fā)送4Hz電流信號和128Hz電流信號。信號接收機(jī)放置在位于管道正上方的地表面，跟蹤和采集經(jīng)管道傳送的信號發(fā)射機(jī)的電流信號。將采集到的管道中的電流輸入到分析軟件中，繪制4Hz電流信號或者l28Hz電流信號測得的管道中的電流隨著距離變化的衰減曲線。通過對電流衰減曲線的分析，實現(xiàn)對防腐層破損點的定位和評估^[7]。由于4Hz電流信號測量結(jié)果能夠直接從PCM的信號接收機(jī)上讀出，而128Hz電流信號測量結(jié)果的讀取需要用PDA設(shè)備以藍(lán)牙傳輸方式來導(dǎo)出數(shù)據(jù)，早期的PCM設(shè)備不具有藍(lán)牙傳輸功能，因此在防腐層檢測時使用4Hz電流信號的情況較為普遍。

目前PCM已經(jīng)建立了較為成熟的防腐層質(zhì)量評價模型，根據(jù)評價模型可推算出防腐層的性能參數(shù)：防腐層面電阻率(一般用Rg表示)。在得到防腐層的面電阻率后，參考CJJ 95—2003《城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)，來對防腐層的質(zhì)量進(jìn)行評價、分級。

PCM檢測過程中，管中電流衰減的影響因素主要有兩個方面：管道對遠(yuǎn)端大地的縱向電阻和管道內(nèi)阻。縱向電阻受土壤環(huán)境、防腐層電阻率、防腐層完整性等方面的影響；管道內(nèi)阻取決于管道材質(zhì)。管道的防腐層一旦破損，一方面，破損位置處的縱向電阻降低，在該位置有更多的電流從管道中流出，在防腐層破損點前后形成較大的電流差；另一方面，隨著縱向電阻的降低，外界的干擾電流會進(jìn)入到管道中與管道中的電流產(chǎn)生疊加、抵消等，使檢測結(jié)果出現(xiàn)很大的誤差。

一般來說，在理想情況下，管中的電流隨著測量距離呈指數(shù)變化，管中的電流和測量距離的關(guān)系見式(1) ^[8]：

I＝I0exp(-ax) 　　　　　　　　　   (1)

式中I——信號接收機(jī)測得的管道中的電流，A

I0——信號發(fā)射機(jī)向管道發(fā)射的電流，A

a——衰減系數(shù)

x——測量距離(信號發(fā)射機(jī)與信號接收機(jī)之間的距離)，m

衰減系數(shù)a與縱向電阻和管道內(nèi)阻有著極大的關(guān)系。在I0一定的條件下，衰減系數(shù)a與管道內(nèi)阻成正相關(guān)，與管道的縱向電阻成負(fù)相關(guān)。

實際管道中的電流隨著測量距離變化的一般規(guī)律為：電流隨距離的增加而衰減，在管徑、管材、土壤環(huán)境不變的情況下，防腐層的絕緣性越好，電流損失越少，衰減亦越小；反之，若防腐層損壞，如老化、變質(zhì)、脫落等，絕緣性能越差，電流損失越嚴(yán)重，衰減也就越大。某段實際管道中的電流隨著測量距離的變化曲線見圖1。

在圖1中，電流衰減速率比較快(曲線斜率比較大)的地方，如CD段，可以認(rèn)為該處的防腐層的質(zhì)量相對較差。而在曲線斜率相對較小的地方，如AB段，防腐層的質(zhì)量可能需要用PCM自帶的ACVG或其他方法進(jìn)行更進(jìn)一步的檢測和確認(rèn)。

3　不同測量信號對測量結(jié)果的影響

①2種頻率電流信號的測量結(jié)果

根據(jù)PCM的工作特點，PCM能使用4Hz或128Hz電流信號進(jìn)行檢測和評估。在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)環(huán)境中，利用PCM進(jìn)行檢測時，很容易受到各種低頻信號的干擾，例如城鎮(zhèn)大地的震動、過往車輛、地鐵運行、陰極保護(hù)電流波動、用戶用電量的波動等，都會產(chǎn)生一定的低頻信號。這些低頻信號會和管道中的電流信號產(chǎn)生疊加或者抵消，造成信號接收機(jī)一端的接收結(jié)果發(fā)生變化。

下面以北京某地區(qū)的燃?xì)夤艿罏槔M(jìn)行分析。該段管道全長約1000m，防腐層的類型為石油瀝青，管道規(guī)格為DNl50mm。該管段所處環(huán)境比較復(fù)雜，有小區(qū)、道路等，受干擾較為嚴(yán)重。PCM檢測時，信號發(fā)射機(jī)發(fā)射的電流為600mA，信號類型為ELCD。在對防腐層進(jìn)行檢測時，分別選擇了4Hz電流信號和128Hz電流信號的檢測結(jié)果進(jìn)行比對，該段管道PCM測量的電流衰減曲線見圖2。

從圖2中可以看出，4Hz電流信號測量結(jié)果的波動要大于128Hz電流信號的測量結(jié)果。一般情況下，管道中的電流隨著距離的延長會不斷地衰減，不會出現(xiàn)電流突然反彈或者波動的現(xiàn)象，但是當(dāng)存在外界干擾時，特別是低頻信號干擾時，4Hz電流信號測量結(jié)果會出現(xiàn)很大的波動，曲線出現(xiàn)鋸齒形狀^[9]，而l28 Hz電流信號測量的電流衰減曲線相對比較平滑。

外界低頻干擾信號會與4Hz電流信號產(chǎn)生疊加或抵消。當(dāng)干擾信號與測量信號疊加時，會出現(xiàn)圖2中電流反彈升高的情況；當(dāng)干擾信號與測量信號出現(xiàn)抵消時，會出現(xiàn)電流驟然變小的情況。不論是相互疊加還是抵消，都會對防腐層的檢測結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，甚至?xí)x真實結(jié)果。圖2的檢測結(jié)果對比表明：在城鎮(zhèn)干擾環(huán)境中，128Hz電流信號抗干擾能力在一定程度上要好于4Hz電流信號。

在得到管道中的電流隨測量距離的衰減曲線后，利用防腐層評估軟件，結(jié)合管道的基本參數(shù)，如管徑、長度、運行介質(zhì)等，對防腐層的面電阻率進(jìn)行計算。4Hz電流信號和128Hz電流信號下防腐層面電阻率的計算結(jié)果隨測量距離的分布情況見圖3、4。

從圖3、4的測量結(jié)果來看，4Hz電流信號測量的結(jié)果，防腐層的質(zhì)量較差，平均面電阻率為2106W·m²；128Hz電流信號測量的結(jié)果，防腐層的平均面電阻率為6926W·m²。

②開挖驗證

為了進(jìn)一步對檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷和分析，這里采用了開挖驗證的方式。在4Hz電流信號測量結(jié)果中(見圖3)，在距離起點約250m處附近出現(xiàn)了防腐層的面電阻率較低的現(xiàn)象，而l28Hz電流信號檢測的結(jié)果表明該處防腐層的質(zhì)量相對較好(見圖4)。結(jié)合ACVG對防腐層質(zhì)量較差的位置進(jìn)行定位和開挖驗證，該處開挖坑內(nèi)防腐層的情況見圖5。

從圖5中開挖坑內(nèi)的情況來看，防腐層質(zhì)量相對較好，經(jīng)電火花檢測儀進(jìn)行檢測時(電壓為16kV)，沒有出現(xiàn)電火花放電現(xiàn)象，這與4Hz電流信號測量的結(jié)果是不符合的，與128Hz電流信號測量結(jié)果符合。

在128Hz電流測量信號的結(jié)果中(見圖4)，在600m和800m左右的位置上，出現(xiàn)了防腐層質(zhì)量較差的情況，對兩處位置進(jìn)行定位和開挖，開挖坑內(nèi)防腐層的情況分別見圖6、7。

從圖6和圖7中的開挖結(jié)果來看，坑內(nèi)的管道防腐層出現(xiàn)了整體脫落，防腐層的質(zhì)量很差。而使用4Hz電流信號的測量結(jié)果表明該處防腐層的質(zhì)量相對較好。從開挖的結(jié)果來看，128Hz電流信號的測量結(jié)果更接近真實情況，證明了在有外界低頻干擾的情況下，128Hz電流信號的防腐層評估效果要優(yōu)于4Hz電流信號的評估效果。

在外界干擾信號強(qiáng)度比較大的情況下，應(yīng)該對電流衰減曲線進(jìn)行一定的處理或者修正。一方面對受到干擾比較大的數(shù)據(jù)點應(yīng)該進(jìn)行取舍處理，或者采用更高頻率的檢測信號；另一方面，如果在檢測時干擾比較明顯，可以采取多日多次測量的方式來對干擾進(jìn)行排除，對多次測量結(jié)果進(jìn)行比對和分析，能夠使檢測結(jié)果更接近防腐層質(zhì)量的真實情況。

4　對照組檢測實驗

為了進(jìn)一步分析外界干擾對4Hz和128Hz電流信號的檢測結(jié)果的影響，選擇了野外的中壓管段進(jìn)行檢測，來對比在外界干擾較小或者無干擾的情況下，兩種頻率信號測量結(jié)果的差異。

所測最燃?xì)夤艿赖幕厩闆r：管道規(guī)格為DN150mm，防腐層的類型為石油瀝青。信號發(fā)射機(jī)發(fā)射的電流為600mA，信號類型為ELCD。外界干擾較小時該管道PCM測量的電流衰減曲線見圖8。

從圖8可以看出，在野外環(huán)境中，受到干擾較小，4Hz和128Hz的電流衰減曲線基本一致，沒有出現(xiàn)較大波動的情況。利用評估軟件對燃?xì)夤艿赖姆栏瘜用骐娮杪蔬M(jìn)行計算，4Hz電流信號的防腐層平均面電阻率的計算結(jié)果為8264W·m²；128Hz電流信號的防腐層面電阻率的計算結(jié)果為8697W·m²。對照組的實驗結(jié)果表明，在干擾較小的情況下，4Hz電流信號和128Hz電流信號的檢測結(jié)果差異不大。

5　結(jié)論

①在用PCM進(jìn)行電流衰減的測量時，如果遇到低頻信號的干擾，衰減曲線會出現(xiàn)波動，曲線呈現(xiàn)鋸齒狀，由此帶來的電流衰減曲線的變化將直接影響檢測結(jié)果，在必要的情況下，可以對管道中的電流衰減曲線采取一定的修正處理。

②在有低頻信號干擾的環(huán)境中，PCM檢測時應(yīng)該優(yōu)先采用l28Hz電流信號。在實際的檢測過程中，特別是在干擾比較嚴(yán)重的地區(qū)，應(yīng)該采取多日多次測量的方式，通過對每次測量的結(jié)果進(jìn)行比對和分析，最終得到合理、準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。

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本文作者：武新生  和宏偉  金強(qiáng)  陳勇剛　白冬軍  王小璐

作者單位：北京燃?xì)鈶讶嵊邢薰?span lang="EN-US">

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