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對防腐層進行檢測時，如果遇到干擾信號會對檢測結果造成很大的影響。闡述PCM的檢測原理，分析不同測量信號對測量結果的影響，進行了4Hz和128Hz測量信號的對照組檢測實驗。城鎮環境中，干擾信號比較復雜，特別是低頻干擾信號，會對4Hz的PCM檢測信號產生相互疊加或者抵消，使檢測和評價結果偏離真實情況。在城鎮燃氣管道的PCM檢測中，應該優先使用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，使檢測結果更加準確。

關鍵詞：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

隨著我國經濟的快速發展，燃氣的需求量不斷增加，燃氣管網的建設規模隨之增大。目前對鋼質管道的腐蝕防護主要為防腐層結合陰極保護的方式。美國防腐工程師協會(National Association of Corrosion Engineers，簡稱NACE)1993年年會第l7號論文指出：“正確涂敷的涂層應該為埋地構件提供99％的保護需求，而余下的1％才由陰極保護提供。”^[1]因此，及時發現防腐層的破損位置和對防腐層進行評估，對于保證管道的安全運行至關重要。

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量。PCM因其能夠快速準確地對管道防腐層進行評估并且能夠發現防腐層破損點位置的優點，在管道防腐層檢測中得到了較為廣泛的應用^[6]。但足存城鎮燃氣管道的防腐層檢測中，城鎮環境較為復雜，受到的干擾較多，特別是低頻干擾信號使PCM的檢測和評價結果往往偏離實際的真實結果。因此，在城

鎮燃氣管網的環境中，合理選擇頻率信號、降低外界環境干擾是十分重要的。

2　PCM的檢測原理

PCM設備由信號發射機和信號接收機兩部分組成，檢測時將信號發射機的一端與管道連接，另一端與大地或陽極床(犧牲陽極)連接。信號發射機向管道同時發送4Hz電流信號和128Hz電流信號。信號接收機放置在位于管道正上方的地表面，跟蹤和采集經管道傳送的信號發射機的電流信號。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，實現對防腐層破損點的定位和評估^[7]。由于4Hz電流信號測量結果能夠直接從PCM的信號接收機上讀出，而128Hz電流信號測量結果的讀取需要用PDA設備以藍牙傳輸方式來導出數據，早期的PCM設備不具有藍牙傳輸功能，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已經建立了較為成熟的防腐層質量評價模型，根據評價模型可推算出防腐層的性能參數：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《城鎮燃氣埋地鋼質管道腐蝕控制技術規程》等標準，來對防腐層的質量進行評價、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：管道對遠端大地的縱向電阻和管道內阻。縱向電阻受土壤環境、防腐層電阻率、防腐層完整性等方面的影響；管道內阻取決于管道材質。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入到管道中與管道中的電流產生疊加、抵消等，使檢測結果出現很大的誤差。

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

I＝I0exp(-ax) 　　　　　　　　　   (1)

式中I——信號接收機測得的管道中的電流，A

I0——信號發射機向管道發射的電流，A

a——衰減系數

x——測量距離(信號發射機與信號接收機之間的距離)，m

衰減系數a與縱向電阻和管道內阻有著極大的關系。在I0一定的條件下，衰減系數a與管道內阻成正相關，與管道的縱向電阻成負相關。

實際管道中的電流隨著測量距離變化的一般規律為：電流隨距離的增加而衰減，在管徑、管材、土壤環境不變的情況下，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、脫落等，絕緣性能越差，電流損失越嚴重，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，可以認為該處的防腐層的質量相對較差。而在曲線斜率相對較小的地方，如AB段，防腐層的質量可能需要用PCM自帶的ACVG或其他方法進行更進一步的檢測和確認。

3　不同測量信號對測量結果的影響

①2種頻率電流信號的測量結果

根據PCM的工作特點，PCM能使用4Hz或128Hz電流信號進行檢測和評估。在城鎮燃氣管網環境中，利用PCM進行檢測時，很容易受到各種低頻信號的干擾，例如城鎮大地的震動、過往車輛、地鐵運行、陰極保護電流波動、用戶用電量的波動等，都會產生一定的低頻信號。這些低頻信號會和管道中的電流信號產生疊加或者抵消，造成信號接收機一端的接收結果發生變化。

下面以北京某地區的燃氣管道為例進行分析。該段管道全長約1000m，防腐層的類型為石油瀝青，管道規格為DNl50mm。該管段所處環境比較復雜，有小區、道路等，受干擾較為嚴重。PCM檢測時，信號發射機發射的電流為600mA，信號類型為ELCD。在對防腐層進行檢測時，分別選擇了4Hz電流信號和128Hz電流信號的檢測結果進行比對，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電流信號測量結果的波動要大于128Hz電流信號的測量結果。一般情況下，管道中的電流隨著距離的延長會不斷地衰減，不會出現電流突然反彈或者波動的現象，但是當存在外界干擾時，特別是低頻信號干擾時，4Hz電流信號測量結果會出現很大的波動，曲線出現鋸齒形狀^[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電流信號產生疊加或抵消。當干擾信號與測量信號疊加時，會出現圖2中電流反彈升高的情況；當干擾信號與測量信號出現抵消時，會出現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果產生很大的影響，甚至會偏離真實結果。圖2的檢測結果對比表明：在城鎮干擾環境中，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，結合管道的基本參數，如管徑、長度、運行介質等，對防腐層的面電阻率進行計算。4Hz電流信號和128Hz電流信號下防腐層面電阻率的計算結果隨測量距離的分布情況見圖3、4。

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

②開挖驗證

為了進一步對檢測結果的準確性進行判斷和分析，這里采用了開挖驗證的方式。在4Hz電流信號測量結果中(見圖3)，在距離起點約250m處附近出現了防腐層的面電阻率較低的現象，而l28Hz電流信號檢測的結果表明該處防腐層的質量相對較好(見圖4)。結合ACVG對防腐層質量較差的位置進行定位和開挖驗證，該處開挖坑內防腐層的情況見圖5。

從圖5中開挖坑內的情況來看，防腐層質量相對較好，經電火花檢測儀進行檢測時(電壓為16kV)，沒有出現電火花放電現象，這與4Hz電流信號測量的結果是不符合的，與128Hz電流信號測量結果符合。

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

從圖6和圖7中的開挖結果來看，坑內的管道防腐層出現了整體脫落，防腐層的質量很差。而使用4Hz電流信號的測量結果表明該處防腐層的質量相對較好。從開挖的結果來看，128Hz電流信號的測量結果更接近真實情況，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于4Hz電流信號的評估效果。

在外界干擾信號強度比較大的情況下，應該對電流衰減曲線進行一定的處理或者修正。一方面對受到干擾比較大的數據點應該進行取舍處理，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行排除，對多次測量結果進行比對和分析，能夠使檢測結果更接近防腐層質量的真實情況。

4　對照組檢測實驗

為了進一步分析外界干擾對4Hz和128Hz電流信號的檢測結果的影響，選擇了野外的中壓管段進行檢測，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果的差異。

所測最燃氣管道的基本情況：管道規格為DN150mm，防腐層的類型為石油瀝青。信號發射機發射的電流為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，沒有出現較大波動的情況。利用評估軟件對燃氣管道的防腐層面電阻率進行計算，4Hz電流信號的防腐層平均面電阻率的計算結果為8264W·m²；128Hz電流信號的防腐層面電阻率的計算結果為8697W·m²。對照組的實驗結果表明，在干擾較小的情況下，4Hz電流信號和128Hz電流信號的檢測結果差異不大。

5　結論

①在用PCM進行電流衰減的測量時，如果遇到低頻信號的干擾，衰減曲線會出現波動，曲線呈現鋸齒狀，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境中，PCM檢測時應該優先采用l28Hz電流信號。在實際的檢測過程中，特別是在干擾比較嚴重的地區，應該采取多日多次測量的方式，通過對每次測量的結果進行比對和分析，最終得到合理、準確的檢測結果。

參考文獻：

[1]韓興平．埋地管線腐蝕、涂層缺陷檢測技術[J]．天然氣工業，2001(1)：108-109．

[2]李建勛，韓弘波，林守江．多頻管內電流法在燃氣管道防腐層檢測的應用[J]．煤氣與熱力，1999，19(5)：29-31．

[3]葉根銀，吳家傳，臧桂寧，等．DCVG法防腐層檢測中犧牲陽極干擾的排除[J]．煤氣與熱力，2011，31(3)：B24-B28．

[4]車立新，孫立國．埋地鋼管外防腐層直接檢測技術與方法[J]．煤氣與熱力，2007，27(1)：1-4．

[5]安慧斌，徐立新，孟憲耀．管道防腐層缺陷檢測方法的綜合應用[J]．煤氣與熱力，2004，24(1)：54-57．

[6]武維勝，黃小美，臧子璇，等．埋地管道腐蝕檢測與評價技術[J]．煤氣與熱力，2012，32(10)：B37-B39．

[7]周小博．PCM在埋地管道檢測中的應用[J]．科技情報開發與經濟，2009(2)：161-162．

[8]耿鉑，余越全，王健健．PCM管道電流檢測系統介紹及應用[J]．腐蝕與防護，2002(1)：21-23．

[9]高天青．PCM在地下管線探測中的應用[J]．福建地質，2005(3)：189-192．

本文作者：武新生  和宏偉  金強  陳勇剛　白冬軍  王小璐

作者單位：北京燃氣懷柔有限公司

  北京市燃氣集團研究院

  北京市公用事業科學研究所