作者：德国Steffel CP GmbH公司Darbandi 翻译：王向农
（本文译自2015年第10届PTC国际管道技术会议报告）
Specification and Method Statement for Continuous Testing
of Pipe Coating During Pulling Operation in a
Horizontal Directional Drilling (HDD)
1概述
当管道线路不得不穿越交通基础设施、河流、山脉等等这样的群落生境时，当今人们几乎无一例外地选择了非开挖管道铺设方案，如果非开挖铺设管道距离比较长，那么，业已证明，水平定向钻进是最有效的方法。
如上所述，在德国联邦政府管道法规中，管道必须按照德国工业标准EN 12954实施阴极保护，之后应将金属管道牵引到位。
2防腐层要求
- 防腐层电阻至少达到108 Ωm²
- 按照施工合同，防腐层不得存在任何缺陷
- 即使受到交流干扰的影响，防腐层也不得出现缺陷
- 防腐层应当具有阴极极化的能力
- 防腐层应当符合德国输气输水管道标准GW 12的要求
尽管施工中对管道防腐层采取了一些额外的防护措施，但是，当牵引管道穿过钻孔时，由于受到锋利石块等外力的破坏，防腐层往往会受到损伤。根据防腐层损伤的大小以及铺垫层电解质的导电率，管道很可能再也无法达到阴极保护所需要的阴极极化要求。
为此原因，至今一直作为一项标准做法（德国管道阴极保护实用标准），当管道已经牵引到位并且钻杆已经与牵引头分离后，对管道防腐层进行必要的检查。为了证明防腐层没有缺陷损伤，需要测定防腐层的绝缘电阻率。当通电测量得到防腐层的比电阻大于108 Ωm² 时，才可以认为该防腐层没有任何损伤缺陷。按照目前有效的工厂预制管道防腐层技术标准（如DIN 30670）和现场施工的管道防腐层技术标准（如DIN EN 12068），这是管道防腐层绝缘电阻率应当达到的最起码的要求。
假如没有达到管道防腐层绝缘电阻率最起码的要求，就需要进行极化试验与缺陷进行比较测量。这些试验是严格按照Steffel公司测试程序进行的。Steffel公司的测试程序是遵照AfK（德国腐蚀技术标准委员会）第1项与第10项推荐规范以及本项目最新技术文献制订的。此项测试程序测量极化率，由此确定用非开挖工艺铺设的管道能否实施阴极保护。
假如本项测试揭示该管道防腐层存在严重的缺陷损伤（阴极保护系统无法使这样大的缺陷面积实现极化），那么就要确定这样的缺陷所在位置，并对损坏的防腐层进行修补。然而，由于修复成本太高，所以，只有土壤覆盖层不太厚的埋地管段，才可能开挖修复管道防腐层。
当管道沿着所谓的“能源走廊”铺设时，如果附近有平行建设的高压架空输电线，它们会对埋地管道产生感应高压干扰，这种情况下，管道防腐层上的小缺陷变得特别重要了。即使遵照最大允许接触电压60 V（AfK德国腐蚀技术标准委员会第3项推荐规范），现有的管道防腐层缺陷依然存在很大的交流腐蚀的风险。在这种情况下以及按照保障推荐规范（CEN/TS15280），防止交流腐蚀最简单也是最安全的方法，就是坚持管道防腐层完全没有任何损伤。
针对这个问题，我们推荐这种牵引检查测试程序，在管道牵引穿过钻孔的过程中，要连续检查管道防腐层。这种测试方法的最大优点是一旦发现大面积防腐层缺陷，可以立即采取相应的修补纠正措施。
3牵引和检查测试程序的原理
这种牵引检查测试程序是在管道牵引穿过水平定向钻孔的过程中，连续测试管道防腐层。从程序观点看，这种测试方法要贯穿在牵引作业始终，直至管道牵引到位。
这种方法的主要优点是在管道回拖过程中，如果发生任何防腐层缺陷就可以立即发现。这样就可以立刻采取措施，将管道拖回，修补防腐层，然后再继续牵引，最终牵引到位的管道达到非常理想的没有任何损伤缺陷的防腐层质量。
这样可以避免管道完全牵引到位后，施工人员才知道管道防腐层已经损伤，而且，严重损伤的防腐层还需要修补。
图1 水平定向钻进及管道按照牵引检查测试程序用绝缘的牵引头回拖
2 = 牵引检查用的牵引头与钻柱及钻机要电绝缘
5 = 装备电子测试设备的卡车用产品管道内的钢丝绳与牵引头连接
3.1 测量原理
图2是管道牵引过程中用于连续牵引检查测试程序的测量装置示意图。
图2连续牵引检查测试程序的测量装置示意图
首先，将管道数据与地理信息传输到计算机电子数据表里。
核实了现场要求，并告知操作人员符合这些条件后，就可以安装测量设备了。用一台便携式变压整流器，将电流经由辅助阳极注入大地。
将测量电缆接线器安装到管端，防止它在工作中脱落。铺设好电缆，便于用电缆卷车盘成卷，同时用滑环接触器连接到测量车里的记录设备上。
如果在牵引过程中防腐层发生破损，那么注入大地的电流就会经由防腐层的破损点到达管道表面。由于牵引头与管道是电绝缘的，所以，电流会经由与管道连接的电缆返回，由此可以检测出电流。
为了查明防腐层缺陷的大小，地里埋了一些与管道相同材质的腐蚀挂片，同时连续测量这些腐蚀挂片上的电流。通过与检测出的电流进行比较，这些腐蚀挂片可以作为估算防腐层破损面积大小的参照标准。
为了测量有无电流通过牵引头泄漏，采取绝缘措施将管子安放在辊杆上，牵引头已经安装在钻杆上后，也给管子通上测试电流。
图3 管道牵引到位时记录的数据（St 20 = 钻管第20节管段）
开始牵引作业。要用拆开的钻杆数量计算出保护电流密度。对每组数据，要记录进入钻孔的每根管子的数值。要绘制一张测试电流与电流密度的图表，确保管子牵引过程中，钻孔（钻进液）内的防腐层质量始终处于监控之下。
确实，测量的时间顺序应当与漏点测试协调配合。漏点测试期间，装置要切换成接地作业，负责漏点测试的助手应当断开测量电缆与测量车之间的电连接。
即使出现任何一种事故，每根钻杆必须至少记录一组数据。记录的测量值包括保护电流、管地电位、管道中的电压降。不管钻进液的比电阻是多少，在管子整个回拖过程，相对于硫酸铜参比电极，被测试目的物的电位必须维持在大约-1.5 V。
图4 由于防腐层损坏使电流增加所记录的数值
假如管道回拖期间，测试电流突然骤增（表明存在损坏的防腐层），参比电极能够获得与受检测管道相同大小的保护电流，从而可以推测出防腐层缺陷的表面积。这个结论的精确性在很大程度上取决于土壤的土质条件和正在进行比较的两个表面积的形状。施工项目负责人获得报告后，可以确定应当采取的补救措施步骤。
假如由于某些特别的原因，在这种情况下无法采取措施确定防腐层缺陷的所在位置，也无法采取相应的纠正措施时，至少应当进行一项极化试验，在继续进行牵引作业前，对防腐层损伤程度做出评价。
为了避免对数据做出错误的判断，上述测试程序只能由熟悉这些测量程序的可靠的技术人员来执行，这些技术人员必须经过严格培训，获得相应的资质认证。
4分析准则和评价
将管道牵引进入钻孔的同时，运用实测的测试电流、腐蚀挂片的数据以及计算出的特定测试电流密度，就能够对防腐层做出评价。对于目前常用的管道防腐层质量，特定测试电流密度小于1 μA/m²。
假如在测试过程中，计算出的防腐层比电阻率大于108 Ωm²，那么可以认为这样的防腐层是完好无损的。
只有接受测试的管段的整个环境处于与土壤或者钻进液接触条件下，这样的测试程序才能得出可靠的测试结果。
与通常管道最大埋深大约2 m的保护准则评价方法不同，采用水平定向钻进施工时，牵引进入钻孔的管道上覆土层比较厚，从而无法像大多数正常埋深管道那样，用参比电极进行有效的电位测量和电位梯度测量。因此，CIPS密间隔电位测量和DCVG直流电位梯度测量都不再适用，因为随着与防腐层缺陷部位的距离的增加，需要电位梯度成指数递减，并且，距离防腐层缺陷部位距离很远的地方（在此有土壤覆盖），电位梯度接近零。并且，在管道上方，可能还有河流、公路或者山脉，根本无法实施这样的测量。
因此，只能借助某种特别的方法，才可能在一定程度上确定防腐层缺陷的位置。
图5 在管道回拖过程中测量的测试电流示例
5测试要求
在连续牵引测试过程中，测试人员必须可以接近管段的端部，而且，要将测试车辆安排在安全位置。将管道牵引到位时，必须告知现场人员各项特别的要求。
- 必须使用适宜的绝缘的牵引头，管道牵引到位过程中，牵引头与管段实现电绝缘。
- 在整个测试期间，牵引头与管段之间是没有任何电接触的。
- 直到牵引头的绝缘接头，管段全长度必须有最好的优质防腐绝缘层。
- 管段的端部通常是没有防腐层的，决不可与土壤或者辊杆接触（不应当接地）。如果从管段流出压载水，或者你的手与管端接触时，能够使测试电流发生桥接，在这种情况下，会干扰正常的测试程序。
- 假如穿越管道以外的其他金属物体，如金属管套、电缆等，也被一同牵引进入钻孔，它们的电偶触点会跨接受到保护的物体之间的测试电流，从而也会造成对测试结果的误判。
- 将灌装压载水的管子移动到穿越管道的端部时，应当采取适宜的步骤，防止测试电流跨接大地。
- 假如牵引设备要用于回收管道时，正在进行测量期间，它也必须与管道绝缘。
- 过去，常用湿的或者干的绳子吊起管子的端部，这些也会造成测试电流发生意外的跨接。
- 在整个测试过程中，所有铺设的测量电缆必须始终充分发挥作用，要防止这些测量电缆被施工现场的车辆碾压。特别是测量车与管段端部之间的测量电缆，切勿缠卷在辊杆底座上，因为这会使电缆发生分离。
- 如果正在监测测试电流的同时要操作漏点检测仪，在某些情况下，有可能损害测量车里的精密仪器。操作仪器的人员也可能受伤，因此，这两个截然不同的操作步骤，必须分开采用不同的电源开关，确保操作人员不会出错。
- 就电源而论，测量车和测量系统必须配备足够的电源，确保牵引作业可能需要的最长时间。为此目的，需要多名不同工种人员协调工作。
6牵引头的要求
图6 直径1 m的牵引头，空腔里充填变压器油以减缓机械应力与压力
图7 双管2 x Ø 100 mm绝缘牵引头示例
图8 质量控制，机械性能测试与电测试
在牵引测试程序中，牵引头最重要的要求如下：
- ● 机械强度（动态牵引与抗弯曲能力）
- 整个牵引头长度的电绝缘
- 牵引头外表面防腐层没有任何缺陷
- 用不导电的变压器油保护牵引头内的绝缘接头，防止它与压载水或者冷凝液接触
7操作人员的要求
a）阴极保护工程师应当负责监督准备工作、防腐层缺陷的测试和作业的全过程，并且负责观察实测数据并作出评价。如有必要，发现任何防腐层缺陷超过了阴极保护允许的限值后，工程师应当下令暂停管道的牵引作业。
b）阴极保护助理工程师应当在管道牵引进入钻孔的部位，在现场与作业经理、钻机操作工进行协调，确保整个作业过程的顺利进行。需要时，阴极保护助理工程师应当负责监督任何防腐层缺陷的修补，解决任何可能妨碍测量工作实施的问题。
c）挖掘机司机应当在管道端部谨慎操作，确保辅助接地线免受损伤，防止因为人体接触、与大地接触、与辊杆接触、潮湿的绳索、飞溅的水冲刷等不当操作，造成保护电流通过无防腐层的管端泄漏进入接地系统。