長輸管道外腐蝕控制技術(shù)與方法

(中海福建天然氣有限責(zé)任公司，福建 福州 350001)

長輸管道外腐蝕控制技術(shù)與方法

都成軍

(中海福建天然氣有限責(zé)任公司，福建 福州 350001)

目前除了第三方破壞，管道腐蝕已成為管道安全運(yùn)行最大的隱患，如何加強(qiáng)管道腐蝕控制，確保管道的安全運(yùn)行成為當(dāng)前管道建設(shè)、運(yùn)行管理部門最重要任務(wù)之一，本文通過對(duì)輸氣管道腐蝕控制基本方法與評(píng)價(jià)技術(shù)的介紹，提出從建設(shè)期及運(yùn)行期各階段腐蝕控制的重點(diǎn)與基本對(duì)策，以確保管道的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

長輸管道 腐蝕控制 技術(shù)與方法

0　前言

1　管道外檢測(cè)內(nèi)容及周期

據(jù)中國工程院發(fā)表于2003年《中國腐蝕調(diào)查報(bào)告》指出“按當(dāng)年不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年為腐蝕支付的直接費(fèi)用已達(dá)人民幣2000億元以上。如考慮間接損失，腐蝕費(fèi)用的總和估計(jì)可達(dá)5000億元，約占國民經(jīng)濟(jì)總值的5%”。顯然，我國的腐蝕損失問題是相當(dāng)嚴(yán)重的。而針對(duì)我公司來講，如何有效控制管道的腐蝕行為的發(fā)生、降低管道腐蝕率，以確保管道的安全、平穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是擺在我們面前的一重要課題。

同時(shí)，管道的腐蝕控制作為管道完整性管理的重要組成部分，腐蝕控制檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)的可靠性與完整性直接影響管道完整性管理的評(píng)價(jià)。所以對(duì)管道的腐蝕控制應(yīng)得到更大程度上的重視。

隨著行業(yè)科技的高速發(fā)展，目前管道的外檢測(cè)由原來的單一檢測(cè)向基于管道完整性管理的綜合檢測(cè)評(píng)價(jià)方向發(fā)展。綜合檢測(cè)評(píng)價(jià)方法一般適用于管道運(yùn)行期間的全面檢測(cè)，而不適用于管道建設(shè)期的檢測(cè)。所以在不同的時(shí)期選擇不同的管道外檢測(cè)評(píng)價(jià)方法，可在最大程度上節(jié)約投資成本，更加有利于管道的腐蝕控制。

1.1建設(shè)期管道外檢測(cè)

建設(shè)期管道外檢測(cè)的主要工作任務(wù)是在管道下溝回填后采用非開挖檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行管道外防腐層缺陷點(diǎn)與埋深檢測(cè)，以確保管道外防腐施工質(zhì)量與管道敷設(shè)深度達(dá)到設(shè)計(jì)或規(guī)范規(guī)定的要求，所以在建設(shè)期的管道外檢測(cè)工作應(yīng)該納入線路工程項(xiàng)目管理的范疇，這樣一方面便于線路施工質(zhì)量的控制、協(xié)調(diào)，另一方面可節(jié)約投資成本。

因此，在建設(shè)期管道外檢測(cè)的工作范圍確定為管道埋深檢測(cè)與管道外防腐層缺陷檢測(cè)兩項(xiàng)比較合理。并對(duì)檢測(cè)出的缺陷點(diǎn)和埋深不達(dá)標(biāo)的地段，如圖1所示，應(yīng)該組織相關(guān)單位及時(shí)整改，以確保從源頭消除管道安全運(yùn)行隱患，如此才能體現(xiàn)出管道外檢測(cè)的重要意義。

圖1　建設(shè)期管道損傷檢測(cè)典型圖

1.2運(yùn)行期管道外檢測(cè)

運(yùn)行期作為管道腐蝕控制的主要階段，因此應(yīng)該合理規(guī)劃，根據(jù)管道沿線實(shí)際情況從檢測(cè)手段、檢測(cè)周期等諸多方面科學(xué)的進(jìn)行，從而達(dá)到管道安全運(yùn)行的目的。

在運(yùn)行期檢測(cè)內(nèi)容應(yīng)該符合專業(yè)檢測(cè)或全面檢測(cè)的要求，主要進(jìn)行以下幾個(gè)方面的檢測(cè)工作，以有效控制管道的腐蝕。

1.2.1管道陰極保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)

管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的測(cè)試是評(píng)價(jià)管道陰極保護(hù)系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)或規(guī)范要求的前提，管道是否處于被保護(hù)狀態(tài)，主要根據(jù)所測(cè)試參數(shù)來確定的。陰極保護(hù)系統(tǒng)的測(cè)試，包含管地自然電位、管道保護(hù)電位、犧牲陽極相關(guān)參數(shù)、管道電絕緣性能測(cè)試等。

1.2.2管道沿線雜散電流測(cè)試

當(dāng)管道沿線存在雜散電流時(shí)，可能產(chǎn)生一種由于雜散電流排放而引起的雜散電流腐蝕危害，在雜散電流的作用區(qū)下，不僅由于產(chǎn)生雜散電流腐蝕而導(dǎo)致管道腐蝕速度的加快，管線的陰極保護(hù)系統(tǒng)同樣會(huì)受到嚴(yán)重的干擾，使陰極保護(hù)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。

考慮一期管道沿線電氣化鐵路即將投產(chǎn)，應(yīng)該將雜散電流測(cè)試作為一項(xiàng)重點(diǎn)工作，在鐵路投產(chǎn)之后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試工作，以消除對(duì)輸氣干線的影響。

1.2.3管道外防腐層絕緣電阻檢測(cè)與缺陷點(diǎn)檢測(cè)

管道外防腐層質(zhì)量的好壞，直接影響管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的有效利用率，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，管道失效的地方通常就在管道外防腐層缺陷點(diǎn)處，由于缺陷點(diǎn)處容易發(fā)生局部腐蝕，而局部腐蝕的特點(diǎn)是腐蝕速度快，容易穿孔，所以在各檢測(cè)項(xiàng)目中作為重點(diǎn)。

1.2.4管道埋深檢測(cè)

由于沿海臺(tái)風(fēng)及第三方建設(shè)活動(dòng)比較頻繁，往往容易造成管頂覆土達(dá)不到安全要求的厚度，通過管道埋深檢測(cè)可消除由于管道覆土不達(dá)標(biāo)因素造成對(duì)管道的破壞。

1.2.5管道內(nèi)腐蝕的外檢測(cè)方法

通過外壁對(duì)管道壁厚進(jìn)行測(cè)量來判定管道內(nèi)壁腐蝕狀況的方法，該方法一般應(yīng)用于場(chǎng)站管道的監(jiān)測(cè)與站外管道本體的檢測(cè)。

1.2.6運(yùn)行期管道外檢測(cè)周期的確定

管道外檢測(cè)工作分一般性檢測(cè)與專業(yè)性檢測(cè)兩個(gè)方面，一般性檢查，是指為了確保長輸管道在檢驗(yàn)周期內(nèi)的安全運(yùn)行而實(shí)施的在運(yùn)行過程中的在線檢查，一般性檢查次數(shù)每年不得少于1次，可由公司經(jīng)過考核合格的管理人員完成。專業(yè)性檢測(cè)是指按一定的檢驗(yàn)周期對(duì)在用長輸管道進(jìn)行的基于風(fēng)險(xiǎn)的全面檢驗(yàn)。首次專業(yè)性檢測(cè)應(yīng)該在投產(chǎn)后3年內(nèi)完成，新建管道必須在一年內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)，以后視管道安全狀況每一年至三年檢測(cè)一次，但在下列情況下，應(yīng)當(dāng)縮短檢測(cè)周期：

a）位于后果嚴(yán)重區(qū)內(nèi)的管道；

b) 多次發(fā)生泄漏、爆管等事故的管道以及受自然災(zāi)害、第三方破壞嚴(yán)重的地段；

c) 發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕、嚴(yán)重局部腐蝕或全面腐蝕的地段；

d) 承受交變載荷，可能導(dǎo)致疲勞失效的地段；

e) 防腐保溫層損壞嚴(yán)重或無有效陰保的地段；

f) 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)值較高的地段；

g) 一般性檢查中發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重問題的地段。

2　基于完整性管理的管道外檢測(cè)技術(shù)。

2.1密間隔電位測(cè)量法

密間隔電位測(cè)量法是最近幾年發(fā)展起來的管道缺陷點(diǎn)定位技術(shù)，它是通過以密間隔（1-3米的間距）測(cè)量管道正上方處管地電位（ON電位、OFF電位）數(shù)據(jù)，能夠檢測(cè)出管道不含IR降的真實(shí)電位，見圖2。其先進(jìn)性主要體現(xiàn)在一次檢測(cè)同時(shí)獲得幾項(xiàng)管道外腐蝕評(píng)價(jià)指標(biāo)，即管地通電電位、管地?cái)帱c(diǎn)電位、管道外防腐層缺陷點(diǎn)、雜散電流干擾確定等。

圖2　密間隔電位測(cè)量原理圖

2.2直流電位梯度測(cè)量法

直流電位梯度法與交流電位梯度（PCM）檢測(cè)原理基本類似，當(dāng)管道外防腐層有缺陷點(diǎn)時(shí)，該處電流密度會(huì)增大，電壓梯度也將增大，通過電壓梯度能夠定量判斷處缺陷點(diǎn)的面積，如圖3。

該方法可以通過腐蝕電流的流向判斷缺陷點(diǎn)的腐蝕狀態(tài)，如腐蝕電流是從管道流向土壤，說明該缺陷點(diǎn)處管體正在發(fā)生腐蝕；如是由土壤流入管體，該缺陷點(diǎn)處管體是不會(huì)發(fā)生腐蝕。所以該方法對(duì)管道外防腐層維修提供準(zhǔn)確、可靠的科學(xué)依據(jù)。

圖3　直流電位測(cè)量法檢測(cè)原理圖

2.3密間隔電位測(cè)量法與直流電位梯度法相結(jié)合的檢測(cè)方法

以上兩種方法的結(jié)合檢測(cè)在技術(shù)上是互補(bǔ)的，能夠詳細(xì)的評(píng)價(jià)管道外防腐層質(zhì)量和管道陰極保護(hù)之間相互關(guān)系的最主要方法，可對(duì)管道外防腐層缺陷點(diǎn)進(jìn)行精確定位，并定量評(píng)估，這是以往檢測(cè)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)進(jìn)行密間隔電位測(cè)量法與直流電位梯度法相結(jié)合的檢測(cè)方法時(shí)，在每個(gè)外野采集點(diǎn)，記錄恒電位儀開和關(guān)時(shí)的電位，以及電位梯度開和關(guān)時(shí)的值，每一個(gè)讀數(shù)都有里程、大地坐標(biāo)、UTC時(shí)間等，這對(duì)于管道的詳細(xì)評(píng)價(jià)是極其有利的，所以是運(yùn)行期進(jìn)行外檢測(cè)的主要推薦方法。

2.4防腐層的PCM檢測(cè)

該方法在前幾年的管道防腐層檢測(cè)方面發(fā)揮了極其重要的作用，它是通過給管道施加一個(gè)交變電流信號(hào)，由于管道與地面之間存在防腐層電阻與分布電容，所施加的電流信號(hào)強(qiáng)度沿管道隨距離的增長呈緩慢的指數(shù)衰減趨勢(shì)，當(dāng)防腐層存在缺陷點(diǎn)時(shí)，電流通過缺陷點(diǎn)流入土壤，缺陷點(diǎn)處管道上的電流強(qiáng)度突然降低，從而由初始電流、距離、電流強(qiáng)度降低量來評(píng)價(jià)管道外防腐綜合質(zhì)量的一種方法，同時(shí)通過交流電位梯度的方法進(jìn)行缺陷點(diǎn)定位。

在此，需要注意的是，通過筆者對(duì)多年的檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，通過電流的流失量來判斷是否存在缺陷點(diǎn)的理論與實(shí)踐存在一定的差距，因此，在檢測(cè)時(shí)不推薦采用電流衰減法來確定管道外防腐層缺陷點(diǎn)，但結(jié)合A型架，通過交流電位梯度法確定管道外防腐層缺陷點(diǎn)是可行的。該檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)在于可評(píng)價(jià)大型定向鉆等穿越工程管道外防腐層質(zhì)量狀況，其他檢測(cè)方法是無法達(dá)到這個(gè)要求的。該方法是建設(shè)期進(jìn)行管道外防腐層質(zhì)量評(píng)估最常用的方法。

2.5人體電容檢測(cè)法

這種方法是由John Pearson 博士發(fā)明的，也叫Pearson檢漏法，在國內(nèi)起源最早的檢測(cè)方法，通常稱人體電容法或音頻檢漏法。

人體電容法也是基于電位梯度法為原理的檢測(cè)方法，當(dāng)一個(gè)交流信號(hào)施加在管道上時(shí)，在防腐層缺陷點(diǎn)處便會(huì)有電流流入土壤中，如此，在管道缺陷點(diǎn)處與土壤之間形成電位差，且在距離缺陷點(diǎn)越近電位差就越大，檢測(cè)儀器通過獲取該電位差并轉(zhuǎn)換為放大的音頻信號(hào)，從而確定管道外防腐層缺陷點(diǎn)位置的方法。該方法檢測(cè)內(nèi)容單一，在建設(shè)期進(jìn)行管道外防腐層缺陷點(diǎn)檢測(cè)最常用的方法。

2.6常用外檢測(cè)方法對(duì)比

根據(jù)表1檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析，在進(jìn)行外檢測(cè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)檢測(cè)時(shí)期及檢測(cè)目的不同，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法，以獲得腐蝕控制相應(yīng)的數(shù)據(jù)與提出合理的整改方案。

3　基于完整性管理的外腐蝕直接評(píng)價(jià)技術(shù)

管道外腐蝕評(píng)價(jià)（ECAD）是對(duì)管道進(jìn)行預(yù)評(píng)價(jià)、間接評(píng)價(jià)、直接評(píng)價(jià)、后評(píng)價(jià)的一個(gè)連續(xù)、不斷修正趨準(zhǔn)的過程，是通過識(shí)別即將或正在發(fā)生的的腐蝕部位并提出維護(hù)措施，從而對(duì)由于管道外腐蝕造成的管道安全狀況作出整體評(píng)價(jià)與改進(jìn)。該方法目前也是管道運(yùn)行期進(jìn)行管道腐蝕控制的主要方法，以下做簡(jiǎn)單的介紹。

3.1預(yù)評(píng)價(jià)

預(yù)評(píng)價(jià)是在進(jìn)行間接評(píng)價(jià)前，通過對(duì)日常維護(hù)記錄、以往管道外腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)庫、環(huán)境分析等數(shù)據(jù)確定ECAD段的劃分、編制評(píng)價(jià)技術(shù)方案、選用檢測(cè)設(shè)備的過程，是進(jìn)行下一步評(píng)價(jià)的前提。

3.2間接評(píng)價(jià)

間接評(píng)價(jià)是根據(jù)預(yù)評(píng)價(jià)方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，從而確定管道外防腐層缺陷點(diǎn)和腐蝕活性點(diǎn)的分級(jí)與評(píng)價(jià)。確定優(yōu)先開挖修補(bǔ)與整改的管道外腐蝕缺陷，為下一步評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

該階段是管道腐蝕調(diào)查的核心，數(shù)據(jù)的完整性與正確性直接影響其后直接檢測(cè)與評(píng)價(jià)效果，所以是外檢測(cè)質(zhì)量控制的重點(diǎn)。

3.3直接評(píng)價(jià)

依據(jù)間接評(píng)價(jià)確定優(yōu)先開挖順序及開挖數(shù)量，進(jìn)行管體腐蝕評(píng)價(jià)與安全評(píng)價(jià)，分析腐蝕原因、提出維護(hù)措施，并對(duì)間接評(píng)價(jià)分級(jí)準(zhǔn)則和開挖順序進(jìn)行修正。

該階段是管道腐蝕調(diào)查中對(duì)管體腐蝕與腐蝕原因調(diào)查的關(guān)鍵階段，同時(shí)也是對(duì)管道間距評(píng)價(jià)過程有效性與正確性的一種檢驗(yàn)。

3.4后評(píng)價(jià)

后評(píng)價(jià)的內(nèi)容為確定再次評(píng)價(jià)的時(shí)間間隔，并對(duì)管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)過程的有效性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3.5管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)應(yīng)提交記錄和報(bào)告

由于評(píng)價(jià)對(duì)管道管理是一個(gè)連續(xù)不斷的過程，評(píng)價(jià)記錄與報(bào)告是再次進(jìn)行評(píng)價(jià)的技術(shù)依據(jù)，因此建立詳實(shí)、規(guī)范、完整的記錄和報(bào)告是非常重要的。一般包括以下內(nèi)容：

(1) ECAD劃分分析與位置報(bào)告

(2) ECAD檢測(cè)方法和檢測(cè)設(shè)備選用報(bào)告(3) 管道外防腐層缺陷點(diǎn)檢測(cè)報(bào)告

(4) 管道外防腐層缺陷點(diǎn)腐蝕活性評(píng)定報(bào)告

(5) 管道外防腐層缺陷點(diǎn)修復(fù)、監(jiān)控報(bào)告

(6) 陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行情況報(bào)告（陰極保護(hù)站、保護(hù)電位、犧牲陽極測(cè)試、雜散電流測(cè)試）

(7) 管體腐蝕檢測(cè)報(bào)告

(8) 環(huán)境腐蝕性測(cè)試報(bào)告

(9) 管道腐蝕情況檢測(cè)報(bào)告

(10) 管道剩余強(qiáng)度評(píng)定報(bào)告

(11) 管道埋深及危險(xiǎn)點(diǎn)報(bào)告

(12) 管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)綜合報(bào)告

表1　常用外檢測(cè)方法對(duì)比

4　總結(jié)

管道外腐蝕控制是管道完整性管理技術(shù)體系的重要組成部分，也是確保管道安全運(yùn)行的重要保障手段，管道外腐蝕控制方法的科學(xué)與否直接決定著完整性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度，因此根據(jù)不同時(shí)期與管道所處腐蝕環(huán)境不同，應(yīng)選用科學(xué)與適用的腐蝕控制方法與手段，開展完整性評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控，使輸氣管道始終處于安全運(yùn)行的狀態(tài)。

Long-distance Pipeline Surface Corrosion Control Technology and Method

DU Cheng-jun
(CNOOC Fujian LNG Co., Ltd, Fuzhou 350001, China)

Pipeline corrosion becomes the biggest danger of the running pipeline, besides the thirdparty damage. It's one of the most important task to ensure the safety operation of the pipeline by strengthening the corrosion control. This article introduces the basic method and evaluation technology of the pipeline corrosion, proposes the key points and basic countermeasures concerning the corrosion control from the various stages of construction and operation to ensure the safety and steady processing of pipeline.

long-distance pipeline; corrosion control; techniques and methods

TE98

A< class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1008-7818(2014)03-0043-04

1008-7818(2014)03-0043-04

都成軍 (1981－) , 男，青海西寧人，工程師，主要從事油氣管道完整性管理技術(shù)研究。