集輸管道外腐蝕檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)優(yōu)選

凌建磊，孟子欽，滕先進(jìn)，高琪，郭英奇

(1. 中國(guó)石油天然氣管道局工程有限公司，河北 廊坊 065001；2. 河北華北石油天成實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，河北任丘 062550；3. 渤海裝備巨龍鋼管公司，河北 青縣 062658；4. 中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司井下作業(yè)分公司，河北 任丘062550；5. 河北華北石油工程建設(shè)有限公司，河北 任丘 062550；)

腐蝕是影響管道完整性的重要因素，據(jù)統(tǒng)計(jì)有效數(shù)據(jù)，每年由于腐蝕穿孔導(dǎo)致的管道失效多達(dá)1×105km。對(duì)于大部分集輸管道，由于管徑較小，一般管徑都在219 mm以下，內(nèi)檢測(cè)實(shí)施較為困難，因此多采用外腐蝕檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)，現(xiàn)在主流的外腐蝕檢測(cè)技術(shù)有直流電位梯度法(DCVG)、交流電位梯度法(ACVG)、多頻管中電流法(PCM)、密間隔電位測(cè)量法(CIPS)等[1]。通過(guò)對(duì)油田集輸現(xiàn)場(chǎng)常用的20號(hào)埋地鋼質(zhì)管道外防腐層進(jìn)行地面檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)檢測(cè)出的破損點(diǎn)定位準(zhǔn)確性、破損點(diǎn)大小和技術(shù)局限性進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，確定適用于不同種類集輸管道的檢測(cè)方法。

1 對(duì)比管道的選擇

油田集輸管道以中小口徑為主，管徑范圍為60～219 mm。大部分單井到閥組或聯(lián)合站的管道沒(méi)有采用陰極保護(hù)措施，但聯(lián)合站間部分管道設(shè)有陰極保護(hù)措施，因此以是否有陰極保護(hù)措施為邊界，選擇了3條集輸管線，其中1條為無(wú)陰極保護(hù)單井集輸管道，1條為無(wú)陰極保護(hù)的站間管道，1條為采取陰極保護(hù)的站間管道。

2 檢測(cè)方法的選擇

由于DCVG法需要利用陰極保護(hù)系統(tǒng)施加不對(duì)稱的直流間斷電壓作為檢測(cè)信號(hào)[2]，CIPS法一般只能用于檢測(cè)陰極保護(hù)的有效性，因此將DCVG法和CIPS法用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的管道檢測(cè)中，其余2種檢測(cè)方法可依靠檢測(cè)設(shè)備自身提供的檢測(cè)信號(hào)。3條管道的檢測(cè)方法選取見(jiàn)表1所列。

表1 管道檢測(cè)方法選擇對(duì)比

2.1 某單井到聯(lián)合站集輸管道(無(wú)陰保)檢測(cè)結(jié)果及分析

ACVG法是在管-地之間施加1個(gè)交變信號(hào)，當(dāng)交變信號(hào)遇到防腐層破損點(diǎn)時(shí)會(huì)流散到土壤中，造成電壓梯度驟降，檢測(cè)過(guò)程中需2個(gè)人攜帶探管和撿漏儀器，相隔3～6 m，利用人體作為檢測(cè)電極產(chǎn)生的耦合電容檢測(cè)電壓梯度信號(hào)，由于需要全程徒步檢測(cè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此不能提供陰極保護(hù)的有效性，對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)依賴較大。PCM法是通過(guò)發(fā)射機(jī)向管道輸入頻率為4 Hz的直流電流和128 Hz/640 Hz的定位信號(hào)，當(dāng)信號(hào)從管道某點(diǎn)輸入后，電流會(huì)通過(guò)管道經(jīng)大地流回便攜式接收機(jī)，正常情況下所施加的電流信號(hào)強(qiáng)度隨著距離的增長(zhǎng)呈指數(shù)遞減，當(dāng)出現(xiàn)防腐層破損時(shí)，破損點(diǎn)的電流強(qiáng)度會(huì)急劇下降，該方法可快速探測(cè)管道防腐層整體狀況，并對(duì)破損點(diǎn)進(jìn)行定位，同樣也不能提供陰極保護(hù)有效性的相關(guān)數(shù)據(jù)。

分別采用ACVG法進(jìn)行防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)，采用PCM法進(jìn)行管道定位和整體防腐層評(píng)價(jià)測(cè)試，防腐層等級(jí)按照優(yōu)、差、劣分級(jí)評(píng)定，并通過(guò)實(shí)際開(kāi)挖進(jìn)行驗(yàn)證，具體結(jié)果見(jiàn)表2和表3所列。

表2 某單井到聯(lián)合站ACVG法檢測(cè)結(jié)果

表3 某單井到聯(lián)合站PCM法檢測(cè)結(jié)果

由表2可知，ACVG法共檢測(cè)出9個(gè)破損點(diǎn)，通過(guò)對(duì)全部破損點(diǎn)直接開(kāi)挖驗(yàn)證，所有破損點(diǎn)均存在不同程度的防腐層破損，未出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象，可適用于微小破損點(diǎn)的檢測(cè)(最小0.3 m)，且漏點(diǎn)尺寸基本與檢測(cè)值成正比，平均偏差0.25 m，定位精度滿足了后續(xù)的修復(fù)要求。ACVG法耗時(shí)52 min，檢測(cè)速度12.25 m/min，主要是由于ACVG法若要得到精確的防腐層破損點(diǎn)定位，需要縮短測(cè)試間距，增加了測(cè)試次數(shù)，同時(shí)ACVG法破損點(diǎn)定位需要在平行和垂直管道方向上均進(jìn)行定位測(cè)試，這些都會(huì)增加測(cè)試時(shí)間。

由表3可知，PCM法共檢測(cè)出7段腐蝕缺陷，與ACVG法對(duì)比發(fā)現(xiàn)，ACVG法中檢測(cè)出的破損點(diǎn)位置和數(shù)量與PCM法檢測(cè)的防腐層等級(jí)并無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。PCM法偏重于防腐層絕緣性能總體評(píng)價(jià)，需與A字架結(jié)合使用，同時(shí)結(jié)合1人即可完成管道路由探測(cè)和破損點(diǎn)檢測(cè)。

2.2 某聯(lián)合站間集輸管道(無(wú)陰保)檢測(cè)結(jié)果及分析

采用ACVG法進(jìn)行防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)，同時(shí)結(jié)合PCM法進(jìn)行管道定位和整體防腐層評(píng)價(jià)測(cè)試，并通過(guò)實(shí)際開(kāi)挖進(jìn)行驗(yàn)證，具體結(jié)果見(jiàn)表4和表5所列。

表4 某聯(lián)合站間ACVG法檢測(cè)結(jié)果

表5 某聯(lián)合站間PCM法檢測(cè)結(jié)果

由表4和表5可知，ACVG法共檢測(cè)出6個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，PCM法共檢測(cè)出5段腐蝕缺陷，雖然管線較之前的單井到聯(lián)合站長(zhǎng)度長(zhǎng)，但總體腐蝕數(shù)量較少，同時(shí)微小腐蝕也較少，主要是由于輸送介質(zhì)為純油，在管壁形成了一層油膜，可降低腐蝕速率。通過(guò)開(kāi)挖驗(yàn)證，破損點(diǎn)的定位和管道實(shí)際的破損點(diǎn)位置雖存在一定偏差，但未出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象，平均偏差0.21 m，定位準(zhǔn)確率均達(dá)到100%，定位精度滿足了后續(xù)修復(fù)相關(guān)要求。

2.3 某聯(lián)合站間集輸管道(全線陰保)檢測(cè)結(jié)果及分析

DCVG法是操作人員攜帶DCVG接收機(jī)，手持探杖一前一后，保持1.5～2.0 m距離，沿管線路由方向前進(jìn)，觀察DCVG接收機(jī)面板上指針擺動(dòng)的大小，對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行定位，隨后根據(jù)采集到的相關(guān)參數(shù)計(jì)算漏點(diǎn)的IR值，IR值綜合了對(duì)地電位以及漏點(diǎn)與測(cè)試樁之間距離等相關(guān)參數(shù)，IR值越大，腐蝕缺陷越嚴(yán)重。同時(shí)由于DCVG法對(duì)管道施加的是不對(duì)稱直流信號(hào)，間斷周期為1 s，其中斷陰極保護(hù)的時(shí)間約為0.67 s，通陰極保護(hù)的時(shí)間約為0.33 s，由此可以判斷電流是流入管道還是流出管道，由此對(duì)管道的腐蝕活性進(jìn)行檢驗(yàn)： 如果有電流流出管道則管體正在發(fā)生腐蝕；反之則管體未發(fā)生腐蝕。管道腐蝕一共有4種情況，其中最危險(xiǎn)的是腐蝕活性為陰極/陽(yáng)極(C/A)和陽(yáng)極/陽(yáng)極(A/A)，這兩種情況下，無(wú)論陰極保護(hù)是否起作用，管道都呈陽(yáng)極，會(huì)造成管道失去電子，加速腐蝕。DCVG法最大的優(yōu)點(diǎn)是能檢測(cè)管道是否正在發(fā)生腐蝕，并檢測(cè)腐蝕活性。CIPS法是通過(guò)對(duì)施加陰極保護(hù)的管線進(jìn)行管地電位測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)陰極保護(hù)有效性的判斷[3-4]，測(cè)量電位結(jié)果有2種，分別是陰極保護(hù)通電時(shí)的電位Von和陰極保護(hù)瞬間斷電時(shí)的電位Voff，其中Voff數(shù)值更有實(shí)際參考價(jià)值，Voff為實(shí)際有效電位。目前，國(guó)內(nèi)外基本采用DCVG法加CIPS法對(duì)陰極保護(hù)管線進(jìn)行腐蝕檢測(cè)和評(píng)價(jià)。

采用DCVG法進(jìn)行防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)，并檢測(cè)裸露管體處的腐蝕活性[5-6]；采用CIPS法檢測(cè)陰極保護(hù)有效性，當(dāng)Voff≤0.85 V時(shí)有效；當(dāng)Voff≤1.25 V時(shí)為過(guò)保護(hù)。由于檢測(cè)該段管線設(shè)有陰極保護(hù)測(cè)試樁5個(gè)，通過(guò)以往的測(cè)試數(shù)據(jù)，這5個(gè)測(cè)試樁受雜散電流干擾波動(dòng)較大，波動(dòng)幅度超過(guò)1 V，因此在采取排流保護(hù)措施之后進(jìn)行測(cè)試，并通過(guò)實(shí)際開(kāi)挖進(jìn)行驗(yàn)證，具體結(jié)果見(jiàn)表6和表7所列。

表6 DCVG法檢測(cè)結(jié)果

表7 CIPS法檢測(cè)結(jié)果

由表6可知，DCVG法共檢出10個(gè)破損點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)全部破損點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證，所有檢測(cè)出的破損點(diǎn)開(kāi)挖后均存在防腐層破損，雖然破損點(diǎn)的定位和管道實(shí)際的破損點(diǎn)位置存在一定偏差，但未出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象，精度均滿足了后續(xù)的修復(fù)要求，且定位精度整體高于ACVG法。DCVG法相比ACVG法和PCM法，最大優(yōu)勢(shì)是可以判斷破損點(diǎn)處的管體是否發(fā)生腐蝕，共發(fā)現(xiàn)6處C/N型破損點(diǎn)，該類破損點(diǎn)當(dāng)陰極保護(hù)電流接通時(shí)可以受到保護(hù)，但在中斷時(shí)恢復(fù)自然狀態(tài)，消耗陰極保護(hù)電流，當(dāng)陰極保護(hù)系統(tǒng)長(zhǎng)期故障或停用時(shí)可能發(fā)生腐蝕；共發(fā)現(xiàn)4處C/A型破損點(diǎn)，當(dāng)陰極保護(hù)電流接通的時(shí)候該類破損點(diǎn)處呈陰性，當(dāng)陰極保護(hù)電流中斷或陰極保護(hù)系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，該類破損點(diǎn)仍保持極化效應(yīng)，消耗陰極保護(hù)電流，但不發(fā)生腐蝕。

由表7可知，CIPS法消除了土壤對(duì)IR降的影響，更加可靠地給出陰極保護(hù)系統(tǒng)有效性，其中5個(gè)陰極保護(hù)測(cè)試樁對(duì)應(yīng)的管段均有不同程度的陰極保護(hù)失效情況，這也是導(dǎo)致外防腐層失效的原因之一。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)3段不同類型集輸管道外腐蝕檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)綜合考慮各項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)的實(shí)施效果、操作難度、實(shí)施費(fèi)用，可以得出： 對(duì)于無(wú)陰極保護(hù)的單井及站間管道的外腐蝕檢測(cè)技術(shù)可采用ACVG加PCM法(ACVG法進(jìn)行破損點(diǎn)定位和評(píng)估破損大小，PCM法評(píng)估整體防腐層質(zhì)量情況)；對(duì)于有陰極保護(hù)的站間管道采用DCVG法加CIPS法(ACVG法進(jìn)行破損點(diǎn)定位、評(píng)估破損大小、評(píng)估管體腐蝕活性，CIPS法評(píng)估陰極保護(hù)有效性)。