摘　要：由于海洋環境的復雜性，棄置回收的海底管道數量很少，回收完整且進行腐蝕分析和力學性能試驗的管道就更少。注水海管比輸油海管面臨更大壓力、更多腐蝕因素的介質。因此，利用棄置某注水海底管道的結構信息、運行參數，對可能存在的風險進行分析，選取典型的管道進行宏觀形貌檢查、理化性能檢測和屈曲特性、剩余強度、剩余壽命分析。結果表明已達到設計使用壽命的管道目前理化性能基本符合技術規格書的要求，現有防腐措施有效，可繼續服役年限在15年以上。本文也對海底管道內、外防腐工藝進行了分析對比，為現行設計和施工提供參考依據，并針對性的提出了腐蝕控制和完整性管理建議。

主題詞：海底管道；腐蝕；風險分析；理化性能檢測

某海底注水管道2003年6月份投產，設計使用壽命15年，材質X56，服役16年，已達到設計壽命，2019年經棄置處理后拆除回收。對回收的管道進行研究，可以直接準確地得到整條管道的腐蝕狀況，這對于具有相同結構和工藝的管道以及在相同服役條件下的管道的運行管理具有重要意義[1，2]。因此，進行內外腐蝕宏觀檢查和理化性能檢測，以獲取海管長期服役運行后的腐蝕情況和理化性能數據，針對性提出海管完整性管理方面的建議，為具有相同結構和工藝的海管以及在相同服役條件下的海管的安全運行提供參考和，保障海上油田安全生產。

1 海底管道基礎信息

該海底注水管道總長約541m，設計壽命15年，投產時間為2003年。立管段及海底平管段兩端（36米）采用雙層管保溫結構，內外管之間為泡沫黃夾克保溫材料（厚度40mm），海底平管段中間段為單層管結構，雙層管到單層管均采用錨固件過渡。雙層管內管和單層管均采用114×10 API 5L X56 PSL2無縫鋼管，雙層管外管采用？273×19 API 5L X56 PSL2無縫鋼管。雙層管的外管外壁采用環氧富鋅底漆+玻璃布進行防腐，此外，該海管外壁還采用犧牲陽極（鋁-鋅系合金犧牲陽極）陰極保護方法進行防腐。管道雙層管內管和單層管的內壁均有防腐涂層，節點采用玻璃鋼內補口接頭。

2 腐蝕宏觀檢查

該海底注水管道結構復雜、管道類型多，經對回收管段現場勘察和篩選，選取具有典型性和代表性的管段進行外壁和內壁腐蝕宏觀檢查。

2.1 外腐蝕宏觀檢查

根據對該海底注水管段回收管段結構調研及現場勘察，從回收管段中選取具有典型性和代表性的立管上端單層管與雙層管過渡管段（水上）、潮差段硫化橡膠加強防腐立管段（水上）、帶犧牲陽極雙層管管段（水下）、雙層管與單層管過渡管段（水下）、單層管管段（水下）、單層管節點（水下）進行外壁腐蝕宏觀檢查。

2.1.1 立管錨固件

圖1為立管上端單層管與雙層管過渡管段的外觀，該管段層管與雙層管之間采用錨固件連接過渡。單層管采用巖棉進行保溫，未觀察到有防腐層，巖棉破損嚴重；雙層管外壁有玻璃布，玻璃布老化破損、形成裂隙并有剝離脫落，立管外壁生成一層紅褐色腐蝕產物；氯丁橡膠表面基本完好、無宏觀可見的破損。

圖1 立管上端單層管與雙層管過渡管段的外觀

圖2為去除外壁巖棉和玻璃布后的宏觀形貌，單層管與雙層管上半部分外壁大部分位置呈現密密麻麻的點狀腐蝕坑，但腐蝕坑都不深。這種外壁腐蝕形貌，與單層管采用巖棉進行保溫有關。

圖2 立管上端單層管與雙層管過渡管段去除巖棉和玻璃布防腐層后的宏觀形貌

2.1.2 潮差段硫化橡膠加強防腐立管段

圖3為潮差段硫化橡膠加強防腐立管段的外觀，玻璃布防腐層老化破損、外壁生成一層紅褐色腐蝕產物，而氯丁橡膠表面基本完好、無宏觀可見的破損。

圖3 潮差段硫化橡膠加強防腐立管段的外觀

圖4為去除硫化橡膠和玻璃布防腐層后的宏觀形貌，上半部分無氯丁橡膠加強防腐的管段腐蝕嚴重，而下半部分有氯丁橡膠加強防腐的管段沒有腐蝕。

圖4 潮差段硫化橡膠加強防腐立管段去除硫化橡膠和玻璃布防腐層后的宏觀形貌

2.1.3 帶犧牲陽極雙層管管段

圖5為帶犧牲陽極雙層管管段的外觀，犧牲陽極基本消耗殆盡、幾乎無殘留；管段外防腐層表面附著有大量的貝殼等海生物，從而使防腐層部分位置遭到破壞。管段外防腐層上還附著有泥沙。

圖5 帶犧牲陽極雙層管管段的外觀

圖6是去除犧牲陽極和玻璃布防腐層后的宏觀形貌，管段外壁大部分位置裸露出金屬光澤，間或有紅褐色的鐵銹和呈點狀分布的微小較淺的局部腐蝕坑；犧牲陽極安裝焊接墊片與管段之間也未發現有明顯的局部腐蝕坑，表現出均勻腐蝕的特征。

圖6 帶犧牲陽極雙層管管段去除犧牲陽極和玻璃布防腐層后的宏觀形貌

2.1.4 雙層管與單層管過渡管段

圖7是雙層管與單層管過渡管段的外觀，雙層管外壁為玻璃布防腐層，表面附著有海生物和泥沙，防腐層有部分破損和剝落，管段裸露處表面有一層紅褐色的銹；單層管為彎頭，采用熱收縮套進行防腐防水，熱收縮套外表面也有海生物和泥沙附著，熱收縮套發生老化很容易被撕開，熱收縮套之間密封較差、有張口，單層管彎頭表面也有銹生成。

圖7 雙層管與單層管過渡管段的外觀

圖8是去除玻璃布防腐層和熱收縮套后的宏觀形貌，雙層管與單層管外壁大部分位置裸露出金屬光澤，零星分布有微小較淺的局部腐蝕坑，但過渡部分表面有一層較厚的紅褐色的鐵銹，表明熱收縮套防水性能較差。

圖8 雙層管與單層管過渡管段去除玻璃布防腐層和熱收縮套后的宏觀形貌

2.1.5 單層管管段

圖9是單層管管段的外觀，單層管采用與雙層管不同的外防腐層（2PE），外防腐層上零星附著有貝殼等海生物，外防腐層表面有回收過程中拖拽等導致的劃痕，但未發現有宏觀可見的破損和管段表面裸露。

圖9 單層管管段的外觀

圖10是去除保溫層后的宏觀形貌，管段外壁有一層灰色涂層，涂層完好（白色的劃痕是去除防腐層時所致），表面光滑平整，沒有腐蝕跡象。該管道防腐層為高氯化聚乙烯防腐漆（加強級3PE防腐層），從使用來看防腐效果很好。

圖10 單層管管段去除防腐層后的宏觀形貌

2.1.6 單層管節點管段

圖11是單層管節點管段的外觀，單層管節點管段采用熱收縮套進行防腐，熱收縮套上附著有貝殼等海生物且存在老化翹皮現象，但未發現有宏觀可見的管段表面裸露。

圖11 單層管節點的外觀

圖12是去除熱收縮套后的宏觀形貌，節點管段外壁有一層紅褐色的浮銹，經打磨去除后裸露出銀白色金屬光澤，管段環焊縫與管體外壁的形貌一致，整體上未發現局部腐蝕。

圖12 單層管節點外壁去除熱收縮套后的宏觀形貌

2.2 內腐蝕宏觀檢查

該海底注水管道雙層管內管和單層管的管體內壁均有一層涂層，經檢查所有雙層管內管管體和單層管管體的內壁形貌完全相同。而節點采用了玻璃鋼內襯接頭，因此節點的內壁形貌與管體存在明顯不同。

2.2.1 雙層管內管管體和單層管管體

圖13和圖14分別是雙層管內管管體和單層管管體的內壁宏觀形貌，管體內壁表面均分布有一層較厚的油膜，用抹布將表面的黑色油膜擦凈后，涂層裸露出來，涂層均表面光滑平整、無任何破損。雙層管內管管體和單層管管體的內壁均無腐蝕。該管道內防腐層為塞克-54涂料，從使用來看防腐效果極好。

圖13 雙層管內管管體的內壁宏觀形貌

圖14 單層管管體的內壁形貌

2.2.2 雙層管內管節點和單層管節點

圖15是雙層管內管節點和單層管節點的內壁宏觀形貌，節點鋼管內壁安裝有玻璃鋼內襯套管。去除玻璃鋼內襯套管內壁的污物后，玻璃鋼內襯套管表面完好無破損。玻璃鋼套管與鋼管內壁之間貼合緊密，兩端采用橡膠密封圈密封，防止水和腐蝕介質進入玻璃管內襯套管與鋼管之間。從拆開的玻璃鋼內襯套管外壁與鋼管內壁的形貌看，鋼管內壁有一薄層紅褐色的腐蝕產物，并且玻璃管內襯套管外壁也附著有一薄層紅褐色的腐蝕產物，但腐蝕屬于均勻腐蝕，沒有發現局部腐蝕坑，這表明橡膠密封圈使用16年后的密封效果較好，盡管還有部分的水汽和腐蝕物質進入玻璃鋼內襯套管和鋼管之間的間隙，但發生的是均勻腐蝕，沒有發生縫隙腐蝕等腐蝕速率極快的局部腐蝕。

圖15 某注水海管單層管節點內壁宏觀形貌

3 理化性能檢測

從該海底注水海管回收管段上取樣進行理化性能試驗，檢驗海管長期服役后理化性能是否仍滿足海管設計技術規格書的要求。

3.1 金相組織檢驗

從該海底注水管道回收管段取樣，采用金相倒置顯微鏡，按照GB/T 13298-2015標準進行金相組織檢驗，結果見表1及圖16～圖18[3]。檢驗結果表明：該海底注水管道管體及焊接接頭金相組織均屬于正常組織，不存在危害鋼管及焊接接頭性能的存在異常組織（如魏氏組織）[4，5]。

表1 海底注水管道回收管段金相組織檢驗結果

圖16 回收管段（左：雙層管外管；中：雙層管內管；右：單層管）管體金相組織形貌

圖17 雙層管外管焊接接頭（左：焊縫；中：熔合區；右：細晶區）金相組織形貌

圖18 單層管焊接接頭（左：焊縫；中：熔合區；右：細晶區）金相組織形貌

3.2 化學成分分析

從該海底注水管道回收管段取樣，采用直讀光譜儀，結果見表2。試驗結果表明：該海底注水管道的化學成分均符合技術規格書的要求。

表2 海底注水管道回收管段化學成分分析結果（單位：wt%）

 

3.3 室溫拉伸性能試驗

從該海底注水管道回收管段取樣，采用萬能材料試驗機，結果見表3。試驗結果表明：該海底注水管道的室溫拉伸性能符合海管技術規格書的要求。

表3 海底注水管道回收管段拉伸性能試驗結果

 

3.4 沖擊性能試驗

從該海底注水管道回收管段取樣，采用擺錘沖擊試驗機，結果見表4。試驗結果表明：該海底注水管道除了雙層管外管焊接接頭的沖擊性能低于技術規格書要求外，雙層管內管管體、單層管管體和焊接接頭的沖擊性能符合技術規格書的要求。

表4 海底注水管道回收管段拉伸性能試驗結果

 

3.5 硬度試驗

從該海底注水管道回收管段取樣，采用維氏硬度試驗機，管體和焊接接頭的檢驗（壓痕）位置分別見圖19和圖20，結果分別見表5和表6。試驗結果表明：該海底注水管道管體和焊接接頭的硬度均符合技術規格書的要求。

圖19 管體檢驗（壓痕）位置示意圖

圖20 焊接接頭檢驗（壓痕）位置示意圖

表5 海底注水管道回收管段管體的硬度試驗結果（HV5）

表6 海底注水管道回收管段焊接接頭的硬度試驗結果（HV5）

 

4 結論與建議

4.1 結論

（1）海底注水管道立管上端單層管及其與雙層管過渡位置外腐蝕嚴重，現有涂層防腐方式在大氣區和飛濺區防腐效果較差；硫化橡膠加強防腐部分的立管無外腐蝕，無硫化橡膠加強防腐部分的立管存在較嚴重外腐蝕。

（2）雙層管外管外壁的犧牲陽極消耗完全，玻璃布存在老化破損，外壁發生輕微腐蝕；雙層管與單層管過渡管段、單層管節點管段的熱收縮套存在破損、翹皮或張口，密封性不好，管段外壁呈均勻腐蝕，無明顯較深較大的局部腐蝕坑；單層管的外防腐層無宏觀可見的破損，管段無外腐蝕。

（3）該海底注水管道雙層管內管和單層管的內涂層完好無破損，不存在內腐蝕；節點的玻璃鋼內襯套管完好，玻璃鋼內襯套管與鋼管之間有密封膠圈，海管輸送介質中的固體雜質在玻璃鋼內襯套管兩端外的鋼管表面沉積，鋼管內壁存在腐蝕，但未發現較明顯的局部腐蝕坑。

（4）該海底注水管道回收管段除了雙層管外管焊接接頭的沖擊性能低于技術規格書要求外，其他管段的理化性能均符合技術規格書的要求。

（5）總體來看，材質為X56海底注水管道以均勻腐蝕為主，壁厚減薄量較小，管材的各項性能均能滿足繼續服役使用要求，可繼續服役剩余壽命15年。

4.2 建議

（1）對于大氣區和飛濺區已經腐蝕嚴重的管段，在不進行噴砂除銹的情況下，選用低表面處理防腐涂料的方式進行涂刷。新建或更換的海管立管和附件建議選用新的防腐蝕材料，滿足長效防腐要求。

（2）同時期建設、采用相同結構和防腐工藝、目前仍在役且預期延長服役的海管，在延期服役前應開展立管上端單層管、無硫化橡膠加強防腐的立管部分、海管結構過渡位置及節點等位置的腐蝕檢測評估工作，經檢測評估確認安全后方可延期服役。

（3）內涂層是防止管道內腐蝕的有效措施，今后在新建注水管道、集輸管道、混輸海管等可能遭受嚴重內腐蝕的管道時可考慮采用。

（4）新建管道時加強現場焊接、管道結構過渡位置及節點的外防腐處理的質量控制。

（5）設計部門應對海底管道過渡段熱收縮套工藝進行論證和改進，選用更適合海上施工的工藝進行密封。

（6）為確保目前服役期的海底管道安全運行，建議加強可檢測管段的焊縫位置的檢測，在條件許可的情況下，開展同類型管道的內檢測，并重點關注易發生沖蝕位置的管道內腐蝕情況。在同類型管段管道的日常運行中，應當切實執行完整性管理措施，加強監控，預防管道發生受外力破壞等第三方破壞風險。

參考文獻

[1] 金磊。某海底輸氣管道回收段的腐蝕評價[J].腐蝕與防護，2017，38（4）：301-305.

[2] 馮勝，曲偉首，金磊，等。某海底油水混輸管道回收管段的腐蝕檢測評價[J].腐蝕與防護，2019,40（11）： 838-844.

[3] 金屬顯微組織檢驗方法：GB/T 13298-2015[S].

[4] 劉超，張星星，劉泉林，等。魏氏組織對焊接接頭縫隙腐蝕的影響[J].金屬熱處理，2018,43（02）： 111-115.

[5] 王志超，孫維連，孫鉑。45鋼筋連接套筒開裂失效分析[J].熱加工工藝，2018,47（12）： 248-251.