油氣管道腐蝕與防護(hù)
 

　　文/何仁洋·中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院壓力管道事業(yè)部
 

　　隨著油氣管道迅猛發(fā)展,管道防腐蝕面臨著嚴(yán)重的形勢(shì),油氣管道腐蝕防護(hù)安全的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系、檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)及腐蝕控制技術(shù)的研究日益受到重視。
 

　　油氣管道指石油天然氣管道，是我國(guó)國(guó)家公共安全的重要組成部分，是我國(guó)特種設(shè)備八大類產(chǎn)品之—,廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極為重要的戰(zhàn)略地位。
 

　　據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道已約有10萬(wàn)公里。在“十二五”末期,我國(guó)油氣管道總長(zhǎng)度將達(dá)到15萬(wàn)公里。
 

　　伴隨著我國(guó)石油天然氣勘探開發(fā)的發(fā)展,開發(fā)條件日益苛刻,川渝氣田、大慶氣田、塔里木油田和長(zhǎng)慶油田等國(guó)內(nèi)多處油氣田開采出的石油天然氣中腐蝕性介質(zhì)的含量也大大增加。
 

　　例如,川東北地區(qū)發(fā)現(xiàn)的氣田群所儲(chǔ)藏的天然氣中H₂S含量為8.8%～17.1%,C0₂含量為0.5%～10.4%。大慶油田原油綜合含水率達(dá)到90%以上。塔里木油田塔北地區(qū)地表多為鹽浸土,且地下水和油田采出水的水質(zhì)較差,是苦咸水,具有高礦化度,C1^-、Fe、C0₂含量高,pH值低等特點(diǎn),對(duì)金屬的腐蝕性很強(qiáng)。
 

　　因此,隨著管道業(yè)迅猛發(fā)展,以及管道腐蝕面臨的嚴(yán)重形勢(shì),采取有效的腐蝕防護(hù)技術(shù)、腐蝕防護(hù)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù),十分緊迫。
 

法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系
 

　　鑒于國(guó)家高度重視壓力管道的重大戰(zhàn)略地位,我國(guó)相繼出臺(tái)了有關(guān)法律、法規(guī)和部門規(guī)章。并依據(jù)這些法律、法規(guī)與安全技術(shù)規(guī)范,配套頒布了相應(yīng)的油氣管道腐蝕防護(hù)安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
 

　　然而,我國(guó)腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)還存在以下問(wèn)題:
 

　　(1)在關(guān)于腐蝕控制方面,缺少環(huán)境應(yīng)力腐蝕控制標(biāo)準(zhǔn)。
 

　　(2)在基于失效模式的檢測(cè)評(píng)價(jià)方面,缺少內(nèi)腐蝕、應(yīng)力腐蝕(含介質(zhì)與環(huán)境)方面的檢測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
 

　　(3)已有的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基本照搬國(guó)外的相關(guān)規(guī)定,缺少試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐,可操作性差。
 

檢監(jiān)測(cè)技術(shù)
 

　　環(huán)境腐蝕性撿測(cè)
 

　　油氣管道經(jīng)過(guò)地區(qū)的環(huán)境腐蝕性主要包括土壤腐蝕和雜散電流腐蝕。
 

　　土壤腐蝕性的檢測(cè)主要集中于兩個(gè)方面:一是確定土壤腐蝕性的單項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)及其測(cè)量手段,二是建立各種管材的土壤腐蝕模式與規(guī)律。在“十二五”期間,國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃綠色制造領(lǐng)域“油氣管道用高強(qiáng)鋼壽命預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究”課題(以下簡(jiǎn)稱863課題),將開展典型酸堿性土壤環(huán)境油氣管道用高強(qiáng)鋼腐蝕評(píng)價(jià)方法研究和應(yīng)力作用下高強(qiáng)鋼油氣管道直流雜散電流腐蝕評(píng)價(jià)方法研究。
 

　　外防腐層不開挖撿測(cè)評(píng)價(jià)
 

　　外防腐層的破壞主要有兩種形式,一是破損,二是剝離。對(duì)于外防腐層破損的檢測(cè)技術(shù)相對(duì)成熟,不開挖檢測(cè)的常用技術(shù)包括:交流電流衰減技術(shù)、密間隔電位測(cè)試(CIPS)、人體電容法(Pearson)、直流電流電壓法、直流電位梯度法(DCVG)等。目前研究的重點(diǎn)在于防腐層剝離的檢測(cè)評(píng)價(jià)。
 

　　陰極保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)評(píng)價(jià)

　　在陰極保護(hù)狀況檢測(cè)方面,主要包括管地電位的測(cè)量和管道沿線電位分布。在“十二五”期間,863課題將開展不同土壤電阻率條件下油氣管道用高強(qiáng)鋼外防腐層與陰極保護(hù)聯(lián)合保護(hù)準(zhǔn)則研究。
 

　　環(huán)境應(yīng)力腐蝕開裂評(píng)價(jià)
 

　　環(huán)境應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)事故往往是突發(fā)性、災(zāi)難性的,因而是災(zāi)害最大的腐蝕形態(tài)之—。
 

　　目前已經(jīng)確定的土壤環(huán)境SCC有兩種,—種是高PH值的SCC;— 種是近中性PH值的SCC。它們的發(fā)生介質(zhì)條件與實(shí)際土壤有關(guān),國(guó)外采用不同的模擬介質(zhì)研究不同的土壤環(huán)境下的SCC,已經(jīng)建立起—套適合國(guó)外土壤環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)方法體系。在“十二五”期間,863課題將開展油氣管道用高強(qiáng)鋼環(huán)境應(yīng)力腐蝕壽命預(yù)測(cè)方法研究。
 

　　腐蝕防護(hù)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)
 

　　在腐蝕防護(hù)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)方法方面,發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視,已建立了遙測(cè)和計(jì)算機(jī)管理等管道綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)外,還具備管道腐蝕、外防腐層老化、破損點(diǎn)、管體安全裕量分析判斷等功能。我國(guó)針對(duì)埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)系統(tǒng),研發(fā)了一些專項(xiàng)綜合評(píng)價(jià)軟件。
 

　　管道本體腐蝕撿測(cè)技術(shù)
 

　　管道本體腐蝕檢測(cè)包括智能內(nèi)檢測(cè)技術(shù)、腐蝕形貌檢測(cè)技術(shù)、基于流場(chǎng)分析的長(zhǎng)輸管道內(nèi)腐蝕預(yù)測(cè)技術(shù)。這三種技術(shù)在國(guó)外都已經(jīng)有較為成熟的理論和技術(shù)手段,我國(guó)已經(jīng)開展研究并有相應(yīng)技術(shù)成果開始應(yīng)用的只有智能內(nèi)檢測(cè)技術(shù),其他兩項(xiàng)還未有涉及。“十二五”期間,863課題將開展油氣管道高強(qiáng)鋼內(nèi)腐蝕壽命預(yù)測(cè)方法研究,這將填補(bǔ)對(duì)基于流場(chǎng)分析的長(zhǎng)輸管道內(nèi)腐蝕預(yù)測(cè)技術(shù)的空白。
 

　　油氣管道變形監(jiān)測(cè)技術(shù)
 

　　變形監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在油氣管道中的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)指利用現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損傷的監(jiān)測(cè)方式獲得結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息,通過(guò)對(duì)包括結(jié)構(gòu)響應(yīng)在內(nèi)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)特性分析,達(dá)到檢測(cè)結(jié)構(gòu)損傷或退化的目的。它涉及傳感技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、信號(hào)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊通信技術(shù)、模式識(shí)別等多個(gè)研究方向,可以分為三個(gè)階段。通過(guò)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行,可實(shí)時(shí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)的整體行為,對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷位置和程度進(jìn)行診斷,開展智能評(píng)估,并發(fā)出預(yù)警信號(hào),為結(jié)構(gòu)的維修、養(yǎng)護(hù)與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。
 

　　目前,發(fā)達(dá)國(guó)家的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入第三階段,而我國(guó)油氣管道變形監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)處于起步階段。
 

腐蝕防護(hù)控制技術(shù)
 

　　輸送未凈化油氣的集輸管道和長(zhǎng)輸管道,主要腐蝕形式為內(nèi)腐蝕和環(huán)境腐蝕。輸送凈化后的油氣的長(zhǎng)輸管道,主要腐蝕形式為環(huán)境腐蝕。
 

　　內(nèi)腐蝕控制技術(shù)
 

　　內(nèi)腐蝕是由于介質(zhì)腐蝕引起的,其主要的防腐手段是采用內(nèi)涂層。同時(shí),對(duì)輸氣管道來(lái)說(shuō),內(nèi)涂層的應(yīng)用還可以減少輸送阻力,提高輸送能力。經(jīng)過(guò)幾十年的應(yīng)用發(fā)展,管道內(nèi)涂層的涂料生產(chǎn)和施工技術(shù)日趨成熟。
 

　　我國(guó)開展了大量的管道內(nèi)涂層技術(shù)研究。但與國(guó)外相比,在涂料生產(chǎn)、涂覆工藝、施工機(jī)具、施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和涂層質(zhì)量檢驗(yàn)等方面還存在—定的差距。
 

　　環(huán)境腐蝕控制技術(shù)
 

　　對(duì)于環(huán)境腐蝕,埋地金屬管道均采用防腐層與陰極保護(hù)的聯(lián)合防護(hù)方法。近10年來(lái),我國(guó)在建的長(zhǎng)輸管道基本采用熔結(jié)環(huán)氧粉末技術(shù)或聚乙烯防腐蝕層。
 

結(jié)束語(yǔ)
 

　　綜上所述,我國(guó)油氣管道腐蝕防護(hù)的安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)理論研究、檢測(cè)方法研究、新技術(shù)應(yīng)用方面開展了大量的、系統(tǒng)性的、關(guān)鍵性的重大科技攻關(guān),相關(guān)科研成果得到了具體應(yīng)用。