燕冰川 任重 賈光明 張海亮

中國(guó)石油管道公司

摘要：針對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道面臨的內(nèi)腐蝕特別是點(diǎn)蝕和針孔問(wèn)題，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外油氣管道內(nèi)腐蝕研究現(xiàn)狀、主要機(jī)理，概括了長(zhǎng)輸油氣管道內(nèi)腐蝕控制標(biāo)準(zhǔn)和主要的防控技術(shù)。針對(duì)點(diǎn)蝕和針孔，分別開(kāi)展了內(nèi)檢測(cè)器牽引試驗(yàn)、超聲測(cè)厚檢測(cè)試驗(yàn)、壓力試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入分析。從完整性評(píng)價(jià)的角度，對(duì)點(diǎn)蝕和針孔進(jìn)行了全方位剖析。在此基礎(chǔ)上，提出了國(guó)內(nèi)管道針對(duì)內(nèi)腐蝕防控的合理建議，可為油氣管道完整性管理和內(nèi)腐蝕管理向前發(fā)展提供決策支持和技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：油氣長(zhǎng)輸管道；內(nèi)腐蝕；牽引試驗(yàn)；壓力試驗(yàn)

近年來(lái)，由于內(nèi)腐蝕而引發(fā)的管道失效事件逐漸顯現(xiàn)。部分新建管道尚未正式投產(chǎn)，置放時(shí)間較長(zhǎng)后，投產(chǎn)階段即發(fā)生內(nèi)腐蝕穿孔，老齡管道內(nèi)腐蝕失效更為嚴(yán)重。不僅站外管道，站內(nèi)工藝管道也多發(fā)管道內(nèi)腐蝕泄漏[1]。失效分析表明，泄漏點(diǎn)出現(xiàn)在管道爬坡段和相對(duì)位置低點(diǎn)，尺寸很小，不易發(fā)現(xiàn)，屬于點(diǎn)蝕和針孔范疇。如何發(fā)現(xiàn)并防控此類(lèi)缺陷，風(fēng)險(xiǎn)是否能夠承受，承壓能力如何，是管道管理者面臨和需要解決的難題。

1  管道內(nèi)腐蝕研究現(xiàn)狀與主要防控措施

據(jù)研究分析，微生物在沉積水中大量繁殖，是成品油內(nèi)腐蝕的主要成因；而輸送工藝易于形成沉積水腐蝕環(huán)境，則是管線嚴(yán)重內(nèi)腐蝕的主要因素。陳韶華[2]等人認(rèn)為造成管道腐蝕穿孔的直接原因是原油中含有一定礦化度的水,在原油輸送過(guò)程中逐漸沉積在線路低洼處的管道底部，造成腐蝕穿孔。

歐洲成品油管道的內(nèi)腐蝕分析認(rèn)為，水是導(dǎo)致管道發(fā)生內(nèi)腐蝕的主要原因。如在彎管附近、閥門(mén)、低洼管段、站內(nèi)復(fù)雜管網(wǎng)等特殊部位，電化學(xué)腐蝕的危害要遠(yuǎn)高于正常環(huán)境，加之與微生物腐蝕的綜合作用下，其內(nèi)腐蝕速率要高于管道正常環(huán)境的幾倍甚至幾十倍。

若水中同時(shí)含有O2和CO2時(shí)，管材的腐蝕會(huì)更嚴(yán)重。原油中活性硫含量越高腐蝕性越強(qiáng)，活性硫含量不同還會(huì)導(dǎo)致在不同溫度范圍內(nèi)腐蝕速率隨溫度變化的敏感性不同。水中對(duì)腐蝕起促進(jìn)作用的有害離子如Cl-含量越高，發(fā)生局部腐蝕的幾率越高。原油中的雜質(zhì)較多，沉積后造成氧濃差電池有利于局部腐蝕的萌生，加速腐蝕穿孔[3]。

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)內(nèi)腐蝕控制的標(biāo)準(zhǔn)有，GB/T23258—2009《鋼制管道內(nèi)腐蝕控制規(guī)范》（采標(biāo)NACE SP0106—2006《Control of Internal Corrosion in Steel Pipelines and Piping Systems》）SY/T 0087.2—2012《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 埋地鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)》。近年來(lái)，內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)技術(shù)、內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)等已成為研究和應(yīng)用熱點(diǎn)，但效果不理想[4-8]。

針對(duì)管道建設(shè)、施工和投產(chǎn)期的內(nèi)腐蝕防護(hù)措施，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有明確規(guī)定。目前歐洲所采取的防護(hù)措施主要有封閉存放、應(yīng)用氣相緩蝕劑和防銹油。針對(duì)因施工原因產(chǎn)生的雜質(zhì)問(wèn)題，目前歐洲通常采用嚴(yán)格的建設(shè)施工標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管措施，用行政手段去抑制施工雜質(zhì)的導(dǎo)入[9]。

運(yùn)營(yíng)期管道內(nèi)腐蝕控制措施主要包括：控制腐蝕介質(zhì)、加強(qiáng)清管頻次、添加緩蝕劑、使用內(nèi)涂層和耐蝕合金等，目前國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)只針對(duì)油品本身有質(zhì)量要求，尚缺乏針對(duì)腐蝕介質(zhì)的控制指標(biāo)。國(guó)外主要采取的措施有投注緩蝕劑（殺菌劑）、主動(dòng)殺菌設(shè)備、內(nèi)涂層、油品脫水、清管等。從源頭上控制油品中水含量也是降低內(nèi)腐蝕有效的方法，但是對(duì)油品進(jìn)行脫水處理成本較高，不易實(shí)現(xiàn)。

2  內(nèi)檢測(cè)技術(shù)對(duì)點(diǎn)蝕的適用性

為了驗(yàn)證漏磁內(nèi)檢測(cè)器對(duì)點(diǎn)蝕的適用性，有必要開(kāi)展?fàn)恳�試�?yàn)。本次牽引試驗(yàn)以近期管道上實(shí)際出現(xiàn)的失效案例為基礎(chǔ)，加工了包括針孔、小尺寸點(diǎn)蝕（≤2A×2A）、焊縫異常、補(bǔ)焊特征等非常規(guī)的缺陷（特征），旨在評(píng)估現(xiàn)有（漏磁）內(nèi)檢測(cè)技術(shù)對(duì)此類(lèi)缺陷的檢測(cè)能力，評(píng)估常規(guī)的尺寸量化模型的適用性。由于涉及檢測(cè)商的檢測(cè)能力評(píng)價(jià)，因此以下部分對(duì)不同檢測(cè)商采用A、B、C、D和E代稱。加工的缺陷大多數(shù)位于各檢測(cè)商公布的檢測(cè)性能指標(biāo)之外，只有A、B、C三家給出了部分尺寸范圍的檢測(cè)性能指標(biāo)，對(duì)該部分按照SY/T 6597 內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)的鑒定進(jìn)行了評(píng)價(jià)。對(duì)于性能指標(biāo)之外的缺陷僅作概要的統(tǒng)計(jì)分析，評(píng)估現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀及改進(jìn)方向。檢出率與缺陷尺寸間對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

圖1 點(diǎn)蝕和針孔牽引試驗(yàn)結(jié)果

主要試驗(yàn)結(jié)論如下。

（1）硬件配置。通過(guò)查看檢測(cè)數(shù)據(jù)，顯示目前各檢測(cè)公司信號(hào)通道數(shù)在72-120。通道數(shù)與信號(hào)的環(huán)向分辨率相關(guān)，對(duì)于針孔、軸向溝紋等缺陷影響較大，通常來(lái)說(shuō)環(huán)向通道數(shù)越多，可檢測(cè)的缺陷尺寸（面積）就越小，這一點(diǎn)從各家報(bào)告的針孔、環(huán)向溝紋數(shù)量得到一定的驗(yàn)證。

（2）綜合各公司點(diǎn)蝕、針孔的檢測(cè)報(bào)告情況，對(duì)于此次牽引試驗(yàn)，各家報(bào)告的檢測(cè)邊界線對(duì)于≥4 mm的缺陷具有較好的檢出率。對(duì)于直徑小于 4 mm的，深度如果超過(guò)40%或者60%也有可能探測(cè)到。對(duì)于檢出率各家公司最高相差10%左右，總體檢出情況較為接近，應(yīng)該代表了目前漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的整體水平。

（3）點(diǎn)蝕。共加工33處，直徑10~20 mm。

檢出率方面，A、B、C、D均全部檢測(cè)到，檢出率100%，E公司報(bào)告32處，檢出率97%，可以認(rèn)為五家公司對(duì)于缺陷的檢出占比基本一致。深度偏差方面，偏差±10%wt以內(nèi)的C公司占比最高26/33，其次是E公司19/33，A公司18/33，B、D公司12/33。報(bào)告結(jié)果顯著偏低，且分散性較大。

以上牽引試驗(yàn)的結(jié)果表明，針對(duì)點(diǎn)蝕和針孔型的腐蝕缺陷，各家檢測(cè)公司的檢出率和檢測(cè)精度存在一定的差異，應(yīng)根據(jù)實(shí)際管道的內(nèi)腐蝕情況選擇合適的檢測(cè)公司。

3  外檢測(cè)技術(shù)對(duì)點(diǎn)蝕的適用性

超聲測(cè)厚儀是目前應(yīng)用于內(nèi)腐蝕深度檢測(cè)最常用的工具，超聲探頭最小直徑為6 mm，測(cè)量的是探頭覆蓋面的平均壁厚。對(duì)于尺寸較大（1 cm）的點(diǎn)蝕，在已知存在缺陷的情況下，內(nèi)腐蝕定位和檢測(cè)困難，對(duì)于針孔缺陷(人造5處），在已知準(zhǔn)確位置情況下，需調(diào)整測(cè)厚儀參數(shù)才可檢測(cè)出。

針對(duì)某條管道內(nèi)腐蝕，截取長(zhǎng)度48.6 cm，點(diǎn)蝕坑數(shù)量共38個(gè)。采用深度規(guī)測(cè)量每個(gè)點(diǎn)蝕坑的深度，并采用直尺測(cè)量點(diǎn)蝕坑的長(zhǎng)度和寬度，然后采用內(nèi)腐蝕開(kāi)挖驗(yàn)證常用的超聲波測(cè)厚儀，從管道外壁測(cè)量每處點(diǎn)蝕位置的壁厚最小值，測(cè)量結(jié)果偏小。差異大部分在10%以上，均值為18.74%（圖2）。

圖 2  內(nèi)腐蝕超聲測(cè)厚試驗(yàn)

4 小尺寸內(nèi)腐蝕壓力試驗(yàn)

為了加深對(duì)點(diǎn)蝕或針孔內(nèi)腐蝕的認(rèn)知，開(kāi)展了6次水壓試驗(yàn)，包含5處人造缺陷和1處真實(shí)缺陷。試驗(yàn)情況如表 1所示。

典型的人造缺陷形貌和打壓后開(kāi)裂情況以及試驗(yàn)時(shí)壓力曲線如圖3所示。6次壓力試驗(yàn)均打壓到18 MPa以上，管體發(fā)生明顯屈服。

圖3 內(nèi)腐蝕壓力試驗(yàn)

6次水壓試驗(yàn)在針孔型金屬損失上均未發(fā)生泄漏。打壓試驗(yàn)壓力遠(yuǎn)超現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定的缺陷安全壓力。根據(jù)ASME B31G—2012 《腐蝕管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)手冊(cè)》的方法，結(jié)合早期ASME B31G的方法，對(duì)打壓試驗(yàn)中所有缺陷，評(píng)定的人造缺陷最大爆破壓力為12.83 MPa，最大安全壓力為9.22 MPa，評(píng)定的真實(shí)缺陷的最大爆破壓力為12.74 MPa，最大安全壓力為9.17 MPa。發(fā)生的兩次打爆均為焊接缺陷管段的焊縫，此兩處焊縫均為試驗(yàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)焊接，焊接條件較差，焊接工藝也與在役管道焊縫不同。

現(xiàn)有金屬損失安全評(píng)價(jià)公式均來(lái)源于ASME B31G或與其類(lèi)似，其公式參數(shù)來(lái)自國(guó)外公司及行業(yè)機(jī)構(gòu)的真實(shí)打壓試驗(yàn)，屬于行業(yè)認(rèn)可的評(píng)價(jià)方法，但主要適用于一般類(lèi)型的腐蝕缺陷。此次一系列水壓試驗(yàn)表明針孔類(lèi)型的小尺寸金屬損失缺陷比一般類(lèi)型的金屬損失缺陷承壓能力強(qiáng)。

5  結(jié)論和建議

漏磁內(nèi)檢測(cè)對(duì)點(diǎn)蝕和針孔型內(nèi)腐蝕的檢出率在70%左右，檢測(cè)誤差在10%以上，應(yīng)結(jié)合牽引實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)不同的檢測(cè)管道選擇合適的內(nèi)檢測(cè)提供商。超聲測(cè)厚外檢測(cè)技術(shù)對(duì)于點(diǎn)蝕或針孔適用性差，檢出率低且給出缺陷深度普遍低于實(shí)際尺寸。通過(guò)打壓試驗(yàn)并不能評(píng)估并消除針孔缺陷風(fēng)險(xiǎn)，針孔對(duì)管道承壓基本無(wú)影響，主要風(fēng)險(xiǎn)在于快速發(fā)展至泄漏，由于針孔泄漏量較小，很難在短時(shí)間發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展后更容易造成環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

建議存在較高內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的位置，安裝高靈敏度的超聲探頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握管道腐蝕現(xiàn)狀和管道狀態(tài)，以便采取合適的防控措施。針對(duì)內(nèi)腐蝕較為嚴(yán)重的液體管線，建議測(cè)量清管產(chǎn)物中的腐蝕產(chǎn)物量和種類(lèi)、細(xì)菌含量和含水量，判斷管道的內(nèi)腐蝕狀態(tài)和清管的效果，適當(dāng)調(diào)整清管周期，控制管道內(nèi)腐蝕速率。

建議從源頭上控制內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，降低建設(shè)特別是水壓試驗(yàn)與投產(chǎn)時(shí)間間隔，注意管道建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)存放時(shí)兩端密封防止進(jìn)水，分析油管道開(kāi)展壓力試驗(yàn)后干燥的必要性。由于站內(nèi)工藝管道的特殊性，存在死油段或備用段，建議運(yùn)營(yíng)方重視站內(nèi)管道內(nèi)腐蝕泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，提前預(yù)防。建議針對(duì)國(guó)家和行業(yè)內(nèi)腐蝕防控相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合近年來(lái)失效案例和研究成果，進(jìn)行完善和提高，滿足管道運(yùn)營(yíng)企業(yè)的需求。

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作者：燕冰川， 1979年生，博士，高工，從事長(zhǎng)輸油氣管道的完整性管理工作。

《管道保護(hù)》2018年第2期（總第39期）