工業煤氣管道局部腐蝕檢測及復合材料修復方法

楊煜廣 顧素蘭 何 磊

（上海金藝檢測技術有限公司）

工業煤氣管道局部腐蝕檢測及復合材料修復方法

楊煜廣*顧素蘭 何 磊

（上海金藝檢測技術有限公司）

隨著使用年限的增加，工業煤氣管道尤其是高爐煤氣管道由于管道內壁局部腐蝕引起的泄漏事故時有發生。主要針對高爐煤氣管道的局部腐蝕缺陷，介紹了一種有效的檢測方法，并結合實例介紹了采用復合材料在不停輸情況下對管道缺陷進行修復的方法。

煤氣管道 局部腐蝕 檢測 修復 超聲波 碳纖維

0 前言

工業煤氣管道數量較多，其煤氣介質包括高爐煤氣（BFG）、 焦爐煤氣（COG）、 轉爐煤氣（LDG）和CRG等。大部分管道中煤氣介質的壓力遠低于0.1 MPa，未納入特種設備的壓力管道管理范疇。

由于煤氣成分復雜，主要包括H2，CO，CO2，CH4，O2， N2，H2S， NH3，HCN， NO，還有水、 氯化銨、萘、焦油等。其中，CO2、H2S等氣體與煤氣冷凝水結合易形成酸性腐蝕環境[1]，特別是高爐煤氣管道，極易造成管道的內壁腐蝕。管壁表面尤其是腐蝕孔洞及周圍區域的管壁內表面，往往有一層很厚的（1～3 mm左右）、疏松多孔的腐蝕產物。這些腐蝕產物與管壁基體沒有明顯的分界面，用工具可以很容易地將這些黃褐色腐蝕產物從管內壁剝下。將腐蝕產物從管內壁剝除后，裸露的管壁不是平整光滑的，而是呈 “蜂窩狀”和 “潰瘍狀”，通常在一個相當大的凹坑內有許多密集的小凹坑或小蜂窩。

通過對管道內壁腐蝕情況觀察可知，管道內壁腐蝕既有大面積的 “均勻腐蝕”，也有嚴重的 “局部凹坑腐蝕”，而 “局部凹坑腐蝕”的危害更為嚴重。內壁腐蝕是最具有破壞性和隱藏性的管道腐蝕形態之一，常常使得管道在整體失重還很小的情況下，形成穿孔產生泄漏。

近年來，由管道局部腐蝕引起的穿孔泄漏情況時有發生，嚴重影響了管道的安全運行，因此，有必要定期對管道進行局部腐蝕檢測。對于管道內壁的局部腐蝕，普通的巡檢無法從外觀上判斷，只有采用專業的檢測手段才能實現。

1 檢測方法

由圖1可見，管道內壁的 “局部凹坑腐蝕”呈點狀分布，如采用常規的超聲測厚，較難檢測到點狀腐蝕的嚴重區域。因此，采用超聲C掃描技術進行檢測，可以在不停機的情況下對煤氣管道點狀的局部腐蝕進行精確定位和定量。

圖1 煤氣管道內壁的局部腐蝕

超聲C掃描檢測技術是一種利用超聲波的聲學特性并結合運動編碼信息，通過電腦集成化系統，對超聲信號進行一系列的分析處理，獲得缺陷在不同深度層面上的二維聲學圖像的先進檢測方法，圖2所示為超聲C掃描檢測系統。從所顯示的二維圖像上可以直觀地看到在一定深度層面上缺陷的形狀、位置、分布及取向。根據缺陷圖像和所選擇的掃描參數可以得到缺陷在層面各個方向上的尺寸，包括長度、寬度及單個分散缺陷的大小、密集缺陷的分布范圍等。此種方法檢測可對所檢區域進行100%檢測，檢測點狀局部腐蝕的有效性和數據準確性高。

應用此方法，對某高爐煤氣管道進行了檢測，該管道規格為?4 000 mm×10 mm，材料為碳鋼，檢測面積為1 500 mm×330 mm，如圖3所示。檢測采用的超聲C掃描檢測系統，由Pocket UT主機、Motorized（automated）X-Y scanner自動爬行掃查器組成。使用該系統檢測時，自動噴水耦合、自動爬行掃查。超聲C掃描檢測結果詳見圖4，檢測數據分析可見表1。

圖2 超聲C掃描檢測系統

圖3 煤氣管道檢測現場

圖4 超聲C掃描檢測2D圖

表1 檢測數據分析匯總

從數據分析來看，檢測部位局部腐蝕減薄量已超過管道公稱壁厚的20%，且腐蝕減薄量達到并超過公稱壁厚20%的點面積之和，占所檢面積的22.4%。

2 在線修復方法

對于檢測到的內壁嚴重腐蝕的煤氣管道，應進行修復。由于生產原因，煤氣管道常需要進行不停輸修復。

煤氣管道常規的修復方法包括焊接修復、帶壓堵漏、鋼板局部托補、環氧樹脂包覆及整體更換等。這些方法都有各自的局限性，如焊接修復方法通常在停輸狀態下進行，對于焊縫泄漏及薄壁管體缺陷修復，在線焊接修復存在巨大的安全隱患；帶壓堵漏是一種臨時性的補救方法；鋼板局部托補修復，會增加管道自重，影響管道應力分布及支架沉降；環氧樹脂包覆老化速度快，會導致管道短期內再次泄漏的發生；整體更換成本高，需要停機，影響連續生產。上述幾種修復方法的特點可見表2。

現綜合考慮待修復管道的實際情況，選擇碳纖維復合材料包覆修復。碳纖維復合材料包覆修復主要是利用碳纖維復合材料的高強度特性，采用粘接樹脂在含缺陷的管道部位纏繞一定厚度的纖維層，樹脂固化后與管道結成一體，從而恢復含缺陷管道的承載能力。碳纖維復合材料彈性模量高，且與鋼的彈性模量較接近，有利于碳纖維復合材料盡可能多地承載管道壓力，降低含缺陷處管道的應力水平，補強層與管道具有非常好的變形協同性。通過對含缺陷管道進行碳纖維復合材料補強，可以起到降低缺陷處的應力、降低缺陷處的應變以及恢復管道承壓能力的作用。碳纖維復合材料補強修復具有不需要動火焊接、工藝簡單、施工迅速、操作安全、使用壽命長、可實現不停輸修復以及成本相對較低等優勢。

本文應用碳纖維復合材料修復方法，對某煤氣管道局部腐蝕進行了修復，詳見圖5～圖7。修復流程：管道外部涂層及打磨修光處理——管道外部纏繞浸潤了粘接膠的碳纖維復合材料——管道外部防腐及抗老化處理。

圖5 管道修復前

圖6 使用纏繞碳纖維復合材料修復管道后

表2 幾種修復方法的特點

圖7 管道修復后的外部防腐處理

管道外部涂層及打磨修光處理，需徹底地除掉管道表面所有松動（或翹起）的氧化皮、疏松的銹、舊涂層及其它污物。清理后管道表面幾乎沒有肉眼可見的油、油脂、灰土、松動的氧化皮、疏松的銹和舊涂層。

其中，本案例采用的是單向碳纖維復合材料，共纏繞三層，里、外二層環向纏繞，中間層為軸向纏繞。單向碳纖維復合材料技術指標可見表3。纏繞碳纖維布時，必須反復滾壓，使粘接膠充分浸透碳纖維復合材料，在碳纖維復合材料和粘接膠之間不得留有氣泡，以確保無鼓泡現象出現。

修復后的管道長期暴露在室外，在紫外線的照射下，易使修復材料耐腐蝕性變差，且易老化，影響修復補強的使用壽命。為了使管道能安全運行20年，當復合材料完全固化后，還要進行抗紫外線、抗老化涂層處理，這樣可有效防止材料老化和紫外線的影響，使修復部位具有期望的使用壽命。

表3 單向碳纖維復合材料技術指標

3 結論

針對高爐煤氣管道的局部腐蝕問題，應用超聲C掃描檢測技術，可有效地提高腐蝕缺陷的檢出率。同時應用碳纖維復合材料包覆修復方法，可實現煤氣管道局部腐蝕缺陷的快速、不停輸修復，且不需要動火焊接，保證了煤氣管道的安全可靠運行。

[1]王發賢，王曉梁.鋼廠高爐煤氣管道泄漏原因分析及修復 [J].化工安全與環境，2012（14）：14-15.

2017-04-24）

國內首創碳纖維耐腐蝕泵在大連花園口投產

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國內首套多塔流程CO/H2深冷分離裝置成功開車

最近，由杭州杭氧股份有限公司石化工程公司研發設計、制造的屬于陽煤集團壽陽化工有限責任公司的20萬t/a煤制乙二醇項目CO/H2深冷分離裝置多塔流程順利調試成功，并生產出合格的CO產品。之前此類裝置一直依賴從國外進口，其成功運行標志著國內第一套自主研發的多塔流程CO/H2深冷分離裝置由杭氧公司實現了自有技術產業化。CO/H2深冷分離裝置多塔流程主要用于煤制乙二醇，合成醋酸、甲酸，煤制合成氣、焦爐氣，以及費托合成等。將化工尾氣進行CO/H2深冷分離，得到的CO純度能夠達到99%以上，回收率高，可滿足多種化工產品的合成氣要求。（江鎮海）

Detection of Industrial Gas Pipeline Local Corrosion and Repair Method of Composite Material

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Gas pipeline;Local corrosion;Detection;Repair;Ultrasonic;Carbon fibre

TQ 050.9

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.10.014

Yang Yuguang Gu Sulan He Lei

*楊煜廣，男，1971年生，工程師。上海市，201900。