冶金煤氣大口徑管道腐蝕檢測及修復方法

文/李杰 李盛 顧素蘭

經多年實踐證明，針對大口徑煤氣管道局部腐蝕缺陷的檢測，超聲C掃描檢測技術檢測數據直觀，準確性高。同時根據管道的實際使用情況，制定個性化的檢測方案進行檢測，可為煤氣管道維護和安全評價提供有效的技術支撐，保證了此類煤氣管道安全、穩定運行。

鋼廠煤氣管道數量較多，涉及BFG（高爐煤氣）、COG（焦爐煤氣）、LDG（轉爐煤氣）和CRG（歐冶爐煤氣）幾種煤氣介質。其中較大部分煤氣管道，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，因此這部分管道都由企業自行制訂管理制度。

金屬的腐蝕主要是由于化學或電化學作用引起的破壞。煤氣管道中的煤氣成分復雜，主要有CO（一氧化碳）、H2（氫氣）、CO2（二氧化碳）、CH4（甲烷）、O2（氧氣）、N2（氮氣）、H2S（硫化氫）、NH3（氨氣）、HCN（氰化氫）、NO（一氧化氮），還有水、氯化銨、萘、焦油等，其中CO2、H2S等與煤氣冷凝水結合形成酸性腐蝕環境。煤氣管道通常采用普通碳鋼材料，在這種工作環境條件下，尤其是BFG介質，極易造成管道內壁“點狀”“蜂窩狀”的局部腐蝕（詳見圖1）。從管道現場腐蝕的情況看，腐蝕基本都發生在管道的下半部分。這種腐蝕是管道最具有破壞性和隱藏性的腐蝕形態之一，它常常使得管道在整體失重還很小的情況下，就穿孔產生泄漏。

近年來，隨著管道使用年限的增加，管壁腐蝕引起的穿孔泄漏事故時有發生，腐蝕泄漏不僅會發生在管道本體上，也會發生在與管道相連的喇叭口、排水密封罐上，還會發生在波紋管等管道附件上，對生產和人員造成一定的安全隱患，因此，有必要定期對管道進行腐蝕檢測，保證煤氣管道的安全運行。

圖1 煤氣管道內壁腐蝕

檢查方法

常規檢查方法

企業通常制訂巡檢制度，采用巡檢方式進行檢查，即利用“五感”（視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺）定期檢查管道及其附件的完好情況并做好記錄，一旦發現異常/故障，及時采取一些臨時性緊急措施。

表1 煤氣管道的不停輸修復方法

由于煤氣管道的失效模式主要是內壁腐蝕減薄，普通的巡檢從外觀上很難判斷管道的使用狀況，只有等腐蝕穿孔發生泄漏后，才能發現問題并進行事后補救。

超聲測厚方法

針對管道腐蝕問題，目前應用較多的是定點測厚，即采用脈沖反射式超聲測厚儀，當探頭發射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料分界面時，脈沖被反射回探頭，通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。凡能使超聲波以一恒定速度在其內部傳播的各種材料均可采用此原理測量。

這種定點測厚方法，不易檢測到圖1所示的煤氣管道不規則局部腐蝕，難以描述一定范圍內局部腐蝕的分布，即檢測數據不能準確反映管道內壁的腐蝕狀況。

超聲C掃描檢測

超聲C掃描檢測技術是一種利用超聲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處理分析，獲得缺陷在不同深度層面上的二維聲學圖象的一種檢測方法。從所顯示的二維圖象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。利用計算機圖像處理技術或幾何作圖法將不同深度層面上的C掃描圖象進行疊加，便可以得到被檢體的三維聲學圖像，從而可以得到缺陷的立體圖像、三維尺寸和空間分布。

此種檢測方法，可對所檢區域進行100%檢測，檢測煤氣管道不規則局部腐蝕的有效性和數據準確性高。

煤氣管道的不停輸修復方法

針對檢測到的煤氣管道嚴重的內壁腐蝕，為防止其繼續腐蝕而導致泄漏發生，應對其進行修復。由于生產原因，煤氣管道常需要進行不停輸修復。經多年實踐中摸索出幾種修復腐蝕泄漏的方法。

煤氣管道常規的修復方法有，焊接修復、帶壓堵漏、鋼板局部托補、環氧樹脂包覆、整體更換、碳纖維復合材料包覆，這些方法都有各自的特點，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，且安全風險高；鋼板局部托補修復，施工難度高、安全風險大，會增加管道自重，影響管道應力分布及支架沉降，如管道有泄漏，原管道與托補板間的夾層會積水，從而可能加速管道腐蝕；環氧樹脂包覆，老化速度快，可導致管道短期內再次發生泄漏；整體更換，成本高，需要停機，影響連續生產。碳纖維復合材料包覆修復具有不需動火焊接、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，并且成本相對較低。其中3種主要修復方法及其優缺點對比見表1。

圖2 煤氣管道易腐蝕部位

應用案例

對某鋼廠BFG主干管道進行腐蝕檢測。該主干管道共約24 km，檢測采用抽查方式，按建設時期、管道規格等不同將整個BFG主干管道分為若干管段，選取42個部位，

檢測部位的選取原則是有代表性，運行中發生腐蝕泄漏的部位等。

根據多年檢測實踐經驗，高爐煤氣管道的腐蝕主要集中在管道的底部區域，其中最嚴重的腐蝕部位位于管道下部θ角對應的圓周上的A點到B點位置，θ角大約為40°，詳見圖2，所以抽查檢測時，重點掃查此部位。采用超聲C掃描檢測技術進行檢測，每個部位檢測約2 m2。

對檢測數據進行分析，壁厚減薄超過30%公稱壁厚的部位有10處，詳見表2。

上述10處檢測部位的檢測數據，通過與管道原壁厚以及管道極限壁厚對比來評價管道當前的安全狀況；同時，將這些數據與以往的檢測數據進行對比，給出管道壁厚的減薄速度（腐蝕速率），從而預測管道剩余壽命，提出管道的檢測周期及維護策略。

表2 煤氣管道壁厚減薄部位數據匯總表

針對大口徑煤氣管道局部腐蝕缺陷的檢測，超聲C掃描檢測技術檢測數據直觀，準確性高，同時根據管道的實際使用情況，制定個性化的檢測方案進行檢測，可為煤氣管道維護和安全評價提供有效的技術支撐，保證了此類煤氣管道安全、穩定運行。