油氣集輸管網外腐蝕直接評價的應用研究

旺志濤

摘要：在復雜地形特別是山區油氣集輸管網腐蝕直接評價的各類方法中，使用外腐蝕直接評價這一方法無疑是當前科學水平的最佳方案。管體的腐蝕損傷是油氣集輸管道最為常見的失效誘因，使用外腐蝕直接評價的方法成為油氣生產等企業掌握管道運行安全的最為主要的檢測評價手段。本文依托長慶油田部分油氣集輸管網的外腐蝕直接評價項目的實施情況，闡述了油氣集輸管網上實施ECDA的典型原理和方法。

關鍵詞：外腐蝕直接評價;油氣集輸管網;復雜地形

中圖分類號：TE988.2文獻標識碼：A

1. 引言

輸送管網的運行安全是油氣生產過程中的關鍵環節。在山區等特殊地貌下，因地形復雜、管道敷設數量多、管道交叉、變徑等情況，致使油氣集輸管道的安全評價與日常管理面臨著巨大的挑戰。

近些年來，我國廣大的管道企業逐步開展管道的完整性管理，大大地提升了管網的運營管理水平。由于山區油氣集輸管網絕大部分管道不具備實施內檢測的技術和經濟條件，腐蝕直接評價的技術方法則成為完整性管理過程的風險評價和完整性評價過程的檢測方法的必然選擇。埋地鋼質管道的腐蝕直接評價（DA）技術共有三種：外腐蝕直接評價（ECDA）技術、內腐蝕直接評價（ICDA）技術和應力腐蝕評價（SCCDA）技術。當前外腐蝕直接評價（ECDA）方法應用最為普及，技術也最為成熟。通常分為四個步驟：預評價、間接檢測、直接檢查和后評價。

在ECDA的實施過程中，能夠普遍實施的管道腐蝕檢測主要以非開挖的地上間接檢測方式為主，特別是山區環境或工農關系復雜地區，開展有效的間接檢測是完成管體腐蝕評價的基礎和關鍵。在ECDA的直接檢查過程中，受山區環境、技術方法的限制以及工農關系等因素的制約，目前只是在取得有效的間接檢測結果之后，才能進行少量的開挖驗證和檢驗。

2. 腐蝕檢測的流程、原理和方法

2.1檢測流程

在腐蝕檢測過程中，充分掌握管道特別是山區等復雜地形下敷設的管道路由、尺寸、材質等歷史數據和地上占壓、農田、電纜線交叉等現場條件是制定檢測方案的首要階段即ECDA的預評價。其目的在是充分了解管道敷設歷史、維保情況、后期占壓、外界干擾等內容基礎上，確定進行ECDA評價的可能性及在可實施評價的前提下確定評價流程。檢測方案通常包括：檢測項目背景、檢測方法選用、檢測人員資質等具體內容。

2.2檢測原理

2.2.1管線路由的精確定位

埋地管道的位置、埋深及走向的測量，是實施管道安全檢測的第一步。由于探測的管線深度及電流值均受定位精度的影響，精確定位管線位置非常重要。精確定位是指用電磁類的儀器（如英國雷迪的RD-PCM、RD系列管線儀等）對被測管道的位置已經有了大致的了解采用峰/谷值（重合）相互驗證的方法精確測定出管道的位置及管線的埋深過程。

埋深探測方法：采用直連法給管線施加探測信號，檢測人員在管線正上方采用直讀法測量管道埋深。每點測量3次，取平均值記錄。

管道埋深檢測點選擇：在管線路由的直線段內，每兩個測量點之間平均間距為20米（河流及穿越占壓段等地形受限制地區除外）;管道在穿越河流、路面、溝渠、建筑物、湖泊時前后各采集一處坐標。

2.2.2管道埋深檢測

對地下集輸管道的埋深檢測方法通常有直讀法、45度法、70%檢測法和極值法。目前通常使用的檢測儀器在工作過程中會詳細顯示當前檢測點管道敷設深度，即直讀法。

直讀法的基本原理是探杖上、下兩端水平線圈接收備檢管道上產生的磁場水平分量，并在上、下線圈中形成感應電動勢。電動勢的強弱與線圈距離管道的埋深相關，根據這種關系計算備檢管線到地面的距離。公式如下所示：

其中，h-管線埋深;ε-感應電動勢;D-兩個線圈間距

這一計算過程已在探杖處理器中自行完成，并直觀地顯示在顯示屏上。我們通過直接讀取數據，對埋深不足位置定點做好標記或現場交底，可按要求在甲方整改后再進行復測。

2.2.3管道防腐層破損點檢測

針對破損點檢測，我們通常采用電位梯度法。其原理是通過信號機將固定頻率的電信號連通到待檢管道上，這時管道破損點與土層就構成了電位梯度，在地表面形成類球狀輻射的電位布局。探杖越靠近破損點正上方地表，檢測出的電位梯度就越大，管道正上方地表的電流密度也就越大。通過反復檢測對比就可以判斷出破損點正上方位置。一般來說管線的防腐層破損面積大小與電流密度、地面電位梯度成正比關系。

交流電位梯度法是利用與PCM+設備配套的A字型架，測量A字架兩個尖端插入地表的電位差值。兩個尖端電極之間距離通常為55厘米。當兩個電極之間存在電位差值時，探杖就可以指示破損點的方向，根據指示方向不斷調整A字架插入地表的位置就能夠準確定位出破損點位置。

交流電位梯度法通常會將兩個頻率的交變電信號加載到管線上，以避免管線本身、土壤電流或高處的架空電纜等形成的電學干擾。管線檢測過程中操作員沿管道的路由根據現場實際情況，將A字架電極以一定的間距反復插入地表，通過探杖面板上顯示的箭頭方向尋找管線上破損點的位置，人通過破損點時，箭頭會變向指示。越是靠近破損點，指示箭頭越趨于穩定或出現不同方向的跳動情況，并達到電場強度極值，從而便可以判斷出破損點的大小。當操作員遠離破損點時，箭頭方向首先會趨于固定，直至不再指示方向;而電場強度值隨著遠離也會逐漸變小甚至消失。通過不斷復測，可以很清楚地找到破損點的確切位置——位于兩個電極的中間位置。

2.2.4管道外防腐層絕緣等級的評估

PCM（Pipeline Current Mapper）管道防腐層檢測方法是一種應用電磁感應原理測定和評價埋地管道外防腐層缺陷和整體狀況的方法。現場測量準備階段利用信號機向待測管道施加一個電流信號，利用探杖追蹤電信號流動過程，探尋管線路由的精確走向，記錄被測管道不同位置的電流值。正常情況下管道施加的電流沿管道傳遞并隨著信號點距離的增加而有規律的衰減。把測量記錄后的電流值導入ESTECXP軟件，可以計算處理分析管道電流的衰減率變化，確定防腐層的絕緣性能，并生成直觀的圖形。通過該計算結果及圖形，可判定各段管道防腐絕緣層老化狀況。在排除一切干擾或同一環境下，管道防腐層的絕緣性越好，施加在管道上的電流信號損失越少，隨著距離的增加衰減速度也越慢;如果管道防腐層有損壞，絕緣性會變差，管道上電流信號損失也越嚴重，衰減就越快，甚至出現異常變化等特殊狀況。

交變電流梯度法檢測工作原理

可以利用評價模型計算出防腐層絕緣電阻率Rg值。參照國家標準GB/T19285-2014《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》評定檢測管道的防腐層狀況級別。管道外防腐層絕緣電阻率Rg值的評價指標如表1所示，按照管道防腐類型級別，管道防腐完好性判定原則為：1>2>3>4，當評價等級為3和4時，應采取相應補救措施對管線防腐層進行監管修復。

2.2.5土壤腐蝕性檢測

土壤腐蝕經典評價方法為“失重法”，這個方法的優點是科學準確，但缺點也比較明顯，需要等待較長的自然腐蝕時間。這就導致在工期和經費等因素受阻的情況下，ECDA檢測過程不能有效利用該方法。這時可以引入土壤電阻率這一指標，它是土壤導電性能的指標，能夠有效判斷土壤腐蝕性，可以滿足大部分工程需要。ECDA項目中采用四極法，沿管道路由選取若干點實施土壤腐蝕性檢測和評價。

土壤中廣泛分布一種電流，即雜散電流。其對油氣集輸管道的干擾會造成管道局部出現比較嚴重的腐蝕。雜散電流干擾性質又分為直流干擾和交流干擾。直流干擾主要是由電氣化鐵路沿線、直流電機等電類氣設備接地裝置引起的。而交流雜散電流盡管可加速金屬陽極被侵蝕，但對管道表面的腐蝕危害相對較小。一般情況下，評定直流雜散電流干擾程度采用地電位梯度測量，依照相關標準就能夠確定干擾的等級，依據測量結果能夠確定治理與否及治理方案。

2.2.6開挖驗證和管體腐蝕狀況的調查

根據間接檢測項目結果，ECDA準確與否需要進行直接驗證。主要是通過直接挖掘破損點上方土層，通過直接觀察管線表面，利用超聲波測厚儀、涂層測厚儀、游標卡尺和鋼卷尺等工具完成腐蝕缺陷的測量以確定管體腐蝕狀況，完成管體腐蝕缺陷程度評價，分析管線腐蝕原因，提出整改建議。

3. 結束語

將此技術方法應用于油氣集輸管網腐蝕檢測中，制定ECDA項目的具體實施范圍和選擇檢測工具，是成功實現項目目標的關鍵。通過ECDA項目的實施，幫助管理者及時了解管網外腐蝕情況，從而進行科學地管理，減小運行風險，降低運營成本。

從ECDA方法在長慶油田的實施過程和效果來看，ECDA方法符合油氣集輸管道運行管理的需求，能夠有效掌握埋地鋼質集輸管道的腐蝕狀況，并針對檢測出的問題，安排有針對性的治理措施，有效提高管網的安全管理水平，避免出現因管道腐蝕滲漏而發生的環境污染事故，具有很高的社會和經濟價值。

參考文獻：

[1] 林守江. 油田在役油氣管道完整性管理技術及實施策略[J] ??全國管道腐蝕控制及檢測評價技術應用研討會論文集，2014年9月

[2] 林守江. 埋地鋼質管線腐蝕狀況檢測方法及儀器的運用 ?天津嘉信公司培訓教材 2016版

[3]?谷會英、景奇東.埋地管道防腐層檢測技術在燃氣管道檢測中的應用??《科技致富向導》，2012年2月