油氣管道腐蝕檢測(cè)與防護(hù)

郭文鑫，星志濤

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)安全與海洋工程學(xué)院，北京 102249；2.北京中盈盤古智能技術(shù)有限公司，北京 100124)

1 油氣管道腐蝕檢測(cè)與防護(hù)的必要性

油氣運(yùn)輸管道大多都埋藏在地下，地下的環(huán)境比較復(fù)雜，土壤中含有多種物質(zhì)，其中酸、堿、鹽等物質(zhì)可能會(huì)對(duì)管道進(jìn)行腐蝕。管道一旦被腐蝕而產(chǎn)生破損情況，就有可能會(huì)導(dǎo)致油氣發(fā)生泄漏，原油和天然氣等都屬于易燃易爆類物質(zhì)，泄漏后極易引發(fā)火災(zāi)，造成不可挽回的后果，威脅到周邊居住人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。有研究結(jié)果顯示，油氣管道在使用兩年左右的時(shí)間就會(huì)發(fā)生比較嚴(yán)重的腐蝕，因此對(duì)油氣管道腐蝕進(jìn)行檢測(cè)，并采取有效的防護(hù)手段是十分重要的[1]。及時(shí)檢測(cè)能夠在問(wèn)題發(fā)生之前就對(duì)管道中腐蝕較嚴(yán)重的部分進(jìn)行修補(bǔ)，防止油氣泄漏的情況發(fā)生。而有效的腐蝕防護(hù)措施也能夠在一定程度上延長(zhǎng)油氣管道的使用壽命，一方面能夠更高效地防止事故的發(fā)生，另一方面也能降低成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 油氣管道腐蝕原因簡(jiǎn)析

目前影響油氣管道腐蝕主要有兩個(gè)方面：一方面是油氣管道自身材質(zhì)在防腐蝕上能夠起到的作用；另一方面就是油氣本身以及管道所處環(huán)境中的物質(zhì)對(duì)管道的腐蝕作用[2]。目前的油氣管道基本都是金屬材質(zhì)的，根據(jù)金屬自身的性質(zhì)，活潑金屬比較容易被腐蝕，但造價(jià)相對(duì)較低，而不活潑金屬穩(wěn)定性較強(qiáng)，不容易被腐蝕。但采用這樣的制造成本就會(huì)大大提升，降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此合金材料是油氣管道中最常用的。而在合金制造的油氣管道中，單合金制造的管道耐腐蝕性會(huì)高于多合金制造的管道。而且管道制造工藝不同，也會(huì)導(dǎo)致管道防腐蝕性能有一定的差別，光滑的金屬材料制成的運(yùn)輸管道耐腐蝕性能就會(huì)更高一些。

油氣本身和管道所處環(huán)境中的物質(zhì)是造成管道腐蝕的主要原因，管道中運(yùn)輸?shù)脑秃吞烊粴獠⒉皇墙y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的，不同地區(qū)、不同油田、不同工藝所開采出的油氣質(zhì)量就會(huì)不同，質(zhì)量好的油氣中雜質(zhì)較少，水分含量較低，對(duì)管道的腐蝕就相對(duì)較弱，而雜質(zhì)含量多、油氣之外的化學(xué)物質(zhì)未被清除干凈，就會(huì)更加容易對(duì)管道進(jìn)行腐蝕。管道長(zhǎng)年埋于地下，難免會(huì)與二氧化碳、硫化氫等酸性物質(zhì)反應(yīng)，這些反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致管道發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。因此要想減少油氣管道的腐蝕，應(yīng)當(dāng)在制造管道時(shí)，選用不易被腐蝕的合金，采取更好的加工工藝，保證管道本身的質(zhì)量，同時(shí)在油氣開采后簡(jiǎn)單進(jìn)行加工再運(yùn)輸，減少油氣對(duì)管道的損害。除此之外，還需要在管道之外設(shè)置一定的防護(hù)，防止土壤成分對(duì)管道的侵蝕，綜合這些方法對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)，才能夠?qū)崿F(xiàn)更好的防護(hù)效果。

3 油氣管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1 變頻選頻技術(shù)

變頻選頻技術(shù)使用的時(shí)間較長(zhǎng)，技術(shù)也相對(duì)比較成熟，主要是對(duì)油氣管道防腐層中的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)比對(duì)測(cè)量結(jié)果與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)防護(hù)層中出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決。這種技術(shù)使用比較簡(jiǎn)單，因此具有方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，而且通過(guò)這種技術(shù)還能夠精確到管道的每一段，準(zhǔn)確性比較高，結(jié)果也比較真實(shí)，因此目前在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)用十分廣泛。但是由于這種技術(shù)沒(méi)有辦法準(zhǔn)確測(cè)量電阻值，因此對(duì)一些相對(duì)比較細(xì)小的腐蝕情況檢測(cè)效果較差。而且對(duì)較長(zhǎng)的管道，這種方法的檢測(cè)也會(huì)出現(xiàn)偏差，這是變頻選頻技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的一些缺陷。

3.2 人體大地電容法

人體大地電容法是通過(guò)給管道施加交變電流，用探測(cè)儀對(duì)交變電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，能夠顯示出管道的走向和具體狀況。當(dāng)油氣管道被腐蝕時(shí)，管道的防腐層就會(huì)出現(xiàn)缺口，缺口處向大地泄漏一部分的電流，這部分電流也會(huì)形成交變電場(chǎng)。而人體站在交變電場(chǎng)中，每個(gè)人都具有交變點(diǎn)位，其中如果兩個(gè)人體分別位于缺陷位置以及無(wú)缺陷的管道旁時(shí)，探測(cè)儀中會(huì)顯示接收到的信號(hào)幅值最大，這樣就能夠檢測(cè)出油氣管道中腐蝕嚴(yán)重的位置。這種方法在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)檢測(cè)員的操作要求較高，且檢測(cè)員本身需要有一定的專業(yè)知識(shí)，才能夠完成檢測(cè)。而且由于技術(shù)本身的限制，信號(hào)發(fā)射位置的選擇會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，如果檢測(cè)位置不合理，檢測(cè)出的內(nèi)容與實(shí)際情況存在較大的偏差。因此這種方法雖然在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)表現(xiàn)不錯(cuò)，但由于這些缺點(diǎn)的存在，難以進(jìn)一步發(fā)展。

3.3 PCM技術(shù)

PCM技術(shù)是通過(guò)PCM發(fā)射機(jī)向油氣管道發(fā)射定位電流，電流經(jīng)管道傳送到接收機(jī)的位置，接收機(jī)對(duì)管道傳送的電流變化狀況進(jìn)行分析，就能夠準(zhǔn)確地評(píng)估管道的腐蝕情況。如果管道腐蝕情況較少，管道防腐層本身具有一定的絕緣作用，管道傳送的電流到達(dá)接收器時(shí)衰減較少，但如果管道腐蝕嚴(yán)重，大量的電流就會(huì)經(jīng)腐蝕部位流失，接收器接收到的電流信號(hào)衰減就越大[3]。這種技術(shù)相對(duì)于其他技術(shù)來(lái)說(shuō)，對(duì)工作人員的專業(yè)知識(shí)要求不高，同時(shí)也能夠有效檢測(cè)出管道中防腐層損壞情況以及損壞部位，應(yīng)用效果較好。

3.4 超聲波檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)油氣管道發(fā)生泄漏時(shí)，在泄漏處會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流就會(huì)伴隨著一定的超聲波波段產(chǎn)生，從而被超聲波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)到。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以用超聲波檢測(cè)儀對(duì)油氣管道進(jìn)行掃描，如果出現(xiàn)泄漏，就能夠通過(guò)耳機(jī)聽到泄漏的聲音，在儀器上也會(huì)出現(xiàn)數(shù)位信號(hào)變化泄漏位置越近，這種變化越明顯，而且超聲檢測(cè)儀器的聲波頻率越高，對(duì)油氣管道因腐蝕而導(dǎo)致的泄漏檢測(cè)準(zhǔn)確率越高。超聲波檢測(cè)在應(yīng)用時(shí)比較簡(jiǎn)單，而且測(cè)得結(jié)果的準(zhǔn)確率高，但是對(duì)設(shè)備有一定的要求，而且目前只應(yīng)用于直徑較大的管道，限制了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。

4 油氣管道腐蝕防護(hù)技術(shù)

4.1 科學(xué)選取管道防腐材料

管道本身的材料選擇是保證管道使用壽命的基礎(chǔ)，防腐材料需要具備一定的電絕緣性，在實(shí)際使用時(shí)體現(xiàn)出透氣性、黏合性，最重要的是在地下環(huán)境中需要有較強(qiáng)的耐酸堿性。在防腐材料的選取上，需要參考當(dāng)?shù)氐耐寥拉h(huán)境、油氣質(zhì)量，針對(duì)性地進(jìn)行選擇，從而使防腐材料能夠更好地適應(yīng)所處環(huán)境，表現(xiàn)出較好的防腐蝕效果。其中管道可以使用耐腐蝕的管材，降低管道的腐蝕速率，而管道附件則可以使用碳鋼材料，需要注意的是，碳鋼材料本身的防腐蝕能力較差，管道公司需要定期進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)附件出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕時(shí)，及時(shí)進(jìn)行更換[4]。

4.2 管材鍍層技術(shù)和陰極保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

管材鍍層技術(shù)主要是通過(guò)在管材表面用電熱噴涂等方法噴涂環(huán)氧粉末，從而達(dá)到耐熱、耐腐蝕、耐沖擊等效果。原油和天然氣的成分復(fù)雜，由于開采技術(shù)和開采油田的不同，油氣中還可能會(huì)含有各種雜質(zhì)，加重管道的腐蝕，油氣中含水較多時(shí)，還有可能會(huì)使管道出現(xiàn)開裂的情況。目前比較常用的是三層聚乙烯技術(shù)，對(duì)于管徑變化較小的管道而言，三層聚乙烯能夠較好地應(yīng)對(duì)各種環(huán)境。油氣在運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)溫度升高等情況，因此需要涂層本身的物理性能較強(qiáng)，在材料的選取上，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料能起到良好的保溫作用，也能夠提升管道強(qiáng)度，防止地下水的滲入。陰極保護(hù)技術(shù)是利用化學(xué)電解池的原理，通過(guò)外加電流對(duì)電化學(xué)意義上的陰極進(jìn)行保護(hù)，陰極保護(hù)法能夠大大降低管道在土壤下的腐蝕情況，與管材鍍層技術(shù)結(jié)合能夠起到很好的保護(hù)作用。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要注意，工作人員需要對(duì)土壤成分和地下水中各種物質(zhì)的含量進(jìn)行研究，對(duì)管道所處環(huán)境進(jìn)行充分了解，然后再結(jié)合具體情況確定陽(yáng)極和陰極，再把管道作為陰極，利用外加電流保護(hù)起來(lái)。

4.3 緩蝕劑防腐技術(shù)

緩蝕劑防腐技術(shù)目前在管道防腐的過(guò)程中應(yīng)用十分廣泛，主要是通過(guò)改變腐蝕過(guò)程中陽(yáng)極或者陰極反應(yīng)的機(jī)理，從而實(shí)現(xiàn)減緩腐蝕的目的。緩蝕劑一般是在管道生產(chǎn)的過(guò)程中添加，較低的濃度就能夠達(dá)到很好的緩蝕效果，而且基本上不改變管材本身的介質(zhì)體系，在實(shí)際的應(yīng)用中，緩蝕劑防腐的效率也很高，能夠較大程度上延長(zhǎng)管道的使用壽命，達(dá)到降低成本、較少原材料的效果。需要注意的是，在添加緩蝕劑時(shí)，需要結(jié)合管材所處的環(huán)境進(jìn)行具體規(guī)劃，不同的腐蝕體系所使用的緩蝕劑也不完全相同，而且緩蝕劑的添加工藝也會(huì)對(duì)防腐蝕效果產(chǎn)生較大的影響，在使用時(shí)不能生搬硬套，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。

4.4 縮減加熱蒸汽能耗技術(shù)

在油氣運(yùn)輸過(guò)程中，溫度的控制非常重要，溫度過(guò)高會(huì)在運(yùn)輸中產(chǎn)生大量的熱量，能量的消耗增大，但溫度過(guò)低又會(huì)增大石油和天然氣的粘度，導(dǎo)致輸送功率增大。因此在運(yùn)輸過(guò)程中縮減加熱蒸汽能耗技術(shù)，將能量消耗過(guò)程中增大的功率減小一部分，同時(shí)將輸送功率減小的程度降低，從而實(shí)現(xiàn)降低能耗的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于油氣運(yùn)輸管道所處的地下環(huán)境復(fù)雜，容易產(chǎn)生腐蝕、破損等問(wèn)題，管道一旦破損，就會(huì)有可能會(huì)出現(xiàn)油氣泄漏甚至導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生，威脅到周圍居住人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。造成油氣運(yùn)輸管道發(fā)生腐蝕主要是由于管道本身材料防腐蝕的性能較差、管道內(nèi)外環(huán)境比較復(fù)雜。因此油氣運(yùn)輸企業(yè)應(yīng)當(dāng)針對(duì)性地加強(qiáng)油氣運(yùn)輸管道的防腐蝕性能，通過(guò)各種方法對(duì)管道腐蝕情況進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道中腐蝕嚴(yán)重的部位并進(jìn)行修補(bǔ)，防止事故的發(fā)生，保證油氣資源安全、穩(wěn)定地供應(yīng)。