海洋平臺(tái)立管腐蝕治理方法研究與應(yīng)用

鄭 露 安 平 韓 羽 王文成

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300450）

0 引言

在氣液運(yùn)輸中，管道作為最廣泛的運(yùn)輸方式，具有運(yùn)行成本低、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。目前，渤海灣已鋪設(shè)近3000公里的海底油氣管道，但由于管道大都埋于地下、置于海水中或暴露在海面上，其運(yùn)行環(huán)境惡劣，會(huì)受到輸送介質(zhì)、土壤、海水以及雜散電流的腐蝕，導(dǎo)致管壁變薄，甚至穿孔泄漏，最終使管道失效，這不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)，同時(shí)，泄漏物還會(huì)造成環(huán)境污染。隨著海底管道服役時(shí)間增長(zhǎng)，其損壞事故逐年增多，許多管道逐步進(jìn)入中后期服役階段，部分管道已經(jīng)進(jìn)入延期服役階段，管道腐蝕增大了管道失效的風(fēng)險(xiǎn)。因此，開展海底管道腐蝕隱患治理，掌握海底管道運(yùn)行狀況和安全狀態(tài)，成為海上油氣生產(chǎn)的重要保障措施，是海底管道運(yùn)營維護(hù)階段完整性管理的重要組成部分。根據(jù)目前對(duì)渤海區(qū)域海底管道維修記錄統(tǒng)計(jì)，管道維修大部分位于干濕交替的立管段位置，主要是因腐蝕引起的。

1 立管腐蝕隱患治理的必要性

立管部分管體結(jié)構(gòu)處于干濕交替的飛濺區(qū)，腐蝕環(huán)境非常惡劣，外腐蝕尤其嚴(yán)重，已造成多起穿孔泄漏問題，是海管腐蝕重點(diǎn)關(guān)注位置，立管位置示意圖如圖1所示。

圖1 立管位置示意圖

根據(jù)已完成的排查數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)部分海管在懸掛法蘭至收發(fā)球筒之間的管段存在不同程度的腐蝕缺陷，腐蝕會(huì)使管道表面受到破壞，使其強(qiáng)度和耐用性降低，甚至導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫和漏點(diǎn)，從而引起嚴(yán)重的安全事故，為了保證在運(yùn)行海管的安全生產(chǎn)，結(jié)合立管的腐蝕現(xiàn)狀，開展海管立管腐蝕治理應(yīng)用研究是非常必要的。

2 立管腐蝕原因分析

管道腐蝕指的是管道的內(nèi)壁或外壁長(zhǎng)期受到介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)作用而產(chǎn)生的損壞現(xiàn)象。立管腐蝕分為內(nèi)腐蝕、外腐蝕，內(nèi)腐蝕主要是由管道輸送介質(zhì)造成的腐蝕，外腐蝕主要是由于外部環(huán)境引起的。海上平臺(tái)立管主要是用來輸送水、天然氣、油等，輸送不同介質(zhì)腐蝕機(jī)理不同。

2.1 立管內(nèi)腐蝕機(jī)理分析

輸水管道腐蝕主要是由水中的腐蝕介質(zhì)引起的，水本身是電解質(zhì)，在管道內(nèi)表面屬性有差異的部位形成電極，從而形成電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是輸水管道腐蝕的主要機(jī)理。

輸油管道的腐蝕機(jī)理相對(duì)輸水管道要復(fù)雜的多，因石油中含有大量的烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等有機(jī)物和無機(jī)物，石油中摻雜了CO2，H2S，SO2等氣體，這些氣體溶于水生成碳酸、硫酸會(huì)造成酸腐蝕。酸性腐蝕是輸油管道的主要腐蝕機(jī)理。

輸氣管道腐蝕主要是由酸性氣體和電化學(xué)腐蝕引起，天然氣主要成分是CH4，還含少量C2H6，C4H10，CO2，CO，H2S等，另外在天然氣運(yùn)輸?shù)倪^程中會(huì)伴有水蒸氣，流動(dòng)介質(zhì)的溫度、壓力降低可以使水蒸氣液化，并與CO，H2S形成酸從而腐蝕管道；水蒸汽液化，從而形成電化學(xué)腐蝕。酸性腐蝕和電化學(xué)腐蝕是輸氣管道的主要腐蝕機(jī)理。

2.2 立管外腐蝕機(jī)理分析

位于潮差帶、飛濺區(qū)的立管長(zhǎng)期受海浪拍打，導(dǎo)致漆膜脫落，立管長(zhǎng)期處于潮濕的海洋環(huán)境中，大氣中的氧、水汽使管道表面形成一層薄液層，作為陰極而是管道發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，日積月累，導(dǎo)致立管腐蝕甚至穿孔。電化學(xué)腐蝕是立管外腐蝕的主要腐蝕機(jī)理。

3 立管腐蝕防護(hù)研究與應(yīng)用

目前通常采用的腐蝕治理措施為除銹刷漆，減薄嚴(yán)重的管段進(jìn)行切割更換。但是有些立管長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)，無法進(jìn)行更換，因此開展了一系列防腐補(bǔ)強(qiáng)方法的研究。

為了節(jié)約立管外腐蝕隱患治理工作的成本，本文擬結(jié)合立管的腐蝕程度進(jìn)行分級(jí)治理，治理方案如下：

（1）對(duì)存在原防腐層脫落或腐蝕深度未超過20%的立管段，采用粘彈體防腐層修復(fù)；

（2）對(duì)腐蝕缺陷點(diǎn)深度大于20%的立管段，使用碳纖維對(duì)腐蝕缺陷管段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)；

（3）對(duì)存在腐蝕穿孔的立管段主要是采用機(jī)械管卡對(duì)泄漏點(diǎn)封堵并機(jī)械加固。

3.1 粘彈體防腐層修復(fù)

粘彈體防腐治理技術(shù)采用的是高分子聚烯烴材料的粘彈體防腐膠帶，該方式施工工藝簡(jiǎn)單，采用纏繞方式施工，施工質(zhì)量控制簡(jiǎn)單，對(duì)腐蝕部位可直接修復(fù)，同時(shí)能隔絕空氣、水汽與管材接觸，避免了與潮濕環(huán)境接觸，同時(shí)在粘彈體外部會(huì)纏繞PVC和玻璃鋼外護(hù)帶，從而保護(hù)粘彈體不被機(jī)械損壞，粘彈體修復(fù)示意圖如圖2所示。

圖2 粘彈體修復(fù)示意圖

技術(shù)要求：

（1）表面處理要求達(dá)到ST1或者ST2.0，要求鋼結(jié)構(gòu)表面無明顯鼓泡和浮銹，有海生物附著區(qū)應(yīng)盡量除去附著的海生物，表面突出物不應(yīng)有銳角；

（2）使用熱風(fēng)槍把管道表面較為明顯的海水吹干；

（3）纏繞粘彈體防腐膠帶邊纏繞邊搟壓粘彈體防腐膠帶，使膠帶保持平整，與管體表面密封良好；

（4）纏繞粘彈體膠帶時(shí)搭接量不少于10%；

（5）纏繞粘彈體時(shí)應(yīng)鋪平，將里面的空氣或者水分壓出；

（6）把雙組分環(huán)氧樹脂混合在一起，并不斷攪拌使其充分混合發(fā)生反應(yīng),均勻涂刷在玻璃纖維布上面；

（7）環(huán)氧樹脂混合30分鐘后，初步固化至成形。

3.2 碳纖維補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)

碳纖維技術(shù)充分應(yīng)用了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料所特有的高比強(qiáng)度、高比模量、耐腐蝕、抗疲勞及施工簡(jiǎn)便等許多優(yōu)點(diǎn)，為立管減薄補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)注入了新的活力。碳纖維布加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，以達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)的目的，碳纖維修復(fù)示意圖如圖3所示。

圖3 碳纖維修復(fù)示意圖

技術(shù)要求：

3.2.1 管線評(píng)估、制定補(bǔ)強(qiáng)方案

（1）收集管線信息、確定管道剩余壁厚及補(bǔ)強(qiáng)長(zhǎng)度；

（2）管道缺陷點(diǎn)剩余強(qiáng)度計(jì)算，根據(jù)鋼制管道管體腐蝕損傷評(píng)價(jià)方法標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6151以及該缺陷和管道信息，計(jì)算剩余強(qiáng)度；

（3）補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)計(jì)算，根據(jù)鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評(píng)價(jià)方法以及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)最終確定最終纏繞層數(shù)。

3.2.2 表面處理

表面處理要求達(dá)到ST2.0；

3.2.3 界面劑調(diào)配

把雙組分環(huán)氧樹脂混合在一起，并不斷攪拌使其充分混合發(fā)生反應(yīng)，環(huán)氧樹脂混合30分鐘內(nèi)使用完；

3.2.4 纏繞碳纖維補(bǔ)強(qiáng)帶

（1）將混合后的浸膠均勻涂刷于防腐部位外表面；

（2）將裁好的碳纖布纏繞（粘貼）在防腐部位外表面上，對(duì)于連續(xù)性缺陷并且超過纖維復(fù)合材料的幅寬，應(yīng)采取品字形搭接；

（3）在纏繞后的碳纖布上均勻涂刷浸膠，不得漏涂。

3.3 機(jī)械管卡修復(fù)

機(jī)械管卡修復(fù)主要是針對(duì)有裂紋、泄漏、破損及斷裂位置的海管立管修復(fù)方法，機(jī)械管卡的使用效果非常明顯，可以對(duì)海底管道產(chǎn)生的外部腐蝕、變形、穿孔泄漏等損傷問題進(jìn)行有效修復(fù)，機(jī)械管卡修復(fù)示意圖如圖4所示。

圖4 機(jī)械管卡修復(fù)示意圖

技術(shù)要求：

（1）管卡設(shè)計(jì)，收集所需維修的管道結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括但不限于管線規(guī)格、材質(zhì)、壓力等級(jí)、腐蝕點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)、使用環(huán)境等，根據(jù)這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)管卡進(jìn)行設(shè)計(jì)；

（2）缺陷點(diǎn)確認(rèn)，通過超聲波測(cè)厚、漏點(diǎn)觀察等方法尋找缺陷點(diǎn)；

（3）管線橢圓度測(cè)量，機(jī)械管卡安裝；

（4）機(jī)械管卡試壓。

4 結(jié)語

綜上所述，海管立管在潮差區(qū)高鹽霧、高濕環(huán)境下，海面部分銹蝕嚴(yán)重，本文從實(shí)際案例出發(fā)，對(duì)海洋平臺(tái)立管腐蝕原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，針對(duì)不同的腐蝕程度給出了不同的治理方法，并對(duì)相關(guān)的工藝進(jìn)行了描述，文中提到的治理方法均具有不停產(chǎn)施工、費(fèi)用低、處理速度快、施工風(fēng)險(xiǎn)低等優(yōu)點(diǎn)，在海管立管腐蝕治理工作中具有重要作用。