天然氣管道防腐及腐蝕檢測技術(shù)應(yīng)用

劉建瑞

摘要：目前榆林氣田采用濕氣輸送工藝，管道內(nèi)含有少量 CO2、微含 H2S 等酸性組分、攜帶的高礦化度地層水以及機(jī)械雜質(zhì)對管道產(chǎn)生不同程度的腐蝕，隨著輸氣管道運(yùn)行時(shí)間不斷延長，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)逐年遞增。本主要簡要研究分析天然氣輸氣管道的基本腐蝕機(jī)理，針對管道腐蝕提出腐蝕檢測技術(shù)，并應(yīng)用在長北作業(yè)分公司的輸氣管網(wǎng)，從而進(jìn)一步保障管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：濕氣輸送;管道腐蝕;檢測;安全

一、天然氣管道腐蝕機(jī)理分析

管道腐蝕有內(nèi)、外部位的腐蝕;另外，根據(jù)腐蝕成因還可以分為生物化學(xué)、電化學(xué)以及化學(xué)腐蝕等。其中由于細(xì)菌等的生命活 動加速或引起金屬的細(xì)菌腐蝕稱為生物化學(xué)腐蝕;而電解質(zhì)溶液中失去電子而被溶解的金屬，也就是與電流流動有關(guān)的，金屬在電解質(zhì)中發(fā)生的一種腐蝕就是電化學(xué)腐蝕;管道金屬與管道、空氣以及土壤中的各種化學(xué)介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，金屬表面流失均勻且不發(fā)生化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的的腐蝕被稱作化學(xué)腐蝕。

1、內(nèi)腐蝕

內(nèi)部腐蝕現(xiàn)象主要和化學(xué)元素有關(guān)。在天然氣運(yùn)輸?shù)墓こ讨型殡S著水分，這些水分久而久之就會在管道內(nèi)壁上形成一層親水膜，對管道內(nèi)部進(jìn)行電化學(xué)腐蝕。另一方面，由于天然氣中含有各種各樣的化學(xué)物質(zhì)和氣體，對管道內(nèi)部也存在一定的腐蝕作用。

2、外部腐蝕

天然氣管道的外部腐蝕就是管道表面所發(fā)生的腐蝕，這種腐蝕現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)在地下管道以及架空管道上。通常而言，架空管道的腐蝕通常是由于化學(xué)腐蝕所造成的，因此對管道的損害不大，造成腐蝕漏氣的幾率不高。然而，地下管道經(jīng)常會面臨電化學(xué)腐蝕，有可能產(chǎn)生管道泄漏的情況。

3、地質(zhì)環(huán)境的影響

天然氣管道在埋地環(huán)境下，主要受細(xì)菌、土壤以及雜散電流等的腐蝕。土壤的電化學(xué)腐蝕主要是由于土壤空隙中含有空氣以及含有一定鹽的離子導(dǎo)電性的水，且由于金屬材質(zhì)的電化學(xué)以及物理化學(xué)性質(zhì)的不均勻性所產(chǎn)生的。另外，土壤中的硫酸鹽還原菌將可溶硫酸鹽還原成硫化氫與鐵，形成細(xì)菌腐蝕。而管道附近高壓電力線路產(chǎn)生的二次感應(yīng)交流電流疊加在管道產(chǎn)生的具有破壞作用的電流形成了雜散電流腐蝕，腐蝕量小，但集中腐蝕性強(qiáng)。

4、大氣腐蝕

當(dāng)天然氣管道暴露在大氣環(huán)境中時(shí)，由于管道中飽和的天然氣受到外界壓力的作用，其表面就會形成一層水膜，同時(shí)，氣體會對液體進(jìn)行吸卷，引導(dǎo)水膜不斷前進(jìn)，當(dāng)水膜達(dá)到20-30分子厚度時(shí)，就會轉(zhuǎn)并成為電解液膜，造成化學(xué)腐蝕。當(dāng)氣體的流動速度越快時(shí)，水膜針對管道的腐蝕速率也就越快。另一方面，當(dāng)天然氣管道處于純凈的水膜中，就不會形成管道腐蝕的電解液膜，但大氣中的水分子通常含有各種腐蝕性化學(xué)分子，比如，水溶性鹽類和酸性物質(zhì)。因此，大氣腐蝕是天然氣管道腐蝕的原因之一。

二、天然氣管道腐蝕檢測的目的

為避免管道腐蝕的發(fā)生，通過對管道腐蝕情況及陰保系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的檢測，獲取腐蝕數(shù)據(jù)，從而揭示腐蝕機(jī)理和規(guī)律，找出防腐層、陰極保護(hù)系統(tǒng)等缺陷并加以修復(fù)和改進(jìn)，評價(jià)現(xiàn)有腐蝕防護(hù)措施效果，預(yù)測研究管道的預(yù)期壽命，以提高管道的完整性，保證管道的安全運(yùn)行。因此針對管道腐蝕我們提出采取腐蝕檢測技術(shù)，進(jìn)一步安全管理管道。其主要目的在于，一是為科學(xué)管理與決策提供依據(jù)，在管道的長期運(yùn)行過程中，管道外防腐層需要檢測防腐效果，對不合格的點(diǎn)位需要進(jìn)行及時(shí)的開挖驗(yàn)證及開挖修復(fù)。二是預(yù)防事故的發(fā)生。管道內(nèi)部因素、運(yùn)行參數(shù)變化、外部因素導(dǎo)致管道腐蝕。采用腐蝕檢測可以有效地檢測管道腐蝕狀況，如發(fā)現(xiàn)陰保電流值驟然變化，便于立即檢查陰保系統(tǒng)，及時(shí)找出問題所在，以防止重大事故的發(fā)生。三是預(yù)測管道的壽命。通過腐蝕檢測可以準(zhǔn)確地掌握管道正常運(yùn)行時(shí)的腐蝕速率，可以預(yù)測管道的使用壽命，做到管道安全運(yùn)行。四是改善管道的運(yùn)行狀態(tài)，提高管道的可靠性，延長管道的運(yùn)行周期，取得較大的經(jīng)濟(jì)效益，使管道在接近設(shè)計(jì)的最佳條件下運(yùn)行，對管道的安全、維護(hù)人員的安全、減少環(huán)境污染等方面起到有益作用。

三、天然氣管道腐蝕檢測工作內(nèi)容

結(jié)合天然氣管道腐蝕機(jī)理的理論基礎(chǔ)，基于風(fēng)險(xiǎn)的腐蝕檢測評價(jià)為指進(jìn)一步開展天然氣管道腐蝕檢測工作。我們主要利用腐蝕檢測技術(shù)對管道進(jìn)行基礎(chǔ)信息調(diào)查、宏觀檢驗(yàn)、管道腐蝕環(huán)境檢測與基本評價(jià)，其中環(huán)境檢測評級包括土壤腐蝕性檢測評價(jià)、雜散電流干擾腐蝕檢測評價(jià)，對于管道腐蝕防護(hù)系統(tǒng)的檢測評價(jià)包括外防腐層狀況檢測與評價(jià)、陰極保護(hù)有效性檢測評價(jià)，管道使用評價(jià)包括了管系應(yīng)力分析、剩余強(qiáng)度評定、剩余壽命預(yù)測等主要工作內(nèi)容。具體評價(jià)檢測步驟如下：

（1）原始資料收集及審查。

（2）宏觀檢測。通過沿管道徒步行走排查的方式，檢查管道走向，統(tǒng)計(jì)地面裝置、穿跨越地段、違章、交叉等。每 30m 記錄一次埋深，并進(jìn)行地區(qū)等級劃分等。

（3）管道敷設(shè)環(huán)境調(diào)查。等距法測量土壤電阻率，利用 MICROCOR 技術(shù)測量土壤腐蝕速率。記錄交流雜散電流 直流雜散電流干擾，對土樣進(jìn)行土壤理化性能分析等。

（4）外防腐層不開挖檢測。一是通過 PCM 和 DCVG 防腐層破損點(diǎn)定位、腐蝕嚴(yán)重程度、腐蝕活性，等級劃分。二是通過防腐層數(shù)據(jù)處理（ESREC）軟件，對管道防腐層狀況優(yōu)劣評價(jià)。

（5）陰極保護(hù)系統(tǒng)檢測。包括站場絕緣接頭測試，恒電位儀運(yùn)行狀況調(diào)查，測試樁通斷電位，全線 CIPS 密間隔檢測。

（6）管道風(fēng)險(xiǎn)評估。通過對第三方破壞、腐蝕、設(shè)計(jì)、誤操作、泄漏影響指數(shù)五方面因素評分，計(jì)算得出絕對風(fēng)險(xiǎn)等級和相對風(fēng)險(xiǎn)等級。

（7）開挖檢測。包括防腐層和管體檢測。對已開挖點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)。

（8）管系應(yīng)力分析。利用 CAESAR II 軟件對管道系統(tǒng)建模，模擬管道系統(tǒng)的實(shí)際情況，并考慮實(shí)際情況中比較苛刻的工況對管道模型進(jìn)行計(jì)算。通過計(jì)算結(jié)果來判斷管道系統(tǒng)的載荷以及應(yīng)力情況。

（9）管道剩余強(qiáng)度評價(jià)。對管道減薄程度進(jìn)行分析，評估管道安全等級，是否能繼續(xù)使用;

管道剩余壽命預(yù)測。判斷管道剩余使用壽命，計(jì)算再評價(jià)時(shí)間間隔。

四、結(jié)論

通過對管道腐蝕機(jī)理的簡要介紹我們進(jìn)一步了解管道運(yùn)行過程中受到腐蝕的基本原因，腐蝕檢測技術(shù)的應(yīng)用，在我們?nèi)粘９艿肋\(yùn)維管理中起到了重要的作用，并且具有深遠(yuǎn)的意義。結(jié)合管道腐蝕檢測技術(shù)，我們制定了相應(yīng)的工作內(nèi)容，在今后的生產(chǎn)運(yùn)行過程中也將進(jìn)一步實(shí)施。相信在該技術(shù)的應(yīng)用下，我們能夠進(jìn)一步提升管道安全運(yùn)行的管理水平，延長管道的使用壽命，穩(wěn)定天然氣的儲運(yùn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]任永飛，胡元甲.管道防腐技術(shù)在油氣儲運(yùn)中的全程控制與應(yīng) 用分析[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2017，37（10）