淺談壓力管道系統(tǒng)腐蝕防護技術(shù)

李 俊

（曲靖市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測中心，云南 曲靖 655000）

0 引言

壓力管道廣泛應(yīng)用于石油化工、城鎮(zhèn)燃氣、油氣田開發(fā)和油氣輸送等領(lǐng)域，根據(jù)國家市場監(jiān)督管理總局的統(tǒng)計數(shù)量顯示，截至2019年，我國的壓力管道數(shù)量已接近50 萬km。在油氣運輸領(lǐng)域，壓力管道是油氣運輸?shù)闹鲃用}，它給運輸帶來了方便，同時也存在一定的風險，因為一旦發(fā)生泄漏或爆炸，會發(fā)生火災(zāi)或中毒等災(zāi)害，可能造成人員傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境污染等災(zāi)難性后果。有關(guān)研究已表明，腐蝕是造成壓力管道系統(tǒng)失效的關(guān)鍵因素[1]。壓力管道系統(tǒng)在長期服役過程中，受到運輸介質(zhì)和外部環(huán)境的共同腐蝕作用，容易使管道系統(tǒng)產(chǎn)生危害安全運行的管子穿孔或破裂等缺陷，由此引申的泄漏、燃燒、爆炸事故，給國家和人民帶來巨大生命財產(chǎn)損失。因此探討腐蝕機理，對壓力管道系統(tǒng)進行有針對性的防護和安全評估，對于保障其安全運行，延長使用壽命具有重要意義。

1 壓力管道系統(tǒng)的腐蝕破壞的類型

在GB/T 30579《承壓設(shè)備損傷模式識別》國家推薦性標準中，有大篇幅對腐蝕減薄的描述，將腐蝕減薄分列成了25 個類型，根據(jù)盛裝介質(zhì)的不同，壓力管道系統(tǒng)存在的腐蝕可能是其中一種或多種的結(jié)合。壓力管道系統(tǒng)的腐蝕，是指管體材料在運行過程中，在運輸介質(zhì)、管道壓力和外部環(huán)境的共同作用下，發(fā)生壁厚減薄、材質(zhì)劣化、力學性能變化等現(xiàn)象而使管道的承載能力下降而造成的破壞。腐蝕按照破壞形式分為全面腐蝕（均勻腐蝕）和局部腐蝕[2]。

全面腐蝕是指金屬管道的內(nèi)部或外部的較大面積上產(chǎn)生基本相同的腐蝕類型，其中管道的內(nèi)部遭受運輸介質(zhì)的腐蝕，外部則遭受大氣或者土壤等的腐蝕，全面腐蝕會降低壓力管道系統(tǒng)的強度和穩(wěn)定性。

局部腐蝕是指在壓力管道系統(tǒng)的某一管段的某一部位，主要包括縫隙腐蝕、濃差電池腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和氫腐蝕等，其外觀表現(xiàn)形式有點狀、坑和溝槽等，如圖1 所示。局部缺陷可能導致管道系統(tǒng)局部穿孔泄露，因此其危險性較大，具有復(fù)雜性、集中性和突發(fā)性特點。例如孔蝕（點腐蝕），呈現(xiàn)斑點狀、潰瘍狀，腐蝕集中于金屬表面的很小范圍，但是深度可能較大并向內(nèi)部擴展，嚴重時造成管壁穿孔，如圖2 所示。

根據(jù)腐蝕機理來劃分壓力管道的腐蝕，可以分為2種，即電化學腐蝕與化學腐蝕。前者指的是金屬與電解質(zhì)組成2 個電極，組成腐蝕原電池，并產(chǎn)生電化學反應(yīng)，對管道產(chǎn)生腐蝕，具體包括電解質(zhì)腐蝕與原電池腐蝕2 種?；瘜W腐蝕指的是金屬與介質(zhì)在化學反應(yīng)的作用下產(chǎn)生的腐蝕，對于單純的化學腐蝕而言，并不具備形成微電池的條件。

圖1 壓力管道局部腐蝕

圖2 腐蝕減薄破裂

2 壓力管道系統(tǒng)的腐蝕防護技術(shù)

了解了腐蝕類型和機理，采用有針對性的防護措施，就能夠減緩或者防止管道腐蝕的發(fā)生。對于金屬管道的腐蝕防護，國內(nèi)外已經(jīng)形成純熟的防腐技術(shù)，對于管道外壁的防護主要是從材質(zhì)選取和合理設(shè)計、環(huán)境介質(zhì)的控制，涂覆保護層和電化學保護等方面進行；而對于管道內(nèi)壁的防護，主要是從管材的選擇、添加緩蝕劑，內(nèi)表面鍍層和增加內(nèi)襯里等方面進行。

由于管道設(shè)計選材、施工質(zhì)量、復(fù)雜的地下環(huán)境、運行年限、第三方破壞等問題的客觀存在，可能會造成管道的腐蝕防護系統(tǒng)失效。對于油氣儲運中最常見的架空管道和埋地管道，由于工作環(huán)境不同，其防腐細節(jié)也不盡相同[2]。架空管道外腐蝕主要是大氣中的環(huán)境腐蝕，選擇滿足適合環(huán)境的防腐漆可以較好地滿足防腐要求。而埋地管道所處的環(huán)境更為復(fù)雜，多采用防腐層和陰極保護聯(lián)合保護的方法。其管體的腐蝕程度不但和外防腐層的質(zhì)量相關(guān)，而且與陰極保護的運行參數(shù)及管子所處的土壤腐蝕環(huán)境密切相關(guān)。由于其長期埋置于地下，除了需要承受各種偶發(fā)的自然災(zāi)害的侵襲，還需時刻承受周圍土壤的腐蝕作用。因此，埋地管道的外腐蝕防護特別重要，科學合理地選擇外防腐材料，嚴格控制防腐覆蓋層的質(zhì)量標準，將決定管道的運行安全和使用壽命。

管道的選材、設(shè)計、安裝及運行管理維護等環(huán)節(jié)嚴格執(zhí)行國家標準相關(guān)規(guī)定，能有效地預(yù)防腐蝕的發(fā)生，在具體實施時，可以采取以下技術(shù)措施。1）管道設(shè)計時選擇與所輸送介質(zhì)相匹配的材料，重點關(guān)注其抗腐蝕性。2）管道內(nèi)外選擇適宜的防腐層材料，且防腐層應(yīng)當均勻和致密地涂覆在管道金屬表面上，對于埋地管道，還要選用有效的陰極保護系統(tǒng)。3）加強施工過程的管控，避免管道因施工質(zhì)量問題而導致誘發(fā)腐蝕發(fā)生的因素存在。4）定期監(jiān)測輸送介質(zhì)中的腐蝕介質(zhì)含量，如果上升則應(yīng)采取措施降低其含量或加入緩蝕劑。

3 管道防腐蝕運行管理技術(shù)

在管道運行過程中，對其進行防護管理非常重要，有效的防護管理能夠減緩腐蝕速度、減少或避免腐蝕的發(fā)生，還可以延長管道的使用壽命。因此，使用單位建立良好的運行防護體系是達到預(yù)期防腐效果的基本保證。隨著人們對防護認識的提高，在防護策略上已從加強電化學保護、防腐層檢漏與修補、腐蝕狀態(tài)調(diào)查等經(jīng)常性基礎(chǔ)工作的基礎(chǔ)上，逐步向按管段腐蝕與防護態(tài)勢的分級管理、腐蝕事故預(yù)測、壽命預(yù)測、評估等更深層次方向發(fā)展。

筆者根據(jù)多年的管道系統(tǒng)運行防腐經(jīng)驗，認為從以下4 個方面著手可以達到較好的防護效果[3]。1）制度措施。使用單位應(yīng)建立壓力管道系統(tǒng)安全管理制度，采取各種安全技術(shù)措施，提高對腐蝕與防護的重視，定期對管道自行檢查、檢測、維修和巡護。制度應(yīng)規(guī)定日常巡查應(yīng)詳細記錄與防護密切相關(guān)的外防腐漆或防腐層破損、剝離程度，陰極保護參數(shù)是否適宜等關(guān)鍵信息。2）按照特種設(shè)備安全法和壓力管道安全技術(shù)規(guī)范的要求定期開展年度檢查和定期檢驗。其中，定期檢驗應(yīng)根據(jù)檢驗有效期及時向有資質(zhì)的檢驗機構(gòu)申報，對檢驗人員提出的與防腐相關(guān)的問題，應(yīng)及時采取整改措施；年度檢查可以由使用單位自己進行，也可以委托有資質(zhì)的檢驗機構(gòu)進行，但必須把防腐。3）開展管道完整性管理工作。對管道系統(tǒng)的危險源進行識別，采取風險管控措施，將風險控制在合理可接受的范圍內(nèi)，實現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟地運行管理的目的。4）開展管道安全現(xiàn)狀評價。

4 管道腐蝕防護系統(tǒng)安全現(xiàn)狀評價技術(shù)

安全現(xiàn)狀評價由安全評價資質(zhì)機構(gòu)進行。主要是通過收集對在用壓力管道系統(tǒng)原始資料，包括運行、監(jiān)測、檢測數(shù)據(jù)等主要資料以及管道沿線地區(qū)的自然環(huán)境、水文及地質(zhì)資料、社會環(huán)境等，遵循安全現(xiàn)狀評價導則要求，進行現(xiàn)場勘查等系列工作。通過對在役運行管道進行安全現(xiàn)狀評價，對管道系統(tǒng)狀況特別是腐蝕防護系統(tǒng)有全面了解，對存在的腐蝕缺陷或易導致腐蝕產(chǎn)生等危險、有害因素進行辨識與分析，判斷發(fā)生事故的可能性及其嚴重程度，提出降低或控制風險的安全對策措施。

管道腐蝕防護系統(tǒng)安全現(xiàn)狀評價主要包括8 個方面。1）管道本體質(zhì)量狀況。如管道設(shè)計是否符合相關(guān)標準規(guī)定；防腐措施是否滿足要求；管道元件是否有質(zhì)量證明書等；施工質(zhì)量保證控制措施，施工完成后管道防腐層的完整性和陰極保護有效性驗收情況。2）管道運行安全管理方面。如安全生產(chǎn)管理組織機構(gòu)情況；操作人員進行安全教育和培訓情況；安全技術(shù)操作規(guī)程和巡檢制度、定期檢查制度、維護保養(yǎng)規(guī)程的執(zhí)行情況；是否進行風險辨識和隱患排查治理等。3）日常檢查。如是否進行定期巡檢、是否有崗位巡檢管控措施，是否對易發(fā)生腐蝕部位進行重點檢查和及時監(jiān)測，管道防腐防護系統(tǒng)健全完善情況，年度檢查時是否進行了壁厚測定等。4）安全防護措施。是否設(shè)有警示標識；介質(zhì)泄漏監(jiān)測系統(tǒng)等自控系統(tǒng)設(shè)置及運行情況；腐蝕監(jiān)控措施等。5）社會環(huán)境。管道沿線周邊環(huán)境條件與設(shè)計時是否有變化等。6）第三方施工作業(yè)安全管理情況。7）自然及地質(zhì)災(zāi)害的安全防范措施。8）實施定期檢驗檢測情況。

通過安全評價，管道運營單位進一步客觀、準確、全面了解壓力管道系統(tǒng)使用性能狀態(tài)，找出問題，并對危害程度作出判斷，針對問題制定防范措施和管理決策，減少事故造成危害和損失，確保管道安全運行。

5 結(jié)語

壓力管道系統(tǒng)的腐蝕防護是一項系統(tǒng)工程，它包含技術(shù)措施和管理措施等多方面的內(nèi)容，掌握管道的腐蝕機理，有針對性的采取防護措施，并定期對運行管道進行安全評價，對確保管道安全運行具有重要意義。