油氣集輸管網(wǎng)外腐蝕直接評價(jià)的應(yīng)用研究

旺志濤

摘要：在復(fù)雜地形特別是山區(qū)油氣集輸管網(wǎng)腐蝕直接評價(jià)的各類方法中，使用外腐蝕直接評價(jià)這一方法無疑是當(dāng)前科學(xué)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(jià)的方法成為油氣生產(chǎn)等企業(yè)掌握管道運(yùn)行安全的最為主要的檢測評價(jià)手段。本文依托長慶油田部分油氣集輸管網(wǎng)的外腐蝕直接評價(jià)項(xiàng)目的實(shí)施情況，闡述了油氣集輸管網(wǎng)上實(shí)施ECDA的典型原理和方法。

關(guān)鍵詞：外腐蝕直接評價(jià);油氣集輸管網(wǎng);復(fù)雜地形

中圖分類號：TE988.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1. 引言

輸送管網(wǎng)的運(yùn)行安全是油氣生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在山區(qū)等特殊地貌下，因地形復(fù)雜、管道敷設(shè)數(shù)量多、管道交叉、變徑等情況，致使油氣集輸管道的安全評價(jià)與日常管理面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

近些年來，我國廣大的管道企業(yè)逐步開展管道的完整性管理，大大地提升了管網(wǎng)的運(yùn)營管理水平。由于山區(qū)油氣集輸管網(wǎng)絕大部分管道不具備實(shí)施內(nèi)檢測的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，腐蝕直接評價(jià)的技術(shù)方法則成為完整性管理過程的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和完整性評價(jià)過程的檢測方法的必然選擇。埋地鋼質(zhì)管道的腐蝕直接評價(jià)（DA）技術(shù)共有三種：外腐蝕直接評價(jià)（ECDA）技術(shù)、內(nèi)腐蝕直接評價(jià)（ICDA）技術(shù)和應(yīng)力腐蝕評價(jià)（SCCDA）技術(shù)。當(dāng)前外腐蝕直接評價(jià)（ECDA）方法應(yīng)用最為普及，技術(shù)也最為成熟。通常分為四個(gè)步驟：預(yù)評價(jià)、間接檢測、直接檢查和后評價(jià)。

在ECDA的實(shí)施過程中，能夠普遍實(shí)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(qū)環(huán)境或工農(nóng)關(guān)系復(fù)雜地區(qū)，開展有效的間接檢測是完成管體腐蝕評價(jià)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在ECDA的直接檢查過程中，受山區(qū)環(huán)境、技術(shù)方法的限制以及工農(nóng)關(guān)系等因素的制約，目前只是在取得有效的間接檢測結(jié)果之后，才能進(jìn)行少量的開挖驗(yàn)證和檢驗(yàn)。

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(qū)等復(fù)雜地形下敷設(shè)的管道路由、尺寸、材質(zhì)等歷史數(shù)據(jù)和地上占壓、農(nóng)田、電纜線交叉等現(xiàn)場條件是制定檢測方案的首要階段即ECDA的預(yù)評價(jià)。其目的在是充分了解管道敷設(shè)歷史、維保情況、后期占壓、外界干擾等內(nèi)容基礎(chǔ)上，確定進(jìn)行ECDA評價(jià)的可能性及在可實(shí)施評價(jià)的前提下確定評價(jià)流程。檢測方案通常包括：檢測項(xiàng)目背景、檢測方法選用、檢測人員資質(zhì)等具體內(nèi)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(shí)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(jīng)有了大致的了解采用峰/谷值（重合）相互驗(yàn)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(diǎn)測量3次，取平均值記錄。

管道埋深檢測點(diǎn)選擇：在管線路由的直線段內(nèi)，每兩個(gè)測量點(diǎn)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(qū)除外）;管道在穿越河流、路面、溝渠、建筑物、湖泊時(shí)前后各采集一處坐標(biāo)。

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(xì)顯示當(dāng)前檢測點(diǎn)管道敷設(shè)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(chǎn)生的磁場水平分量，并在上、下線圈中形成感應(yīng)電動勢。電動勢的強(qiáng)弱與線圈距離管道的埋深相關(guān)，根據(jù)這種關(guān)系計(jì)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(yīng)電動勢;D-兩個(gè)線圈間距

這一計(jì)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(shù)據(jù)，對埋深不足位置定點(diǎn)做好標(biāo)記或現(xiàn)場交底，可按要求在甲方整改后再進(jìn)行復(fù)測。

2.2.3管道防腐層破損點(diǎn)檢測

針對破損點(diǎn)檢測，我們通常采用電位梯度法。其原理是通過信號機(jī)將固定頻率的電信號連通到待檢管道上，這時(shí)管道破損點(diǎn)與土層就構(gòu)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(diǎn)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(fù)檢測對比就可以判斷出破損點(diǎn)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(guān)系。

交流電位梯度法是利用與PCM+設(shè)備配套的A字型架，測量A字架兩個(gè)尖端插入地表的電位差值。兩個(gè)尖端電極之間距離通常為55厘米。當(dāng)兩個(gè)電極之間存在電位差值時(shí)，探杖就可以指示破損點(diǎn)的方向，根據(jù)指示方向不斷調(diào)整A字架插入地表的位置就能夠準(zhǔn)確定位出破損點(diǎn)位置。

交流電位梯度法通常會將兩個(gè)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(xué)干擾。管線檢測過程中操作員沿管道的路由根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，將A字架電極以一定的間距反復(fù)插入地表，通過探杖面板上顯示的箭頭方向?qū)ふ夜芫€上破損點(diǎn)的位置，人通過破損點(diǎn)時(shí)，箭頭會變向指示。越是靠近破損點(diǎn)，指示箭頭越趨于穩(wěn)定或出現(xiàn)不同方向的跳動情況，并達(dá)到電場強(qiáng)度極值，從而便可以判斷出破損點(diǎn)的大小。當(dāng)操作員遠(yuǎn)離破損點(diǎn)時(shí)，箭頭方向首先會趨于固定，直至不再指示方向;而電場強(qiáng)度值隨著遠(yuǎn)離也會逐漸變小甚至消失。通過不斷復(fù)測，可以很清楚地找到破損點(diǎn)的確切位置——位于兩個(gè)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(yīng)用電磁感應(yīng)原理測定和評價(jià)埋地管道外防腐層缺陷和整體狀況的方法?，F(xiàn)場測量準(zhǔn)備階段利用信號機(jī)向待測管道施加一個(gè)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(diǎn)距離的增加而有規(guī)律的衰減。把測量記錄后的電流值導(dǎo)入ESTECXP軟件，可以計(jì)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(jì)算結(jié)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(huán)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(yán)重，衰減就越快，甚至出現(xiàn)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(jià)模型計(jì)算出防腐層絕緣電阻率Rg值。參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》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(jià)指標(biāo)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(dāng)評價(jià)等級為3和4時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)補(bǔ)救措施對管線防腐層進(jìn)行監(jiān)管修復(fù)。

2.2.5土壤腐蝕性檢測

土壤腐蝕經(jīng)典評價(jià)方法為“失重法”，這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是科學(xué)準(zhǔn)確，但缺點(diǎn)也比較明顯，需要等待較長的自然腐蝕時(shí)間。這就導(dǎo)致在工期和經(jīng)費(fèi)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(shí)可以引入土壤電阻率這一指標(biāo)，它是土壤導(dǎo)電性能的指標(biāo)，能夠有效判斷土壤腐蝕性，可以滿足大部分工程需要。ECDA項(xiàng)目中采用四極法，沿管道路由選取若干點(diǎn)實(shí)施土壤腐蝕性檢測和評價(jià)。

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(xiàn)比較嚴(yán)重的腐蝕。雜散電流干擾性質(zhì)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(jī)等電類氣設(shè)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)就能夠確定干擾的等級，依據(jù)測量結(jié)果能夠確定治理與否及治理方案。

2.2.6開挖驗(yàn)證和管體腐蝕狀況的調(diào)查

根據(jù)間接檢測項(xiàng)目結(jié)果，ECDA準(zhǔn)確與否需要進(jìn)行直接驗(yàn)證。主要是通過直接挖掘破損點(diǎn)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(biāo)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(jià)，分析管線腐蝕原因，提出整改建議。

3. 結(jié)束語

將此技術(shù)方法應(yīng)用于油氣集輸管網(wǎng)腐蝕檢測中，制定ECDA項(xiàng)目的具體實(shí)施范圍和選擇檢測工具，是成功實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)的關(guān)鍵。通過ECDA項(xiàng)目的實(shí)施，幫助管理者及時(shí)了解管網(wǎng)外腐蝕情況，從而進(jìn)行科學(xué)地管理，減小運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，降低運(yùn)營成本。

從ECDA方法在長慶油田的實(shí)施過程和效果來看，ECDA方法符合油氣集輸管道運(yùn)行管理的需求，能夠有效掌握埋地鋼質(zhì)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(wǎng)的安全管理水平，避免出現(xiàn)因管道腐蝕滲漏而發(fā)生的環(huán)境污染事故，具有很高的社會和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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