油氣管道腐蝕檢測與防護

郭文鑫，星志濤

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

1 油氣管道腐蝕檢測與防護的必要性

油氣運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)可能會對管道進行腐蝕。管道一旦被腐蝕而產(chǎn)生破損情況，就有可能會導(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間就會發(fā)生比較嚴重的腐蝕，因此對油氣管道腐蝕進行檢測，并采取有效的防護手段是十分重要的[1]。及時檢測能夠在問題發(fā)生之前就對管道中腐蝕較嚴重的部分進行修補，防止油氣泄漏的情況發(fā)生。而有效的腐蝕防護措施也能夠在一定程度上延長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)濟效益。

2 油氣管道腐蝕原因簡析

目前影響油氣管道腐蝕主要有兩個方面：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，但造價相對較低，而不活潑金屬穩(wěn)定性較強，不容易被腐蝕。但采用這樣的制造成本就會大大提升，降低企業(yè)的經(jīng)濟效益，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高于多合金制造的管道。而且管道制造工藝不同，也會導(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輸管道耐腐蝕性能就會更高一些。

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，管道中運輸?shù)脑秃吞烊粴獠⒉皇墙y(tǒng)一標準的，不同地區(qū)、不同油田、不同工藝所開采出的油氣質(zhì)量就會不同，質(zhì)量好的油氣中雜質(zhì)較少，水分含量較低，對管道的腐蝕就相對較弱，而雜質(zhì)含量多、油氣之外的化學物質(zhì)未被清除干凈，就會更加容易對管道進行腐蝕。管道長年埋于地下，難免會與二氧化碳、硫化氫等酸性物質(zhì)反應(yīng)，這些反應(yīng)會導(dǎo)致管道發(fā)生嚴重的腐蝕現(xiàn)象。因此要想減少油氣管道的腐蝕，應(yīng)當在制造管道時，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，同時在油氣開采后簡單進行加工再運輸，減少油氣對管道的損害。除此之外，還需要在管道之外設(shè)置一定的防護，防止土壤成分對管道的侵蝕，綜合這些方法對管道進行保護，才能夠?qū)崿F(xiàn)更好的防護效果。

3 油氣管道腐蝕監(jiān)測技術(shù)

3.1 變頻選頻技術(shù)

變頻選頻技術(shù)使用的時間較長，技術(shù)也相對比較成熟，主要是對油氣管道防腐層中的絕緣電阻進行測量，通過比對測量結(jié)果與相關(guān)標準，發(fā)現(xiàn)防護層中出現(xiàn)的問題，及時對問題進行解決。這種技術(shù)使用比較簡單，因此具有方便快捷的優(yōu)點，而且通過這種技術(shù)還能夠精確到管道的每一段，準確性比較高，結(jié)果也比較真實，因此目前在實際檢測過程中應(yīng)用十分廣泛。但是由于這種技術(shù)沒有辦法準確測量電阻值，因此對一些相對比較細小的腐蝕情況檢測效果較差。而且對較長的管道，這種方法的檢測也會出現(xiàn)偏差，這是變頻選頻技術(shù)在實際應(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給管道施加交變電流，用探測儀對交變電流產(chǎn)生的磁場進行檢測，能夠顯示出管道的走向和具體狀況。當油氣管道被腐蝕時，管道的防腐層就會出現(xiàn)缺口，缺口處向大地泄漏一部分的電流，這部分電流也會形成交變電場。而人體站在交變電場中，每個人都具有交變點位，其中如果兩個人體分別位于缺陷位置以及無缺陷的管道旁時，探測儀中會顯示接收到的信號幅值最大，這樣就能夠檢測出油氣管道中腐蝕嚴重的位置。這種方法在實際應(yīng)用中對檢測員的操作要求較高，且檢測員本身需要有一定的專業(yè)知識，才能夠完成檢測。而且由于技術(shù)本身的限制，信號發(fā)射位置的選擇會對檢測結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，如果檢測位置不合理，檢測出的內(nèi)容與實際情況存在較大的偏差。因此這種方法雖然在現(xiàn)場應(yīng)用時表現(xiàn)不錯，但由于這些缺點的存在，難以進一步發(fā)展。

3.3 PCM技術(shù)

PCM技術(shù)是通過PCM發(fā)射機向油氣管道發(fā)射定位電流，電流經(jīng)管道傳送到接收機的位置，接收機對管道傳送的電流變化狀況進行分析，就能夠準確地評估管道的腐蝕情況。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接收器時衰減較少，但如果管道腐蝕嚴重，大量的電流就會經(jīng)腐蝕部位流失，接收器接收到的電流信號衰減就越大[3]。這種技術(shù)相對于其他技術(shù)來說，對工作人員的專業(yè)知識要求不高，同時也能夠有效檢測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 超聲波檢測技術(shù)

當油氣管道發(fā)生泄漏時，在泄漏處會產(chǎn)生渦流，渦流就會伴隨著一定的超聲波波段產(chǎn)生，從而被超聲波檢測技術(shù)檢測到。在實際應(yīng)用時，可以用超聲波檢測儀對油氣管道進行掃描，如果出現(xiàn)泄漏，就能夠通過耳機聽到泄漏的聲音，在儀器上也會出現(xiàn)數(shù)位信號變化泄漏位置越近，這種變化越明顯，而且超聲檢測儀器的聲波頻率越高，對油氣管道因腐蝕而導(dǎo)致的泄漏檢測準確率越高。超聲波檢測在應(yīng)用時比較簡單，而且測得結(jié)果的準確率高，但是對設(shè)備有一定的要求，而且目前只應(yīng)用于直徑較大的管道，限制了這項技術(shù)的發(fā)展。

4 油氣管道腐蝕防護技術(shù)

4.1 科學選取管道防腐材料

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，在實際使用時體現(xiàn)出透氣性、黏合性，最重要的是在地下環(huán)境中需要有較強的耐酸堿性。在防腐材料的選取上，需要參考當?shù)氐耐寥拉h(huán)境、油氣質(zhì)量，針對性地進行選擇，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行檢測，當發(fā)現(xiàn)附件出現(xiàn)嚴重腐蝕時，及時進行更換[4]。

4.2 管材鍍層技術(shù)和陰極保護技術(shù)的應(yīng)用

管材鍍層技術(shù)主要是通過在管材表面用電熱噴涂等方法噴涂環(huán)氧粉末，從而達到耐熱、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，油氣中還可能會含有各種雜質(zhì)，加重管道的腐蝕，油氣中含水較多時，還有可能會使管道出現(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)對各種環(huán)境。油氣在運輸過程中會出現(xiàn)溫度升高等情況，因此需要涂層本身的物理性能較強，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，也能夠提升管道強度，防止地下水的滲入。陰極保護技術(shù)是利用化學電解池的原理，通過外加電流對電化學意義上的陰極進行保護，陰極保護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作用。在實際應(yīng)用時需要注意，工作人員需要對土壤成分和地下水中各種物質(zhì)的含量進行研究，對管道所處環(huán)境進行充分了解，然后再結(jié)合具體情況確定陽極和陰極，再把管道作為陰極，利用外加電流保護起來。

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程中應(yīng)用十分廣泛，主要是通過改變腐蝕過程中陽極或者陰極反應(yīng)的機理，從而實現(xiàn)減緩腐蝕的目的。緩蝕劑一般是在管道生產(chǎn)的過程中添加，較低的濃度就能夠達到很好的緩蝕效果，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管道的使用壽命，達到降低成本、較少原材料的效果。需要注意的是，在添加緩蝕劑時，需要結(jié)合管材所處的環(huán)境進行具體規(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對防腐蝕效果產(chǎn)生較大的影響，在使用時不能生搬硬套，應(yīng)根據(jù)實際情況確定。

4.4 縮減加熱蒸汽能耗技術(shù)

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

5 結(jié)語

綜上所述，由于油氣運輸管道所處的地下環(huán)境復(fù)雜，容易產(chǎn)生腐蝕、破損等問題，管道一旦破損，就會有可能會出現(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產(chǎn)安全。造成油氣運輸管道發(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。因此油氣運輸企業(yè)應(yīng)當針對性地加強油氣運輸管道的防腐蝕性能，通過各種方法對管道腐蝕情況進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)管道中腐蝕嚴重的部位并進行修補，防止事故的發(fā)生，保證油氣資源安全、穩(wěn)定地供應(yīng)。