基于綜合檢測(cè)評(píng)價(jià)的管道外防腐管理體系

蘆建新

（中國(guó)石化西北油田分公司油氣運(yùn)銷部，新疆 輪臺(tái) 841600）

0 引言

采用科學(xué)、有效的檢測(cè)技術(shù)，對(duì)管道的防腐層的完整性、管體腐蝕現(xiàn)狀及環(huán)境腐蝕性等進(jìn)行系統(tǒng)、全面檢測(cè)與評(píng)價(jià)，排查管道高后果段、高風(fēng)險(xiǎn)段應(yīng)力集中狀況，為管道的完整性管理提供可靠依據(jù)，可有效避免管道發(fā)生腐蝕泄漏失效，實(shí)現(xiàn)在役管道安全、可靠的穩(wěn)定運(yùn)行。以塔里木盆地塔河油田某凝析油管道為例，該管道投產(chǎn)年限在10年以上，管道所處的環(huán)境惡劣，塔河片區(qū)管道受到水淹的危害，管道外腐蝕情況嚴(yán)重。因此，針對(duì)油氣管道外腐蝕開展了管道綜合檢測(cè)項(xiàng)目，并形成了外腐蝕管理體系。

1 防腐管理體系的基本內(nèi)涵和做法

1.1 基本內(nèi)涵

基于管道綜合檢測(cè)評(píng)價(jià)的管道外防腐管理體系，包含五個(gè)階段，分別是管道環(huán)境分析評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)、維護(hù)和維修評(píng)價(jià)和效能評(píng)價(jià)。通過效能評(píng)價(jià)反饋的維護(hù)維修成果，反作用于管道環(huán)境分析評(píng)價(jià)，從而使五個(gè)階段構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，形成管道外防腐管理體系。

1.2 主要做法

基于管道存在外腐蝕情況，通過管道外防腐管理體系，對(duì)所轄管道進(jìn)行了綜合管理，有效地評(píng)價(jià)了管道的運(yùn)行現(xiàn)狀，并針對(duì)局部腐蝕嚴(yán)重管段進(jìn)行了維護(hù)和維修，有效地延長(zhǎng)了管道壽命，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)效益最大化。該管理體系主要從以下五個(gè)方面開展了相關(guān)工作。

1.2.1 管道環(huán)境分析

收集管體屬性、管道埋深、管道采用的防腐層種類及使用情況、管道所處位置地面狀況、地面建筑物分布、地層含水狀況、管道穿越公路水路情況等，分析一旦管道外腐蝕造成管體穿孔破裂會(huì)導(dǎo)致的后果嚴(yán)重程度，識(shí)別出管道穿孔破裂影響區(qū)域。

1.2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

系統(tǒng)全面的識(shí)別管道外腐蝕風(fēng)險(xiǎn)及管體腐蝕，分析評(píng)價(jià)并提出管理控制措施。管道外腐蝕風(fēng)險(xiǎn)包括但不限于，防腐層破裂、管體腐蝕、第三方破壞、先天缺陷以及地質(zhì)災(zāi)害等。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是找出高風(fēng)險(xiǎn)段，提出的措施要區(qū)分輕重緩急，措施還應(yīng)該包括完整性評(píng)價(jià)計(jì)劃。

1.2.3 完整性評(píng)價(jià)

完整性評(píng)價(jià)包括對(duì)管道外防腐層及管道本體上存在的缺陷進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)價(jià)和提出修復(fù)建議。外防腐層檢測(cè)常用的方法：

（1）交流電位梯度法（AVCG）

從交流電位梯度法運(yùn)行過程可以看出，其主要由發(fā)射機(jī)將電流信號(hào)施加于管道，然后該信號(hào)會(huì)以管道為媒介，向外擴(kuò)散，若這個(gè)信號(hào)破損的防腐層，那么該信號(hào)會(huì)向外界流失，并以流失點(diǎn)為基點(diǎn)，形成信號(hào)電場(chǎng)，然后利用PCM和A字架工具定位該信號(hào)電場(chǎng)，以準(zhǔn)度定位破損的防腐層位置。分析給檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，若電場(chǎng)顯示為圓形，那么其破損點(diǎn)較為單一，若電場(chǎng)顯示為橢圓，那么其一般是因?yàn)槠茡p防腐層過長(zhǎng)形成的。此外，在利用該檢測(cè)方式進(jìn)行檢測(cè)定位時(shí)，若將儀器置于漏點(diǎn)上方，數(shù)值越高那么破損情況越嚴(yán)重；

（2）直流電位梯度法（DCVG）

此方式的原理為，在埋地管道上施加陰極保護(hù)電流，此電信號(hào)首先會(huì)穿過土壤媒介，然后匯集在破損的管道破損處，并以一種電壓梯度的方式表現(xiàn)出來(lái)。由于土壤擁有不同的電阻率，因此該梯度場(chǎng)的波動(dòng)會(huì)在某一范圍內(nèi)變化，而該場(chǎng)的中心區(qū)域（0.9～1.8m）會(huì)形成電壓梯度。一般情況下，電壓梯度受到破損層面積影響，若距破損點(diǎn)更近或破損面積較大，那么該梯度也會(huì)隨之更強(qiáng)，或更加集中。此外，為避免某些信號(hào)的干擾，此項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)在運(yùn)行過程中，會(huì)在管道上施加非對(duì)稱間斷電流信號(hào)，該信號(hào)利用陰極保護(hù)電源以達(dá)到信號(hào)施加目的，而此檢查方式的判定為：主要將兩個(gè)接地探極置于管道上方，然后利用該探極一端的靈敏儀對(duì)破損管道防腐層進(jìn)行探測(cè)，該靈敏儀通過電壓梯度定位管道破損情況；

（3）密間隔電位法（CIPS）

從密間隔電法的運(yùn)行原理和檢查對(duì)象可以看出，其可較為詳細(xì)的檢測(cè)管道對(duì)地電位和其相關(guān)距離。該檢測(cè)方式使用范圍為：管道1～5m間距的管道。其檢測(cè)目的為：對(duì)管道電位進(jìn)行檢測(cè)?？膳浜鲜褂玫墓ぞ哂校褐袛嗥骱虳CVG。對(duì)于前者而言，可以更好檢測(cè)或除去電位誤差，比如由IR降引產(chǎn)生的。對(duì)于后者而言，其可以對(duì)管道破損的防腐層進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)；

（4）管中電流法（PCM）

由于電容耦合效應(yīng)存在于大地和管道防腐層之間，再加上防腐層自身屬性影響（導(dǎo)電性：穩(wěn)定但較弱），在防腐層沒有受到損壞時(shí)，電流信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)有規(guī)律的遞減，也可稱之其為指數(shù)衰減。若防腐層受到破壞，或存在破損情況，那么該電流信號(hào)就會(huì)由此被導(dǎo)入大地，而這就會(huì)明顯降低管道中的電流強(qiáng)度，從而降低其對(duì)應(yīng)的地面磁場(chǎng)強(qiáng)度，而依據(jù)該變化情況，即可準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)破損防腐層的位置。

1.2.4 維護(hù)和維修評(píng)價(jià)

在技術(shù)支撐下，三層PE防腐層技術(shù)得到較好的發(fā)展，且由于其較普通產(chǎn)品的優(yōu)良性能，受到了很多管道建設(shè)單位和設(shè)計(jì)人員的青睞。但由于很多因素會(huì)影響三層PE防腐層的防腐性能，例如施工、運(yùn)行或生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。而若利用匹配檢測(cè)技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修補(bǔ)管道破損的防腐層，那么可充分發(fā)揮該技術(shù)的效能。需注意的是，由于防腐層技術(shù)類型的不同，修補(bǔ)技術(shù)也不同，因此需注意修補(bǔ)工藝的選擇。

1.2.4.1 修復(fù)方案

對(duì)于直徑≤30mm外防腐層破損點(diǎn)（包括針孔），采用熱熔膠粘劑和聚乙烯補(bǔ)傷片進(jìn)行修復(fù)。而對(duì)于直徑＞30mm外防腐層破損點(diǎn)，采用粘彈體防腐膠帶和纏繞聚丙烯膠帶修復(fù)；

1.2.4.2 修復(fù)步驟

采用粘彈體防腐膠帶加纏繞聚丙烯膠帶修復(fù)技術(shù)主要分為表面處理、防腐層缺陷修復(fù)及修復(fù)驗(yàn)收三步。

表面處理

（1）清除暴露管段上的泥土，使防腐層缺陷完全露出，測(cè)量并記錄缺陷尺寸及位置，對(duì)缺陷處進(jìn)行拍照；

（2）對(duì)缺陷處的防腐層進(jìn)行修整，將已破損的防腐層除去，使產(chǎn)生銹蝕的管體完全裸露；

（3）對(duì)已裸露的管體表面進(jìn)行處理，將腐蝕產(chǎn)物清理干凈，表面處理等級(jí)應(yīng)達(dá)到St2.5級(jí)；

（4）必須將缺陷四周10mm范圍內(nèi)及需要修復(fù)的防腐層表面的所有銹斑、鱗屑、污垢和其他雜質(zhì)及松脫的涂層清除掉，其后再將缺陷部位打磨成粗糙面，并用干燥的布和刷子將灰塵清除干凈。注意在防腐層缺陷處的管體表面進(jìn)行作業(yè)時(shí)必須采用手工除銹。

防腐層缺陷修復(fù)

（1）粘彈體防腐膠帶施工前，應(yīng)保證補(bǔ)傷處干燥；

（2）將粘彈體防腐膠帶依次貼敷，同時(shí)碾壓排除空氣。粘彈體防腐膠帶搭接寬度≥1cm，施工時(shí)可沿膠帶內(nèi)側(cè)搭接線進(jìn)行搭接；粘彈體防腐膠帶始末端搭接長(zhǎng)度≥100mm；

（3）粘彈體防腐膠帶施工完成后立即進(jìn)行外觀和漏點(diǎn)檢測(cè)；

（4）粘彈體防腐膠帶層合格后，采用聚丙烯增強(qiáng)纖維膠帶（外帶）環(huán)包纏繞在粘彈體防腐膠帶外層；

（5）聚丙烯增強(qiáng)纖維膠帶具體施工方法是：從一端開始先原位纏繞一周，留出約3mm寬的粘彈體膠帶不纏繞外帶，然后進(jìn)行螺旋纏繞，纏繞外帶時(shí)應(yīng)保持一定張力，膠帶搭接寬度為50～55%，直至另一端，最后在結(jié)束部位原位纏繞一周。

1.2.5 效能評(píng)價(jià)

在補(bǔ)傷防腐層時(shí)，需檢查其外觀，檢查時(shí)需注意其表面平整性，若檢查發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)不合格，那么需對(duì)其進(jìn)行重新補(bǔ)傷。補(bǔ)傷處應(yīng)采用100%電火花檢漏，檢漏電壓為15kV，無(wú)漏點(diǎn)為合格。

2 管道防腐管理體系實(shí)施的效果

2.1 管線檢測(cè)結(jié)果

管線沿線自然環(huán)境主要以沙漠、戈壁為主，走勢(shì)平坦。按GB 50251-2003《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定劃分，該凝析油管道線全線27.29km，本次管道經(jīng)過地段為一級(jí)地區(qū)等。

外露管：全線檢測(cè)共發(fā)現(xiàn)露管或明管1處，防腐層完好。

穿、跨越：管道穿、跨越公路（含機(jī)耕道）、河流共8處。其中穿越公路（含機(jī)耕道）共4處，穿越河流2處，穿越混凝土澆筑臺(tái)1處，管道外露1處。

對(duì)于埋地管道防腐蝕技術(shù)而言，土壤腐蝕性是非常重要的參考依據(jù)。究其原因可以看出，其主要是因?yàn)樵谕寥罉?gòu)成元素較為復(fù)雜，這些構(gòu)成元素量多且雜，互為影響關(guān)系，例如液相、氣相、固相。同時(shí)，電化學(xué)腐蝕也較為常見，例如金屬構(gòu)筑物，且這種腐蝕方式也是影響原電池性能最關(guān)鍵的因素，在這些因素的相互作用下，會(huì)影響土壤的腐蝕性[1]。

根據(jù)管道所處的土壤電阻率可以得出，管段基本均處在極強(qiáng)的腐蝕環(huán)境中，對(duì)管道腐蝕性較大，必須加強(qiáng)對(duì)管道防腐層的質(zhì)量要求[2]。土壤的酸堿程度為弱堿性。管道全線存在直流干擾，干擾程度處于弱、中兩種強(qiáng)度中，且電位梯度均小于2.5mV/m，所以該管段不需要采取直流排流和其他保護(hù)措施。且管道全線處于保護(hù)（陰極保護(hù)）狀態(tài)。管道區(qū)域段交流電位均不高于4V，可不采取交流干擾防護(hù)措施。管道的泄露電阻較高，防腐層整體質(zhì)量較好，受外界干擾影響的程度可以忽略。

對(duì)管道分段進(jìn)行測(cè)試，將測(cè)試數(shù)據(jù)輸入防腐層評(píng)價(jià)軟件，通過數(shù)據(jù)分析，其中：優(yōu)級(jí)防腐層長(zhǎng)度24130m，占實(shí)測(cè)管道總長(zhǎng)的96.68%；良級(jí)防腐層長(zhǎng)度205m，占實(shí)測(cè)管道總長(zhǎng)的0.82%；可級(jí)防腐層長(zhǎng)度358m，占實(shí)測(cè)管道總長(zhǎng)的1.43%，差級(jí)防腐層長(zhǎng)度161m，占實(shí)測(cè)管道總長(zhǎng)的0.65%，劣級(jí)防腐層長(zhǎng)度104m，占實(shí)測(cè)管道總長(zhǎng)的0.42%。經(jīng)計(jì)算Q值為1.073，所以雅克拉集氣站-油接入閥室（DN219）管道段防腐層等級(jí)綜合評(píng)價(jià)為良（二級(jí)）。

全線共發(fā)現(xiàn)漏損6個(gè)，平均每公里漏損點(diǎn)0.24個(gè)。利用PCM檢測(cè)儀對(duì)管道全線進(jìn)行埋深檢測(cè)，分十段進(jìn)行測(cè)試，管道埋深最淺處為0.149m（第十段），最深處為4.998m（第二段）。

2.2 外防腐層檢測(cè)效果

采用PCM電流測(cè)繪法進(jìn)行管道防腐層絕緣電阻率測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)每50m采集一組電流數(shù)據(jù)、管道埋深，采集數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)業(yè)計(jì)算機(jī)整合后采用專用軟件進(jìn)行分析，計(jì)算管道防腐層絕緣電阻率，按照SY/T 5918-2004 《埋地鋼質(zhì)管道外防腐層修復(fù)技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定進(jìn)行評(píng)級(jí)，評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行條文：5.2.1.3對(duì)新型防腐層（如煤焦油瓷漆、熔結(jié)環(huán)氧粉末、聚乙烯等防腐層）的絕緣性能可采用電流一電位法進(jìn)行評(píng)價(jià)（但目前數(shù)據(jù)有限，無(wú)法形成定量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)），也可采用PCM法進(jìn)行定性評(píng)價(jià)[3]。對(duì)于PCM法可根據(jù)測(cè)繪出的電流衰減曲線的陡緩程度找出防腐層絕緣性能相對(duì)較差的管段，曲線越陡，電流衰減越快(即電流衰減率越大)，防腐層絕緣性能就越差；某點(diǎn)電流突然衰減，則該處防腐層發(fā)生破損或有支管、搭接等。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，普通段防腐層質(zhì)量評(píng)估結(jié)果，其中分級(jí)為優(yōu)142368m、良3862m、可704m、差1981m、劣8263m。差劣段主要集中在一聯(lián)到2#電廠截閥室管段，原因?yàn)榇斯芏畏笤O(shè)時(shí)間較長(zhǎng)且采用的為瀝青防腐層，防腐層破損點(diǎn)較多，防腐層老化嚴(yán)重。其余管段差劣原因多為管道分支交叉、破損點(diǎn)集中。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，重點(diǎn)段防腐層評(píng)估結(jié)果，其中分級(jí)為優(yōu)42094m、良1956m、可505m、差0m、劣2047m。防腐層質(zhì)量評(píng)估差劣段主要集中在2#中間站-庫(kù)車末站一線、二線處，原因?yàn)楣艿来┖庸艿琅c套管存在電連接現(xiàn)象，電流流失嚴(yán)重。其余差劣段為架機(jī)點(diǎn)、穿河處等。

通過對(duì)恒電位儀檢測(cè)，所有恒電位儀均運(yùn)行正常，長(zhǎng)效參比均良好，輔助陽(yáng)極地床電阻均良好，各絕緣接頭均良好。

通過對(duì)普通段各段管線自然電位測(cè)試，各段自然電位值大部分在正常范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)直流干擾。交流干擾測(cè)試采用萬(wàn)用表+鋼釬測(cè)試管道的交流電壓，普通段各管段測(cè)試數(shù)據(jù)最大2.56V，最小0V，對(duì)管道的影響不大，沒必要采取排流措施。

通過沿線土壤電阻率測(cè)試并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)土壤質(zhì)地情況，土壤腐蝕性評(píng)價(jià)為強(qiáng)的管段基本處于鹽堿地段，部分管段上方生長(zhǎng)著耐鹽堿植物，表層土壤疏松含水率較高，當(dāng)處于此處的管道外防腐層發(fā)生破損時(shí)容易造成管道本體母材發(fā)生腐蝕。

3 結(jié)論及建議

（1）建議對(duì)淺埋的管線進(jìn)行覆土或做水工保護(hù)處理，是管道埋深達(dá)到規(guī)范要求的安全范圍。對(duì)季節(jié)性河流經(jīng)常沖刷的管段，在富水季節(jié)應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，水工保護(hù)失效的應(yīng)及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)；

（2）建議對(duì)管道防腐層缺陷點(diǎn)個(gè)數(shù)比較多的線路進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)評(píng)價(jià)為嚴(yán)重的破損點(diǎn)應(yīng)立即修復(fù)，對(duì)評(píng)價(jià)未中等的破損點(diǎn)應(yīng)在一年內(nèi)列入維修計(jì)劃進(jìn)行修復(fù)，對(duì)評(píng)價(jià)為輕微的防腐層缺陷點(diǎn)逐步列入維修計(jì)劃。對(duì)于管道防腐層缺陷較為集中的管段修復(fù)時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況擴(kuò)大開挖面積，檢測(cè)防腐層是否存在長(zhǎng)距離剝離。以管道防腐層保護(hù)的有效性，防止管道本體腐蝕的發(fā)生；

（3）對(duì)防腐層絕緣電阻率評(píng)價(jià)為差和劣的管段進(jìn)行維修，備注為分支點(diǎn)、架機(jī)點(diǎn)的不列入維修范圍；

（4）建議同時(shí)對(duì)多條管線進(jìn)行保護(hù)的恒電位應(yīng)根據(jù)外管線電位進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)恒電位儀輸出，以保證管道達(dá)到保護(hù)范圍。對(duì)未進(jìn)行陰極保護(hù)的管道應(yīng)立即進(jìn)行投設(shè)陰極保護(hù)設(shè)施進(jìn)行保護(hù)，管線較短且土壤電阻率較低的管段可采用犧牲陽(yáng)極法進(jìn)行保護(hù)，管段較長(zhǎng)的建議采用強(qiáng)制電流進(jìn)行保護(hù)，以延緩管道母材自腐蝕速率[4]；

（5）對(duì)管道所有線路的三樁一牌進(jìn)行維護(hù)，對(duì)于偏離管道較遠(yuǎn)的應(yīng)進(jìn)行重埋修正位置。測(cè)試樁編號(hào)應(yīng)順油或氣流程進(jìn)行編號(hào)，由于所轄管線較多在測(cè)試樁上應(yīng)標(biāo)明管道屬性（輸送介質(zhì)、管徑、起止點(diǎn)），線路所屬標(biāo)志樁均未有明顯屬性（標(biāo)注為轉(zhuǎn)角樁、穿越樁、里程樁等），應(yīng)對(duì)所有標(biāo)志樁進(jìn)行刷漆編號(hào)，所有里程樁上均應(yīng)標(biāo)明管道里程（可以以測(cè)試樁號(hào)+距離測(cè)試樁距離進(jìn)行里程編號(hào)）、輸送介質(zhì)、管道管徑、起止點(diǎn)等，對(duì)于高后果區(qū)以及施工較密集區(qū)管道里程樁上應(yīng)標(biāo)明管道埋深，穿越處標(biāo)志樁應(yīng)標(biāo)明穿越屬性（道路、河流等）、管道埋深、管道管徑、輸送介質(zhì)等，轉(zhuǎn)角樁應(yīng)標(biāo)明轉(zhuǎn)角角度、管道埋深、管道管徑、輸送介質(zhì)等。