海底管道外檢測技術(shù)現(xiàn)狀綜述

胡春陽*

（中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司）

0 引言

海底油氣管道的本質(zhì)安全是保證海上油氣順利開采的重要基礎(chǔ)，隨著海底管道鋪設(shè)距離增加和運行時間延長，海底管道損傷概率增大，事故發(fā)生也愈加頻繁。為了保證海底管道安全運行，應(yīng)對無法進行內(nèi)檢測的海底管道進行全方位的外檢測，通過外檢測的方式評估管道運行狀況，以此降低海底管道發(fā)生事故的概率[1-3]。

海底管道檢測技術(shù)分為內(nèi)檢測和外檢測技術(shù)，管道內(nèi)檢測技術(shù)是通過管內(nèi)通球的方式檢測管道的各種缺陷，例如管道腐蝕、裂紋、機械損傷以及幾何變形等，并能夠定位缺陷所在位置。管道外檢測技術(shù)是通過相關(guān)外檢測設(shè)備在管道外部對管道埋深、管道周圍狀況、防腐涂層及水泥配重層破損情況、犧牲陽極電位、立管腐蝕狀況等內(nèi)容進行檢測。國內(nèi)外大部分海底管道陰極保護均采用犧牲陽極法，一般除了管外涂敷防腐涂層外，還要在其上施加水泥配重層。因此，如何有效地實時監(jiān)測海管的外部腐蝕情況，為海管腐蝕控制及時進行預(yù)警，采取防腐措施，保障海管安全穩(wěn)定運行是腐蝕管理的重要工作[4-6]。

1 海底管道外檢測內(nèi)容

海底管道外檢測主要檢測犧牲陽極、防腐涂層、水泥配重層以及立管，檢測目的在于確定海底管道系統(tǒng)未發(fā)生損壞，且仍能滿足設(shè)計要求，因此需要建立一個長期的檢測計劃。

犧牲陽極外檢測包括以下幾方面：（1）犧牲陽極的安裝情況；（2）犧牲陽極的損耗情況以及剩余壽命；（3）犧牲陽極的保護電位測量，主要是檢查犧牲陽極是否在設(shè)計消耗范圍內(nèi)；（4）犧牲陽極有無移動、脫落及損壞情況；（5）犧牲陽極與海底管道連接狀況；（6）犧牲陽極表面附著海生物情況以及海生物的影響；（7）犧牲陽極表面清理后，還應(yīng)檢查表面是否發(fā)生鈍化以及不規(guī)則的腐蝕狀況[7]。

防腐涂層外檢測包括以下幾方面：（1）檢查防腐涂層表面有無氣泡、蝕坑、破損、裂紋、剝離等現(xiàn)象；（2）檢查防腐涂層內(nèi)管道銹蝕情況（如變色、隆起或開裂等）；（3）判斷防腐涂層是否存在破損點，測量防腐涂層破損點處的犧牲陽極電位；（4）海底管道分段保護時，檢測絕緣法蘭（接頭）的絕緣性能，并檢測絕緣法蘭（接頭）防腐涂層的完整性和腐蝕情況；（5）防腐涂層厚度檢測。

水泥配重層外檢測包括以下幾方面：（1）檢查水泥配重層是否脫落、碎落，外觀是否平整，有無明顯的凹坑、凸起現(xiàn)象和鋼筋網(wǎng)露出等現(xiàn)象；（2）檢查水泥配重層表面是否存在裂縫；（3）檢查水泥配重層是否存在掛錨、錨擊、拖網(wǎng)板拖拉或鉤拽現(xiàn)象以及大的碎石等重物砸傷情況；（4）檢查水泥配重層是否存在海生物覆蓋情況。

立管外檢測包括以下幾方面：（1）檢查立管防腐涂層的外部狀態(tài)；（2）檢查立管外觀是否存在損傷，立管卡子螺栓有無松動或缺失；（3）檢測立管犧牲陽極在位情況、外觀消耗情況；（4）檢測立管底部懸空情況，測量懸空的長度和高度；（5）檢測膨脹彎水泥壓塊及覆蓋情況；（6）檢測裸露部分管線有無損傷、變形以及其他異常情況；（7）檢測膨脹彎對接法蘭連接螺栓有無松動或缺失；（8）檢查立管底部交叉點（如果有）管線空間位置及保護情況；（9）對立管腐蝕狀況進行檢測及評估。

2 海底管道外檢測技術(shù)

海底管道外檢測技術(shù)較多，根據(jù)作用機理不同，可以分為聲、光、電、磁、渦流等檢測；根據(jù)操作方法不同，可以分為自動檢測和人工檢測。海底管道外檢測通常由潛水員和水下機器人完成[8]。

2.1 犧牲陽極、防腐涂層外檢測技術(shù)

犧牲陽極以及防腐涂層外檢測技術(shù)主要為電場梯度以及非接觸式磁力層析檢測（MTM）。

2.1.1 電場梯度法

海洋環(huán)境的物理場特點一個是高電導(dǎo)率、強腐蝕性以及良導(dǎo)體。海底管道陰極保護系統(tǒng)中，犧牲陽極與海水、海泥和管道構(gòu)成了形成一個閉合回路直流電場，電流流過破損點就會產(chǎn)生電壓降，從而在破損點周圍的環(huán)境中形成電壓梯度。檢測時，通過ROV 搭載電場梯度檢測傳感器、TSS 管線跟蹤儀以及USBL水下定位儀等設(shè)備可完成對海底管道犧牲陽極及防腐涂層的檢測。

電場梯度法的主要特點包括以下幾方面：（1）不需挖掘，生產(chǎn)無需停止，優(yōu)化改造和延長使用壽命，可檢測所有的海底資產(chǎn)，從淺水到深水；（2）快速檢查，基于準確預(yù)測的合格決策；（3）降低泄漏風險避免使用潛水員，從而降低HSE 風險；（4）高精度測量，準確估計現(xiàn)狀和未來發(fā)展；（5）檢測耗時短；（6）檢測范圍廣。

2.1.2 非接觸式磁力層析檢測

MTM 是一種被動的檢測方法，依據(jù)主要為磁應(yīng)力原理，MTM 檢測對象為碳鋼管道及其附屬結(jié)構(gòu)物，能夠檢測應(yīng)力異常、施工缺陷以及在役缺陷等。檢測海底管道時，需要搭載ROV，作業(yè)條件受ROV 及船舶作業(yè)條件限制，能探測到在壓力下工作、帶有任何保護形式的地下或水下鐵磁管道的裂紋探測和橫截面金屬損失[9-11]。MTM 檢測作業(yè)條件如表1 所示。

表1 MTM檢測作業(yè)條件

2.2 水泥配重層外檢測技術(shù)

經(jīng)判斷水泥配重層主要通過目視檢測法（VT）進行檢測。目視檢測是以肉眼或各種儀器結(jié)合來對被檢管道表面進行直接觀察或測量的一種無損檢測方法，能夠檢測管道的幾何尺寸、結(jié)構(gòu)完整性、形狀缺欠等，但受表面光照度的影響容易出現(xiàn)漏檢?？赏ㄟ^潛水員或使用水下機器人對裸露的海底管道水泥配重層進行目視檢測，來初步判斷相關(guān)狀況[12-13]。

2.3 立管外檢測技術(shù)

立管外檢測技術(shù)主要為水下磁粉檢測（UWMT）、漏磁外檢測、超聲導(dǎo)波檢測、電磁超聲檢測（EMAT）以及交流電磁場檢測（ACFM）。

2.3.1 水下磁粉檢測

UWMT 是一種重要的水下無損檢測方法，相對于陸地上常用的射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測以及滲透檢測來說，磁粉檢測更適用于水下無損檢測，其原理與陸地的磁粉檢測原理基本相同，但實際操作時又有一定的區(qū)別：首先磁軛要適宜在水中使用；其次磁懸液選用特殊的熒光磁粉，以及適用于在水中向工件表面施加磁懸液的磁懸壺；另外還要配備水下使用的紫光燈。

UWMT 主要適用于適合潛水員作業(yè)的淺水區(qū)，作業(yè)條件受海況及氣象條件影響，檢測時潛水員手持磁軛對檢測面進行磁化，同時通過磁懸壺向檢測面施加磁懸液，并在紫光燈的照射下進行檢測工作。

2.3.2 漏磁外檢測

漏磁外檢測器可以安裝在管道外部，不需要清管就可以進行漏磁檢測，可以用于海底管道立管，并得到和陸地上檢測同樣的結(jié)果數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)質(zhì)量可以實現(xiàn)在線實時監(jiān)測，以避免重新檢測，嚴重缺陷可以同時得到標記。其缺點在于該設(shè)備在對管道進行外部檢測時，需要清除管道表面的防腐涂層。漏磁外檢測技術(shù)對管道輸送的介質(zhì)不敏感，適用于局部開挖管道的驗證或立管檢測[14-15]。

2.3.3 超聲導(dǎo)波檢測

近年來，隨著超聲導(dǎo)波理論不斷發(fā)展，超聲導(dǎo)波技術(shù)已成功應(yīng)用于海底管道的缺陷檢測工作，并且取得了較好的效果，超聲導(dǎo)波具有雙向長距離探測的優(yōu)勢，安裝快捷高效，檢測結(jié)果準確，適用于檢測長輸管道及一些難以接觸到的有腐蝕風險的管道，可360°全方位采集數(shù)據(jù)。通過波形輸出、數(shù)據(jù)分析、報告上傳智能化監(jiān)測平臺，生產(chǎn)管理者以及時掌握管道目前的腐蝕狀態(tài)及發(fā)展趨勢，準確判斷和決策，避免因為腐蝕問題導(dǎo)致的管道穿孔泄漏等嚴重問題，消除安全風險。

超聲導(dǎo)波檢測的主要特點包括以下幾方面：（1）可實現(xiàn)長距離快速100%檢測；（2）屬于非侵入式，無需改造管道；（3）可檢測帶保溫層的管道，除安放位置外，無需破壞保溫層；（4）可以檢測難以接近區(qū)段的管道；（5）可在運行狀態(tài)下進行在線監(jiān)檢測，數(shù)據(jù)可被完全記錄；（6）具備完整的自動化數(shù)據(jù)采集及通訊系統(tǒng)[16]。

2.3.4 電磁超聲檢測

EMAT 可對各種鋼棒、鋼板及鋼管（包括無縫鋼管、石油套管、焊管等）等進行手動、半自動和全自動無損檢測，可實現(xiàn)非接觸在線自動化超聲檢測，適用于壁厚異常的重要設(shè)施或者難于作業(yè)的空間內(nèi)設(shè)施（如立管、高空管線等）的長期監(jiān)測。

EMAT 的主要特點包括以下幾方面：（1）無需耦合劑；（2）表面狀態(tài)不敏感，對粗糙、銹蝕嚴重表面無需打磨處理；（3）可非接觸測量，可穿透涂層測量；（4）壁厚測量精度和分辨率高；（5）監(jiān)測周期可根據(jù)需求自定義；（6）壽命5 a 以上，免維護；（7）具有防爆設(shè)計，在油氣環(huán)境內(nèi)安全可靠；（8）鐵磁性材料只需要磁吸在被測樣品表面，順磁性材料需簡單機械固定，安裝便利。

2.3.5 交流電磁場檢測

ACFM 是一種新型的無損檢測和診斷技術(shù)，用于檢測金屬構(gòu)件表面和近表面的裂紋缺陷，可以測量裂紋的長度、計算裂紋深度，具有非接觸測量、受工件表面影響小的特點，該檢測技術(shù)在海上設(shè)施的水下無損檢測中應(yīng)用越來越廣泛。

ACFM 的特點主要包括以下幾方面：（1）可穿透涂層進行檢測，不用破壞原有防腐涂層；（2）可準確測量裂紋長度和深度；（3）對管道表面清潔度要求低；（4）檢測速度快、效率高，單條1 m 焊縫5 min 即可完成檢測，并可準確判斷是否存在裂紋；（5）上位機軟件自動成像，易于發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷；（6）ACFM 檢測結(jié)果已廣泛被ABS、BV、DNV 以及CCS 等船級社認可。

3 結(jié)語

本文歸納總結(jié)了海底管道犧牲陽極、防腐涂層、水泥配重層以及立管外檢測內(nèi)容以及外檢測技術(shù)。目前海底管道檢測主要以管道內(nèi)檢測方式為主，由于海底管道埋藏于海床下導(dǎo)致海底管道外檢測技術(shù)運用受到限制，在工程化應(yīng)用方面仍需進一步開展相關(guān)研究工作。

（1）海底管道犧牲陽極以及防腐涂層常規(guī)檢測方法主要是VT 以及電位儀檢測，而電場梯度以及MTM 不僅適用于裸露的海底管道犧牲陽極以及防腐涂層檢測，而且也適用于埋設(shè)的海底管道犧牲陽極以及防腐涂層的外部檢測，有待加大推廣和應(yīng)用。

（2）水泥配重層的外部檢測主要是VT，其他檢測方法不適用。

（3）由于立管較為特殊，腐蝕較為嚴重，UWMT、漏磁外檢測、超聲導(dǎo)波、EMAT 以及ACFM在立管檢測應(yīng)用中較為普遍且成熟，可根據(jù)實際需求選用1 種或2 種檢測方法。

（4）隨著新技術(shù)不斷被引進和研發(fā)，海底管道外檢測技術(shù)也將越來越豐富，根據(jù)外檢測內(nèi)容的實際需求，性能可靠操作簡便、效率高、成本較低以及自動化程度高的外檢測技術(shù)將會成為首選，也將會是未來海底管道外檢測行業(yè)的研究重點。