海洋平臺立管腐蝕治理方法研究與應(yīng)用

鄭 露 安 平 韓 羽 王文成

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300450）

0 引言

在氣液運輸中，管道作為最廣泛的運輸方式，具有運行成本低、安全系數(shù)高等優(yōu)點。目前，渤海灣已鋪設(shè)近3000公里的海底油氣管道，但由于管道大都埋于地下、置于海水中或暴露在海面上，其運行環(huán)境惡劣，會受到輸送介質(zhì)、土壤、海水以及雜散電流的腐蝕，導(dǎo)致管壁變薄，甚至穿孔泄漏，最終使管道失效，這不僅造成了巨大的經(jīng)濟損失和資源浪費，同時，泄漏物還會造成環(huán)境污染。隨著海底管道服役時間增長，其損壞事故逐年增多，許多管道逐步進入中后期服役階段，部分管道已經(jīng)進入延期服役階段，管道腐蝕增大了管道失效的風(fēng)險。因此，開展海底管道腐蝕隱患治理，掌握海底管道運行狀況和安全狀態(tài)，成為海上油氣生產(chǎn)的重要保障措施，是海底管道運營維護階段完整性管理的重要組成部分。根據(jù)目前對渤海區(qū)域海底管道維修記錄統(tǒng)計，管道維修大部分位于干濕交替的立管段位置，主要是因腐蝕引起的。

1 立管腐蝕隱患治理的必要性

立管部分管體結(jié)構(gòu)處于干濕交替的飛濺區(qū)，腐蝕環(huán)境非常惡劣，外腐蝕尤其嚴(yán)重，已造成多起穿孔泄漏問題，是海管腐蝕重點關(guān)注位置，立管位置示意圖如圖1所示。

圖1 立管位置示意圖

根據(jù)已完成的排查數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)部分海管在懸掛法蘭至收發(fā)球筒之間的管段存在不同程度的腐蝕缺陷，腐蝕會使管道表面受到破壞，使其強度和耐用性降低，甚至導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫和漏點，從而引起嚴(yán)重的安全事故，為了保證在運行海管的安全生產(chǎn)，結(jié)合立管的腐蝕現(xiàn)狀，開展海管立管腐蝕治理應(yīng)用研究是非常必要的。

2 立管腐蝕原因分析

管道腐蝕指的是管道的內(nèi)壁或外壁長期受到介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)作用而產(chǎn)生的損壞現(xiàn)象。立管腐蝕分為內(nèi)腐蝕、外腐蝕，內(nèi)腐蝕主要是由管道輸送介質(zhì)造成的腐蝕，外腐蝕主要是由于外部環(huán)境引起的。海上平臺立管主要是用來輸送水、天然氣、油等，輸送不同介質(zhì)腐蝕機理不同。

2.1 立管內(nèi)腐蝕機理分析

輸水管道腐蝕主要是由水中的腐蝕介質(zhì)引起的，水本身是電解質(zhì)，在管道內(nèi)表面屬性有差異的部位形成電極，從而形成電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是輸水管道腐蝕的主要機理。

輸油管道的腐蝕機理相對輸水管道要復(fù)雜的多，因石油中含有大量的烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等有機物和無機物，石油中摻雜了CO2，H2S，SO2等氣體，這些氣體溶于水生成碳酸、硫酸會造成酸腐蝕。酸性腐蝕是輸油管道的主要腐蝕機理。

輸氣管道腐蝕主要是由酸性氣體和電化學(xué)腐蝕引起，天然氣主要成分是CH4，還含少量C2H6，C4H10，CO2，CO，H2S等，另外在天然氣運輸?shù)倪^程中會伴有水蒸氣，流動介質(zhì)的溫度、壓力降低可以使水蒸氣液化，并與CO，H2S形成酸從而腐蝕管道；水蒸汽液化，從而形成電化學(xué)腐蝕。酸性腐蝕和電化學(xué)腐蝕是輸氣管道的主要腐蝕機理。

2.2 立管外腐蝕機理分析

位于潮差帶、飛濺區(qū)的立管長期受海浪拍打，導(dǎo)致漆膜脫落，立管長期處于潮濕的海洋環(huán)境中，大氣中的氧、水汽使管道表面形成一層薄液層，作為陰極而是管道發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，日積月累，導(dǎo)致立管腐蝕甚至穿孔。電化學(xué)腐蝕是立管外腐蝕的主要腐蝕機理。

3 立管腐蝕防護研究與應(yīng)用

目前通常采用的腐蝕治理措施為除銹刷漆，減薄嚴(yán)重的管段進行切割更換。但是有些立管長期處于工作狀態(tài)，無法進行更換，因此開展了一系列防腐補強方法的研究。

為了節(jié)約立管外腐蝕隱患治理工作的成本，本文擬結(jié)合立管的腐蝕程度進行分級治理，治理方案如下：

（1）對存在原防腐層脫落或腐蝕深度未超過20%的立管段，采用粘彈體防腐層修復(fù)；

（2）對腐蝕缺陷點深度大于20%的立管段，使用碳纖維對腐蝕缺陷管段進行補強修復(fù)；

（3）對存在腐蝕穿孔的立管段主要是采用機械管卡對泄漏點封堵并機械加固。

3.1 粘彈體防腐層修復(fù)

粘彈體防腐治理技術(shù)采用的是高分子聚烯烴材料的粘彈體防腐膠帶，該方式施工工藝簡單，采用纏繞方式施工，施工質(zhì)量控制簡單，對腐蝕部位可直接修復(fù)，同時能隔絕空氣、水汽與管材接觸，避免了與潮濕環(huán)境接觸，同時在粘彈體外部會纏繞PVC和玻璃鋼外護帶，從而保護粘彈體不被機械損壞，粘彈體修復(fù)示意圖如圖2所示。

圖2 粘彈體修復(fù)示意圖

技術(shù)要求：

（1）表面處理要求達到ST1或者ST2.0，要求鋼結(jié)構(gòu)表面無明顯鼓泡和浮銹，有海生物附著區(qū)應(yīng)盡量除去附著的海生物，表面突出物不應(yīng)有銳角；

（2）使用熱風(fēng)槍把管道表面較為明顯的海水吹干；

（3）纏繞粘彈體防腐膠帶邊纏繞邊搟壓粘彈體防腐膠帶，使膠帶保持平整，與管體表面密封良好；

（4）纏繞粘彈體膠帶時搭接量不少于10%；

（5）纏繞粘彈體時應(yīng)鋪平，將里面的空氣或者水分壓出；

（6）把雙組分環(huán)氧樹脂混合在一起，并不斷攪拌使其充分混合發(fā)生反應(yīng),均勻涂刷在玻璃纖維布上面；

（7）環(huán)氧樹脂混合30分鐘后，初步固化至成形。

3.2 碳纖維補強修復(fù)

碳纖維技術(shù)充分應(yīng)用了碳纖維增強復(fù)合材料所特有的高比強度、高比模量、耐腐蝕、抗疲勞及施工簡便等許多優(yōu)點，為立管減薄補強技術(shù)注入了新的活力。碳纖維布加固修補結(jié)構(gòu)技術(shù)是利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，以達到對結(jié)構(gòu)加固補強的目的，碳纖維修復(fù)示意圖如圖3所示。

圖3 碳纖維修復(fù)示意圖

技術(shù)要求：

3.2.1 管線評估、制定補強方案

（1）收集管線信息、確定管道剩余壁厚及補強長度；

（2）管道缺陷點剩余強度計算，根據(jù)鋼制管道管體腐蝕損傷評價方法標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6151以及該缺陷和管道信息，計算剩余強度；

（3）補強修復(fù)計算，根據(jù)鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評價方法以及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)最終確定最終纏繞層數(shù)。

3.2.2 表面處理

表面處理要求達到ST2.0；

3.2.3 界面劑調(diào)配

把雙組分環(huán)氧樹脂混合在一起，并不斷攪拌使其充分混合發(fā)生反應(yīng)，環(huán)氧樹脂混合30分鐘內(nèi)使用完；

3.2.4 纏繞碳纖維補強帶

（1）將混合后的浸膠均勻涂刷于防腐部位外表面；

（2）將裁好的碳纖布纏繞（粘貼）在防腐部位外表面上，對于連續(xù)性缺陷并且超過纖維復(fù)合材料的幅寬，應(yīng)采取品字形搭接；

（3）在纏繞后的碳纖布上均勻涂刷浸膠，不得漏涂。

3.3 機械管卡修復(fù)

機械管卡修復(fù)主要是針對有裂紋、泄漏、破損及斷裂位置的海管立管修復(fù)方法，機械管卡的使用效果非常明顯，可以對海底管道產(chǎn)生的外部腐蝕、變形、穿孔泄漏等損傷問題進行有效修復(fù)，機械管卡修復(fù)示意圖如圖4所示。

圖4 機械管卡修復(fù)示意圖

技術(shù)要求：

（1）管卡設(shè)計，收集所需維修的管道結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括但不限于管線規(guī)格、材質(zhì)、壓力等級、腐蝕點檢測數(shù)據(jù)、使用環(huán)境等，根據(jù)這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對管卡進行設(shè)計；

（2）缺陷點確認，通過超聲波測厚、漏點觀察等方法尋找缺陷點；

（3）管線橢圓度測量，機械管卡安裝；

（4）機械管卡試壓。

4 結(jié)語

綜上所述，海管立管在潮差區(qū)高鹽霧、高濕環(huán)境下，海面部分銹蝕嚴(yán)重，本文從實際案例出發(fā)，對海洋平臺立管腐蝕原因進行了詳細的分析，針對不同的腐蝕程度給出了不同的治理方法，并對相關(guān)的工藝進行了描述，文中提到的治理方法均具有不停產(chǎn)施工、費用低、處理速度快、施工風(fēng)險低等優(yōu)點，在海管立管腐蝕治理工作中具有重要作用。