王孟，李自力，楊超，陳健飛

（1.中國石油大學(xué)（華東）儲運與建筑工程學(xué)院，山東 青島 266580；2.山東省油氣儲運安全省級重點實驗室，山東 青島 266580；3.青島市環(huán)海油氣儲運技術(shù)重點實驗室，山東 青島 266580；4.勝利油田技術(shù)檢測中心，山東 東營 257000）

勝利油田技術(shù)檢測中心自2008年起針對勝利油田埋地集輸管道進行檢測，共檢測管道約7500 km，其中原油管道約占總管道長度的60%，天然氣管道約占30%，油氣水混輸及水管道占10%。集輸管道受內(nèi)腐蝕、外腐蝕以及第三方破壞等因素影響，管道泄漏事故頻頻發(fā)生。由于集輸管道分支較多，且受其環(huán)境和輸送介質(zhì)的影響，很難進行管道內(nèi)檢測，因此外檢測對管道的安全運行十分重要[1]。經(jīng)過 8年時間，勝利油田技術(shù)檢測中心積累了大量的檢測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析和處理，其結(jié)果將對油田生產(chǎn)與管理具有很大的指導(dǎo)作用。

1 檢測技術(shù)及評價手段

針對埋地集輸管道，從資料審查、宏觀檢查、防腐層檢測、超聲波測厚這四個方面對管道的相關(guān)參數(shù)及檢測數(shù)據(jù)進行整理、分析。管道外防腐層檢測能有效地檢測出埋地管道外防腐蝕層破損情況，確定管道防腐蝕層破損點位置；管道壁厚的檢測能夠推測壁厚的減薄程度，對管道的維修、改造方案的制定以及輸油輸氣等管道的安全生產(chǎn)具有重要的意義[2]。

1.1 PCM+埋地管道外防腐層狀況檢測儀

其工作原理是：利用發(fā)射機從埋地管道的某一點向管道供入電流信號，信號電流在埋地管道中傳輸時，周圍便產(chǎn)生了電磁場，利用接收機從地表的磁場分量中測定出管道中信號電流的大小，配上A字架便可準確確定破損點位置，接收機也可直接讀取埋深值。一般采取4 Hz和128 Hz定位電流，讀取電流值，根據(jù)電流值計算絕緣電阻率，并根據(jù)《埋地鋼制管道腐蝕與防護檢測技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定（如表1）判斷防腐層等級。

表1 防腐層參量分級表Table1 Classification of anticorrosive coating parameters

1.2 超聲波測厚儀

超聲波測厚儀輕便、小巧，讀數(shù)直觀，能夠迅速測量出管道壁厚，其工作原理是根據(jù)超聲波脈沖反射來進行厚度測量。當探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料分界面時，脈沖被反射回探頭，通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。對于管道，通常測量橫截面上的8個點，通過得到的數(shù)據(jù)能夠推測管道腐蝕的原因，如圖2所示。

2 防腐層破損原因分析

由于管道外防腐層破損將會加快管道腐蝕，容易造成管道穿孔、泄漏，因此防腐層的質(zhì)量對于管道的安全運行至關(guān)重要。經(jīng)過對近幾年檢測數(shù)據(jù)的分析整理，找出了防腐層破損的主要原因[6—8]。

2.1 運行年限及埋深

通過使用 PCM+檢測儀與 A字架對油田埋地管道進行檢測，根據(jù)表1的標準給各管段評級。針對不同投產(chǎn)時間，對近幾年所檢測的管道進行防腐層性能評價分析，性能評價等級為四級及以上的管道（需維修更換防腐層）所占比例統(tǒng)計見表2。

表2 防腐層性能評價統(tǒng)計Table2 Evaluation of the anticorrosive coating performance

可以看出，投產(chǎn)10年以內(nèi)的管道四級及以上防腐層所占比例為 5.48%，而投產(chǎn) 10年以上的管道四級及以上防腐層所占比例達到了12.38%，老化程度明顯提高。因此對于運行超過10年的管道應(yīng)定期檢測并及時維修、更換防腐層。

通過多年的檢驗數(shù)據(jù)以及開挖驗證，總結(jié)出DB值大于40時，認定為防腐層破損點。通過檢測得到大量埋深值與DB值，其對應(yīng)關(guān)系如圖3所示。

從圖4可以看出，當埋深在0.4～0.8 m時，防腐層破損點所占比例最大，隨著埋深的增加，破損點逐漸減少，這說明埋深對于集輸管道的防腐層影響很大。在實際檢驗中也發(fā)現(xiàn)，埋設(shè)深度不夠，容易導(dǎo)致第三方破壞（位于路下面，車輛重載容易導(dǎo)致管道變形；位于農(nóng)田中，則容易在耕作地方遭到破壞；在隱蔽處容易被人打孔盜油）。因此管道埋深應(yīng)按照標準嚴格執(zhí)行，檢測出埋深不足0.8 m的管道，應(yīng)及時增加覆土層厚度，無法加大埋深的則應(yīng)該加大巡檢力度，防止管道遭到破壞。

2.2 溫度

油田集輸管道主要輸送原油、天然氣、油氣水、污水等介質(zhì)，一般管道外防腐層選用黃夾克和瀝青玻璃布，還有少部分采用 3PE防腐層。管道防腐層周圍環(huán)境溫度主要受輸送介質(zhì)溫度的影響。防腐層在土壤中會自然老化，這個過程比較緩慢，但是輸送介質(zhì)的熱影響會大大加快這一過程。黃夾克和瀝青玻璃布的耐熱程度不同，經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析了溫度對防腐層破損的影響程度，如圖5所示[9—10]。

改革開放的總設(shè)計師鄧小平同志曾說過:“中國的改革是從農(nóng)村開始的，農(nóng)村的改革是從安徽開始的”。1978年召開的中共十一屆三中全會和小崗村的“大包干”創(chuàng)舉，開啟了農(nóng)村改革(包產(chǎn)到戶農(nóng)業(yè)生產(chǎn)責(zé)任制)的新進程，開創(chuàng)了改革發(fā)展新局面。[1]隨著1982年家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制在農(nóng)村的基本普及、1982—1986年中央5個“一號文件”的連續(xù)下發(fā)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的蓬勃發(fā)展和農(nóng)業(yè)剩余勞動力的外出務(wù)工，吃飯的問題逐步得以解決，計劃經(jīng)濟體制也逐步向商品經(jīng)濟體制、市場經(jīng)濟體制轉(zhuǎn)化，開始了建設(shè)中國特色社會主義的新探索。[1]

從圖5中能夠看出，在30～50 ℃區(qū)間內(nèi)，溫度對防腐層破損情況的影響比較??；隨著溫度的升高，無論是黃夾克，還是瀝青玻璃布，每公里防腐層破損個數(shù)大體趨勢是逐漸增加；當溫度超過60 ℃后，防腐層每公里的破損個數(shù)明顯上升，并且瀝青玻璃布的破損個數(shù)要大于黃夾克。這是因為長期處在高溫下的瀝青玻璃布結(jié)構(gòu)內(nèi)高分子化合物在慢慢揮發(fā)，導(dǎo)致其老化速度變快，并且隨著溫度的變化，管道的外防腐層也會與管體一起發(fā)生收縮和膨脹，但由于它們的線膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致外防腐層與管體發(fā)生脫離。

2.3 其他因素

土壤電阻率、含水量、酸堿度以及含鹽量等都是防腐層破損的影響。技術(shù)檢測中心自2014年起開始采用溫納四極法采集土壤電阻率，統(tǒng)計結(jié)果見表3[11]。

表3 土壤電阻率與防腐層破損情況Table3 Soil resistivity and coating damage

從表3可以看出，破損情況隨著電阻率的增加而越來越嚴重。從近幾年的檢測中發(fā)現(xiàn)，油田多數(shù)埋地集輸管道中無陰極保護系統(tǒng)。設(shè)置了陰極保護系統(tǒng)的集輸管道，由于運行時間長，缺乏維護，目前陰極保護系統(tǒng)也已經(jīng)失效了，無法繼續(xù)起到保護管道的作用。

3 防腐層破損對管道的影響

防腐層和陰極保護系統(tǒng)都是保障管道安全運行的屏障，一旦防腐層發(fā)生破損或陰極保護系統(tǒng)失效，都將加快管體的腐蝕。結(jié)合外防腐的檢測數(shù)據(jù)與管道的壁厚檢測情況，統(tǒng)計了黃夾克和瀝青玻璃布運行了不同年限的每公里防腐層破損點個數(shù)以及管道壁厚減薄情況，見圖6和圖7。

通過比較可以看出，防腐層破損個數(shù)與壁厚減薄程度隨運行時間的變化情況基本吻合。對于防腐層破損情況來說，運行10年內(nèi)黃夾克管道的破損率更高一些，而運行10年后，瀝青玻璃布的破損率更高一些。主要原因分析如下：

1）黃夾克管道可分為3層，最里面是鋼管，中間是保溫層，最外面是保護層（通常叫做夾克層）[12]。在管道施工時，夾克層與保溫層容易發(fā)生脫離，層與層之間產(chǎn)生空隙，容易發(fā)生腐蝕，因此黃夾克保溫管道在施工時就可能已經(jīng)遭到破壞。而瀝青玻璃布防腐層能夠與管道緊密貼合，不容易產(chǎn)生空隙[13—14]。

2）瀝青保護層本身具有機械強度低、低溫下脆裂、高溫下流淌、不耐微生物和植物根莖穿透等缺點[15—17]，使得外壁的保護層易脫落，導(dǎo)致裸露的金屬外壁直接與土壤接觸。隨著運行時間的延長，其質(zhì)量越來越差，所以在運行10年后，瀝青的破損率要大于黃夾克防腐層。

從圖7可以看出，當運行年限超過10年時，其減薄程度明顯加強，并且瀝青玻璃布防腐層管道減薄量明顯高于黃夾克保溫管道。因此隨著使用年限的增長，應(yīng)及時更換防腐層，加大巡檢力度。

瀝青玻璃布防腐層涂敷工藝復(fù)雜，環(huán)境污染嚴重，在歐洲和北美都已經(jīng)被漸漸淘汰。為了克服黃夾克和瀝青玻璃布的缺點，油田企業(yè)在新敷設(shè)的管道中逐漸采用 3PE防腐材料。三層結(jié)構(gòu)的聚乙烯(3PE)防腐涂層具有良好的抗腐蝕性、抗水氣滲透性以及力學(xué)性能，到目前為止是全球公認的使用效果最好、性能最佳的管道防腐涂層。

4 結(jié)論

通過近幾年的檢測工作，對油田埋地集輸管道外防腐層和壁厚的檢測結(jié)果和數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)，得到如下結(jié)論：

1）油田防腐層破損情況嚴重，主要與管道的運行年限、埋設(shè)深度、輸送介質(zhì)的溫度以及土壤理化性質(zhì)有關(guān)。埋深不足是因為施工時沒有嚴格按照覆土深度進行敷設(shè)，以及投產(chǎn)后的水土流失和人為取土破壞。針對埋深不足，應(yīng)加大巡檢力度，對于檢測出埋深不足的位置要及時填土，否則取土的地方容易形成水坑，會加快管道腐蝕和防腐層破損。外防腐層類型與服役環(huán)境存在矛盾，對于植物根系發(fā)達、土壤濕度較大的地方，應(yīng)合理更換防腐層，尤其是運行年限超過15年的管道，應(yīng)縮短檢測周期，及時對防腐層破損點進行合理維修。

2）在檢測過程中發(fā)現(xiàn)，管道缺少陰極保護系統(tǒng)，有的即使設(shè)置了陰極保護系統(tǒng)，但由于運行時間長及缺乏維護，也都失效了。防腐層和陰極保護技術(shù)能夠延緩管道腐蝕，所以應(yīng)針對防腐層破損嚴重的管道，增設(shè)陰極保護系統(tǒng)并定期維護。

3）通過檢測評價，及時發(fā)現(xiàn)管道防腐層破損老化、管體腐蝕與盜漏隱患，對提高埋地管道安全運行的可靠性，避免能源浪費和環(huán)境污染，延長管道的服役壽命以及被檢管線的日常管理、維護、維修與更換，提供了科學(xué)依據(jù)。