梅 磊

輸油管線腐蝕檢測與防護研究

梅 磊

（中國石化銷售股份有限公司華東分公司，上海 200000）

輸油管道腐蝕將會導(dǎo)致輸油管穿孔和破裂，引起石油泄漏，造成環(huán)境污染以及巨大的財產(chǎn)損失，因此有必要對存在腐蝕危險的輸油管道進行檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果采取相應(yīng)的防護措施。本文以某公司輸油渡江管線為研究對象，以關(guān)鍵點24 h連續(xù)檢測法結(jié)合交流低電位梯度法（ACVG）為主，密間隔電位檢測和定向鉆防腐層質(zhì)量整體評估為輔，對輸油管道進行腐蝕性分析，并根據(jù)管道埋設(shè)過深的實際情況采用兩端電流比較進行定向鉆防腐層質(zhì)量整體評估。最后，根據(jù)檢測結(jié)果對該輸油渡江管線進行評估，并提出對應(yīng)的維護建議，對該站輸油管線的維護具有很大的現(xiàn)實意義。

輸油管道；連續(xù)檢測； 定向鉆防腐層；兩端電流比較

隨著經(jīng)濟技術(shù)的飛速發(fā)展，管道由于其優(yōu)秀的性能已經(jīng)成為主要的運輸載體，廣泛應(yīng)用于石油、冶金、天然氣等各個行業(yè)[1]。由于受到惡劣地質(zhì)環(huán)境的影響，加上管道鋪設(shè)時間久遠(yuǎn)，在管道周圍和上方地形、土壤變化的共同影響下，管道發(fā)生腐蝕穿孔和應(yīng)力集中的概率與日俱增[2-3]。管道腐蝕是油氣管線所面臨的諸多風(fēng)險中最危險之一，70%～90%的管道安全事故由管道腐蝕引發(fā)[4]。

對于埋地管道，廣泛采用防腐涂層并附加陰極保護的防護方法進行防腐保護。外防腐層是管道防腐的第一道屏障，其作用是將管道與土壤環(huán)境隔離開來，避免管體接觸腐蝕性介質(zhì)而發(fā)生腐蝕。陰極保護是管道防腐的第二道屏障，其作用是對管道施加陰極電流，對涂層缺陷處的金屬提供附加保護。對于埋地管道的腐蝕控制而言，二者相輔相成。如果埋地管道的外防腐層存在缺陷，且缺陷處的管道陰極保護不足，就會導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生。

為避免管道發(fā)生腐蝕，需要對管道的外腐蝕情況及防腐系統(tǒng)狀況進行科學(xué)的檢測和評價[5]，查找外防腐層和陰極保護系統(tǒng)的缺陷，為管道完整性管理提供可靠的依據(jù)，以保證管道安全運行。目前常用的管道腐蝕檢測技術(shù)有弱磁腐蝕檢測[6]、多向交流電位降技術(shù)的管道裂紋腐蝕檢測[7]、交流干擾檢測等[8-9]。但單一的檢測方法并不能有效地反映管道的腐蝕情況，本文結(jié)合各檢測技術(shù)的優(yōu)點，以關(guān)鍵點24 h連續(xù)檢測法結(jié)合交流低電位梯度法（ACVG）為主，密間隔電位檢測和定向鉆防腐層質(zhì)量整體評估為輔，對某渡江輸油管道開展腐蝕防護檢測工作，評價各類檢測技術(shù)的優(yōu)缺點及適應(yīng)性，分析該段管道檢測結(jié)果，并根據(jù)管道埋設(shè)過深的實際情況采用兩端電流比較進行定向鉆防腐層質(zhì)量整體評估。通過分析該段管道檢測結(jié)果，提出了相應(yīng)的維護建議，可為該輸油渡江管線安全運行及維護提供借鑒。

1 研究對象與檢測評判標(biāo)準(zhǔn)簡介

1.1 輸油渡江管線簡介

本文研究的某輸油渡江管線始建于2007年，全長15 km左右，外防腐層采用環(huán)氧粉末，管道在12.5 km處有一處定向鉆穿越管段，定向鉆的長度為2.5 km。渡江管線在定向鉆入土和出土位置設(shè)置了2處鎂合金犧牲陽極，對管道進行了陰極保護，每處陽極的數(shù)量為4支。

1.2 檢測評判標(biāo)準(zhǔn)

本文依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及陰極保護有效性判定準(zhǔn)則、交流干擾嚴(yán)重等級判定準(zhǔn)則和直流干擾嚴(yán)重等級判定準(zhǔn)則3個判定標(biāo)準(zhǔn)對該渡江管線的檢測結(jié)果進行分析。

1.2.1 陰極保護有效性判定準(zhǔn)則

一般情況下管道陰極保護電位（即管/地界面極化電位，下同）應(yīng)為-0.85 V（CSE）或更負(fù)。陰極保護狀態(tài)下管道的極限保護電位不能比-1.2 V（CSE）更負(fù)。在土壤電阻率100~1 000 Ω·m環(huán)境中的管道，陰極保護電位宜負(fù)于-750 mV(CSE)；在土壤電阻率大于1 000 Ω·m的環(huán)境中的管道，陰極保護電位宜負(fù)于-650 mV(CSE)。當(dāng)準(zhǔn)則1難以達到時，可采用陰極極化或去極化電位差大于100 mV的判據(jù)。

1.2.2 交流干擾嚴(yán)重等級判定準(zhǔn)則

當(dāng)管道上的交流干擾電壓不高于4 V時，可不采取交流干擾防護措施；高于4 V時，應(yīng)采用交流電流密度進行評估，交流電流密度可按下式計算：

式中：AC——評估的交流電流密度，A/m2；

——交流干擾電壓有效值的平均值，V；

——土壤電阻率，?·m；

——破損點直徑，m。

管道受交流干擾的程度可按表1交流干擾程度的判斷指標(biāo)的規(guī)定判定。

表1 交流干擾程度的判斷指標(biāo)

當(dāng)交流干擾程度判定為“強”時，應(yīng)采取交流干擾防護措施；判定為“中”時，宜采取交流干擾防護措施；判定為“弱”時，可不采取交流干擾防護措施。

1.2.3 直流干擾嚴(yán)重等級判定準(zhǔn)則

管道工程處于設(shè)計階段時，可采用管道擬經(jīng)路由兩側(cè)各20 m范圍內(nèi)的地電位梯度判斷土壤中雜散電流的強弱，當(dāng)?shù)仉娢惶荻却笥?.5 mV/m時，應(yīng)確認(rèn)存在直流雜散電流；當(dāng)?shù)仉娢惶荻却笥诨虻扔?.5 mV/m時，應(yīng)評估管道敷設(shè)后可能受到的直流干擾影響，并應(yīng)根據(jù)評估結(jié)果預(yù)設(shè)干擾防護措施。

沒有實施陰極保護的管道，宜采用管地電位相對于自然電位的偏移值進行判斷。當(dāng)任意點上的管地電位相對于自然電位正向或負(fù)向偏移超過20 mV，應(yīng)確認(rèn)存在直流干擾；當(dāng)任意點上管地電位相對于自然電位正向偏移大于或等于l00 mV時，應(yīng)及時采取干擾防護措施。已投運陰極保護的管道，當(dāng)干擾導(dǎo)致管道不滿足最小保護電位要求時，應(yīng)及時采取干擾防護措施。

具有如下腐蝕形貌特征的被干擾管道，可判定發(fā)生了直流雜散電流腐蝕。

（1）腐蝕點呈孔蝕狀、創(chuàng)面光滑、有時有金屬光澤、邊緣較整齊；

（2）腐蝕產(chǎn)物呈炭黑色細(xì)粉狀；

（3）有水分存在時，可明顯觀察到電解過程跡象。

2 檢測方法

本文以關(guān)鍵點24 h連續(xù)檢測法結(jié)合交流低電位梯度法（ACVG）為主，密間隔電位檢測和定向鉆防腐層質(zhì)量整體評估為輔，對輸油管道進行腐蝕性分析。

2.1 關(guān)鍵點24 h連續(xù)檢測方法

對關(guān)鍵點進行24 h連續(xù)監(jiān)測，測試內(nèi)容包括管道的通電電位、斷電電位、交流干擾電壓、交流干擾電流密度等。

參考測試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 21246-2007 埋地鋼質(zhì)管道陰極保護參數(shù)測量方法。測量前，應(yīng)確認(rèn)陰極保護運行正常，管道已充分極化。

采用數(shù)據(jù)記錄儀長時間連續(xù)記錄管道通電電位。試片采用10 cm2或100 cm2L415材質(zhì)，通過數(shù)據(jù)記錄儀與管道相連接，數(shù)據(jù)記錄儀的通斷周期設(shè)置成15 s：通12 s，斷3 s。利用數(shù)據(jù)記錄儀記錄24 h管道的通電電位波動情況，并計算通電電位24 h的最大、最小值。其電位接線圖如下所示。

圖1 關(guān)鍵點電位檢測接線圖

2.2 ACVG檢測方法

交流地電位梯度法（ACVG）采用埋地管道電流測繪系統(tǒng)（PCM）與交流地電位差測量儀（A字架）配合使用，通過測量土壤中交流地電位梯度的變化，可對埋地管道防腐層破損點及搭接點進行查找與準(zhǔn)確定位。

本次檢測對業(yè)主要求管道工程進行防腐層破損點及搭接點檢測。擬采用交流電位梯度法（ACVG）對全線管道的防腐層破損點及搭接點進行檢測，達到防腐層漏點及搭接點檢測準(zhǔn)確率不低于99%，破損點及搭接點水平定位偏差不大于0.5 m。

2.3 密間隔電位檢測方法

測量前，應(yīng)確認(rèn)陰極保護運行正常，管道已充分極化。在測試樁處連接測試電纜，測量時利用探管儀對管道定位，保證硫酸銅電極放置在管道的正上方。

從測試樁開始，沿管線管頂?shù)乇硪悦荛g隔（間隔2～3 m）逐次移動探杖，每移動探杖一次就采集并記錄存儲一組通電電位，直至到達前方一個測試樁。按此完成全線管線電位沿管道變化的測量。測試間距確定為約每3 m（GB/T 21246-2007第5.5條規(guī)定）一個點。如果地面干燥影響檢測的結(jié)果，則應(yīng)該進行澆水后再進行檢測。

最后將現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)下載到計算機中，進行數(shù)據(jù)處理分析，以距離為橫坐標(biāo)、電位為縱坐標(biāo)繪出測量段的電位分布曲線圖。通過數(shù)據(jù)圖，詳細(xì)分析管道各段陰極保護通電電位是否有明顯偏負(fù)處，根據(jù)數(shù)值判斷是否存在犧牲陽極。

2.4 定向鉆防腐層質(zhì)量整體評估檢測方法

對于河流、鐵路、公路等管道定向穿越管段的防腐層絕緣電阻率測試，如果在定向鉆處上方可以接受到PCM的檢測信號，則可采用英國雷迪PCM+埋地管線防腐層檢測系統(tǒng)利用交流電流衰減法對防腐層絕緣電阻率進行檢測。首先采用峰值法或零值法對管道進行精確定位，其次精確測繪管中電流，最后運用PCM系統(tǒng)的配套軟件防腐層數(shù)據(jù)處理GDWFF軟件，計算埋地鋼質(zhì)管道管段防腐層絕緣電阻值。

3 檢測結(jié)果與分析

3.1 管道外防腐層總體檢測

首先依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對管道外防腐層進行總體檢測，根據(jù)檢測結(jié)果劃分輕、中、重三個等級，其具體數(shù)據(jù)列于表2。

表2 防腐層缺陷數(shù)量詳情表

由表2可看出，在總長15 km管道的PCM檢測中共發(fā)現(xiàn)109個缺陷點，平均9處/km。其中有4個缺陷點的嚴(yán)重程度等級為“重”， 50個缺陷點為“中”，其余55個缺陷點為“輕”。

3.2 關(guān)鍵點24 h交直流雜散電流測試

本次測試選取14處關(guān)鍵點，采用某公司自主研發(fā)的連續(xù)監(jiān)測儀進行24 h交直流雜散電流連續(xù)監(jiān)測。為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，本次檢測的試片埋設(shè)時間一般大于2 h，之后進行斷電電位測試。將飽和銅/硫酸銅參比電極放置在管道正上方，保持參比電極底部與土壤充分接觸且濕潤。將數(shù)據(jù)記錄儀分別與管道線、極化試片線和參比電極線連接。將數(shù)據(jù)記錄儀設(shè)置成通12 s，斷3 s，長時間記錄管道的通電電位，詳細(xì)數(shù)據(jù)列于表3。

表3 24 h交直流雜散電流連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)表

由表3的各項數(shù)據(jù)可知，試檢測管段均無明顯的交直流干擾，且管道都達到保護要求。

3.3 密間隔通電電位測試

從測試樁開始，沿管線管頂?shù)乇硪悦荛g隔（間隔2～3 m）逐次移動探杖，每移動探杖一次就采集并記錄存儲一組通電電位，直至到達前方一個測試樁，經(jīng)檢測全線管道上方通電電位無明顯突然增大或減小。

3.4 定向鉆防腐層質(zhì)量整體評估

由于本次檢測的管道埋設(shè)過深，無法在定向鉆上方接收到發(fā)射機發(fā)出的檢測信號，則需要在穿越段的兩端分別記錄管內(nèi)的電流值，對兩端電流值進行比較，在穿越段一側(cè)方向測得電流378 mA，穿越過后另一側(cè)方向測得電流270 mA，穿越段長度約2.5 km，電流損失108 mA，兩端的電流衰減不明顯，表明穿越段防腐層質(zhì)量較好。

4 結(jié)束語

本文以某公司輸油渡江管線為研究對象，以關(guān)鍵點24 h連續(xù)檢測法結(jié)合交流低電位梯度法（ACVG）為主，密間隔電位檢測和定向鉆防腐層質(zhì)量整體評估為輔，對輸油管道進行腐蝕性分析。根據(jù)本次渡江管線檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沿線防腐層破損點較多，建議開挖驗證后進行修復(fù)。沿線無明顯交直流干擾，且根據(jù)密間隔通電電位可以看出沿線無電位突然增大或減小，故沿線無疑似犧牲陽極的地方。同時，渡江穿越段電流損失較小，穿越段防腐層質(zhì)量較好，但是根據(jù)現(xiàn)場情況可以得知渡江管線沿線為犧牲陽極保護，無外加電流保護，穿越段也為犧牲陽極保護，因為是穿越段無法測量其是否有陰極保護，也無法判斷是否達到保護要求，且犧牲陽極壽命短，更換麻煩，根據(jù)穿越段電流衰減情況，建議增加外加電流陰極保護系統(tǒng)，這樣可以直觀的檢測測量穿越段是否達到保護。

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Research on Corrosion Detection and Protection of Oil Pipelines

（Sinopec Sales Co., Ltd. Huadong Branch, Shanghai 200000, China）

Corrosion of oil pipelines will cause perforation and rupture of oil pipelines, which causes oil leakage, environmental pollution and huge property losses. Therefore, it is necessary to test oil pipelines that are in danger of corrosion and take corresponding protective measures according to the test results. In this paper, taking a company's oil pipeline crossing the Yangtze River as the research object, the key point 24-hour continuous detection method and alternating current low voltage gradient method (ACVG) were used as the main method, and the closely spaced current level detection and the overall quality evaluation of directional drilling anticorrosive coating were supplemented, the corrosion analysis of the oil pipeline was carried out, and the overall quality evaluation of directional drilling anticorrosive coating was also carried out according to the actual situation that the pipeline is buried too deep by comparing the currents at both ends. Finally, the oil pipeline was evaluated based on the test results and corresponding maintenance suggestions were provided, which has great practical significance for the maintenance of the oil pipeline at this station.

oil pipeline; 24-hour continuous inspection of key points; directional drilling anti-corrosion layer; current comparison at both ends

2020-03-01

梅磊（1985-），男，工程師，碩士，江蘇省徐州人，2012年畢業(yè)于常州大學(xué)油氣儲運工程專業(yè)，研究方向：目前從事長輸管道保護研究工作。

TE988.2

A

1004-0935（2020）03-0292-04