我國油氣管道腐蝕與防護(hù)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)進(jìn)展

石油天然氣管道腐蝕防護(hù)的相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展何仁洋1唐鑫2趙雄2裴廷剛21中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院壓力管道事業(yè)部，北京，1000132中石油塔里木油田公司新疆庫爾勒摘要:腐蝕是影響石油天然氣管道可靠性和使用壽命的關(guān)鍵因素之一。近年來，石油天然氣集輸和長(zhǎng)輸管道建設(shè)發(fā)展迅速，輸送介質(zhì)成份復(fù)雜、腐蝕性強(qiáng)，致使管道腐蝕問題日益突出。本文針對(duì)石油天然氣長(zhǎng)輸管道和集輸管道內(nèi)腐蝕和外腐蝕的特點(diǎn)，總結(jié)了相關(guān)腐蝕防護(hù)技術(shù)，并介紹了腐蝕防護(hù)檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞：石油天然氣管道腐蝕防護(hù)內(nèi)腐蝕外腐蝕檢測(cè)監(jiān)測(cè)ResearchProgressonCorrosionProtectionRelatedTechniquesforOilandGasPipelineHELiangenHERenyangZHAOXiongTANGXinSONGWenlei1ChinaSpecialEquipmentInspectionandResearchInstitutePressurePipelineDepartment,Beijing,1000132PetroChinaTarimOilfieldCompany,Kuerle,841000Abstract:Corrosionisoneofthekeyfactorstoimpactonpetroleumandnaturalgaspipelinereliabilityandtheservicelife.Recently,oilandnaturalgasgatheringandtransportationpipelineconstructionisdevelopingrapidly,andtheconveyingmediumhascomplexcompositionandstrongcorrosion,resultinginpipelinecorrosionproblemsbecomingincreasinglyprominent.Thispapersummarizestherelatedcorrosionprotectiontechnologyaccordingtothepetroleumnaturalgaspipelineandpipelineinternalcorrosionandoutercorrosioncharacteristics,andintroducesthecorrosionprotectiondetectionandmonitoringtechnologyresearchprogressandapplicationstatus.Keywords:OilandGasPipeline;CorrosionProtection;InternalCorrosion;ExternalCorrosion;Inspection;Monitoring石油天然氣管道簡(jiǎn)稱油氣管道，是我國國家公共安全的重要組成部分，是我國特種設(shè)備八大類產(chǎn)品之一，是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)備和人民生活的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極為重要的戰(zhàn)略地位，被稱為國家重大生命線。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有油氣長(zhǎng)輸管道約10萬公里，集輸管道約30萬公里。近幾年國內(nèi)將處于管道建設(shè)的高峰期，至“十二·五”末期，我國油氣長(zhǎng)輸管道總長(zhǎng)度將達(dá)到15萬公里。目前，我國油氣田的開發(fā)條件已日益苛刻，川渝氣田、大慶氣田、塔里木油田和長(zhǎng)慶油田等多處油氣田開采出的石油天然氣中腐蝕性介質(zhì)的含量大大增加。在含水情況下，H2S、CO2等腐蝕性介質(zhì)將致集輸管道和長(zhǎng)輸管道首段面臨更加嚴(yán)重的腐蝕形勢(shì)。例如，川東北地區(qū)發(fā)現(xiàn)的氣田群所儲(chǔ)藏的天然氣中H2S含量為8.8%～17.1%，CO2含量為0.5%～10.4%。大慶油田原油綜合含水率達(dá)到90％以上。塔里木油田地表多為鹽浸土，地下水和油田采出水為苦咸水，具有高礦化度，Cl-、Fe、CO2含量高，pH值低等特點(diǎn)，對(duì)金屬的腐蝕性很強(qiáng)。鑒于管道業(yè)的迅猛發(fā)展以及管道輸送面臨的嚴(yán)重腐蝕形勢(shì)，管道安全成為首要問題，而恰當(dāng)?shù)墓艿婪栏胧┖涂煽康姆栏|(zhì)量是保證管道安全的基礎(chǔ)。因此，對(duì)于石油天然氣管道，采取有效的腐蝕防護(hù)控制技術(shù)和腐蝕防護(hù)檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)，十分緊迫。1油氣管道腐蝕防護(hù)技術(shù)綜述石油天然氣長(zhǎng)輸和集輸管道的腐蝕形式可分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕。針對(duì)石油天然氣管道內(nèi)腐蝕的機(jī)理和特點(diǎn)，目前主要采用加注緩蝕劑[1]、采用內(nèi)涂層[2,3]或內(nèi)襯管等方法，或是將幾種防護(hù)技術(shù)有機(jī)結(jié)合。外腐蝕主要采用防腐層與陰極保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)合作用。1.1內(nèi)防腐技術(shù)1.1.1緩蝕劑技術(shù)石油天然氣管道防腐用緩蝕劑的主要類別有：咪唑啉類，胺類（包括胺、亞胺、季胺、胺酰等）、有機(jī)磷酸鹽類、嗎啉類、炔醇類等等。這些緩蝕劑的共同特點(diǎn)是其分子的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)是由極性基與非極性基所組成。1.1.2內(nèi)涂層技術(shù)經(jīng)過幾十年的應(yīng)用發(fā)展，管道內(nèi)涂層的涂料生產(chǎn)和施工技術(shù)已日趨成熟，我國也開展了大量的管道內(nèi)涂層技術(shù)研究。但與國外相比，在涂料生產(chǎn)、涂覆工藝、施工機(jī)具、施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和涂層質(zhì)量檢驗(yàn)等方面還存在一定的差距。目前，石油天然氣管道防腐蝕內(nèi)涂層主要有環(huán)氧型、改進(jìn)環(huán)氧型、環(huán)氧酚醛型、聚氨酯型或尼龍等系列的涂層。1.1.3復(fù)合管技術(shù)目前采用的復(fù)合管技術(shù)主要有玻璃鋼內(nèi)襯復(fù)合管，雙金屬復(fù)合管和陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管道。玻璃鋼內(nèi)襯復(fù)合管具有較好的防腐、防垢、耐溫、抗蠕變等性能。雙金屬復(fù)合管既大大提高了鋼管的耐腐蝕性能，又保留了鋼管的機(jī)械強(qiáng)度。陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管具有良好的耐蝕、耐磨、耐高溫及高強(qiáng)度等性能。1.2外防腐技術(shù)外防腐技術(shù)主要包括防腐層和陰極保護(hù)。目前，國內(nèi)外常用的防腐層主要有環(huán)氧粉末、煤焦油瓷漆、聚乙烯、環(huán)氧煤瀝青和石油瀝青；陰極保護(hù)方法主要有犧牲陽極、外加電流和排流保護(hù)。2油氣管道腐蝕防護(hù)檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀[4]油氣管道腐蝕防護(hù)檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)包括環(huán)境腐蝕性檢測(cè)、外防腐層檢測(cè)、陰極保護(hù)效果檢測(cè)、環(huán)境應(yīng)力腐蝕開裂檢測(cè)、管道本體腐蝕檢測(cè)以及管道變形監(jiān)測(cè)技術(shù)等。2.1環(huán)境腐蝕性檢測(cè)埋地油氣管道的環(huán)境腐蝕主要包括土壤腐蝕和雜散電流腐蝕。對(duì)于土壤腐蝕性檢測(cè)，主要集中于確定土壤腐蝕性的單項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)及其測(cè)量手段和建立各種管材的土壤腐蝕模式與規(guī)律；對(duì)于雜散電流腐蝕性工程檢測(cè)，通常采用管道對(duì)地電位的偏移量或管道附近土壤中的電位梯度來判斷雜散電流的影響。在十二五期間，國家“油氣管道用高強(qiáng)鋼壽命預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究”課題（以下簡(jiǎn)稱863課題），將開展典型酸堿性土壤環(huán)境油氣管道用高強(qiáng)鋼腐蝕評(píng)價(jià)方法研究和應(yīng)力作用下高強(qiáng)鋼油氣管道直流雜散電流腐蝕評(píng)價(jià)方法研究。2.2外防腐層不開挖檢測(cè)評(píng)價(jià)外防腐層的破壞主要有破損和剝離兩種形式。外防腐層破損檢測(cè)技術(shù)相對(duì)成熟，不開挖檢測(cè)的常用技術(shù)包括交流電流衰減技術(shù)、密間隔電位測(cè)試（CIPS）、人體電容法（Pearson）、直流電流電壓法、直流電位梯度法（DCVG）等。目前研究的重點(diǎn)在于防腐層剝離的檢測(cè)評(píng)價(jià)。2.3陰極保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)評(píng)價(jià)在陰極保護(hù)狀況檢測(cè)方面，主要包括管地電位測(cè)量和管道沿線電位分布。管地電位測(cè)量的關(guān)鍵在于分析和消除IR降誤差，常用的方法是斷電測(cè)量法和近參比法。管道沿線陰極保護(hù)電位分布模式已有不少國內(nèi)外研究報(bào)道，但相關(guān)理論尚需完善。在“十二五”期間，863課題將開展不同土壤電阻率條件下油氣管道用高強(qiáng)鋼外防腐層與陰極保護(hù)聯(lián)合保護(hù)準(zhǔn)則研究。2.4環(huán)境應(yīng)力腐蝕開裂評(píng)價(jià)環(huán)境應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）事故具有突發(fā)性，是災(zāi)害最大的腐蝕形態(tài)之一。對(duì)土壤環(huán)境，目前可確定的SCC有高PH值SCC和近中性PH值SCC兩種。它們的發(fā)生介質(zhì)條件與實(shí)際土壤有關(guān)，國外采用不同的模擬介質(zhì)研究不同土壤環(huán)境下的SCC，已經(jīng)建立起一套適合國外土壤環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)方法體系。國內(nèi)在效仿國外研究思路的基礎(chǔ)上做了一定量的SCC研究，但對(duì)適合我國土壤環(huán)境SCC研究方面尚需完善。在“十二·五”期間，863課題將開展油氣管道用高強(qiáng)鋼環(huán)境應(yīng)力腐蝕壽命預(yù)測(cè)方法研究。2.5腐蝕防護(hù)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)在腐蝕防護(hù)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)方面，發(fā)達(dá)國家已建立了遙測(cè)和計(jì)算機(jī)管理等管道綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)。該系統(tǒng)除具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)功能外，還具有分析判斷管道腐蝕、外防腐層老化、破損點(diǎn)、管體安全裕量等功能。我國針對(duì)埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)系統(tǒng)，研發(fā)了一些專項(xiàng)綜合評(píng)價(jià)軟件。2.6管道本體腐蝕檢測(cè)技術(shù)管道本體腐蝕檢測(cè)包括內(nèi)腐蝕預(yù)測(cè)技術(shù)、智能內(nèi)檢測(cè)技術(shù)以及管體腐蝕外檢測(cè)技術(shù)三大類。國內(nèi)外在方法和檢測(cè)儀器等方面進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用，不斷涌現(xiàn)出新的管體腐蝕檢測(cè)技術(shù)。2.6.1內(nèi)腐蝕預(yù)測(cè)技術(shù)[5]油氣管道內(nèi)腐蝕通常是局部腐蝕，雖然具有隨機(jī)性，但其分布存在一定的規(guī)律性，通常受輸送介質(zhì)的腐蝕性、管件的結(jié)構(gòu)形狀以及具體位置的流速、流型等影響。因此，分析管道的沖蝕規(guī)律，確定管系的最薄弱位置并預(yù)測(cè)管道的腐蝕速率，十分必要。國外開展了大量的內(nèi)腐蝕預(yù)測(cè)研究，提出了電化學(xué)腐蝕與磨耗之間的協(xié)同效應(yīng)等理論，已制定了干氣內(nèi)腐蝕直接預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和凈化原油內(nèi)腐蝕直接預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)在這方面起步較晚?！笆の濉逼陂g，863課題將開展油氣管道高強(qiáng)鋼內(nèi)腐蝕壽命預(yù)測(cè)方法研究，將填補(bǔ)長(zhǎng)輸管道內(nèi)腐蝕預(yù)測(cè)技術(shù)的空白。2.6.2智能內(nèi)檢測(cè)技術(shù)管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)包括漏磁檢測(cè)、超聲檢測(cè)、渦流檢測(cè)以及電磁超聲檢測(cè)技術(shù)等。其中，漏磁檢測(cè)技術(shù)是應(yīng)用最廣泛、最成熟的鐵磁性管道缺陷檢測(cè)技術(shù)。目前，國外90%以上管道內(nèi)檢測(cè)設(shè)備采用漏磁檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)已趨于壟斷化，國外公司已不再單獨(dú)出售檢測(cè)設(shè)備，僅提供管道內(nèi)檢測(cè)服務(wù)，且價(jià)格十分昂貴。我國的一些科研單位和研究機(jī)構(gòu)已開展了該技術(shù)的相關(guān)理論和仿真方面的研究。目前，我國的管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段，但在裂紋和軸向缺陷檢測(cè)、內(nèi)檢測(cè)器速度補(bǔ)償、缺陷準(zhǔn)確識(shí)別和定位等方面，與發(fā)達(dá)國家相比尚有差距。2.6.3管體腐蝕外檢測(cè)技術(shù)管體腐蝕外檢測(cè)技術(shù)除了常規(guī)的無損檢測(cè)方法外，還包括一些新技術(shù)，如場(chǎng)圖像技術(shù)、磁力斷層攝影技術(shù)、PFC射線測(cè)厚技術(shù)、渦流檢測(cè)技術(shù)、CMOS缺陷成像技術(shù)、TOFD超聲波成像檢測(cè)技術(shù)、超聲相控陣超聲波成像技術(shù)等。近年來，逐漸發(fā)展到管道腐蝕形貌檢測(cè)技術(shù)。如荷蘭RTD公司生產(chǎn)的激光管線探測(cè)工具（LPIT）是一款采用激光技術(shù)直接檢測(cè)和測(cè)量管道腐蝕形貌的測(cè)量?jī)x器，具有測(cè)量速度快、測(cè)量精度高的特點(diǎn)。該工具通過8個(gè)激光束來測(cè)量和繪制管線表面的腐蝕點(diǎn)；美國西南研究院研制了利用陣列渦流技術(shù)檢測(cè)腐蝕形貌的儀器，該儀器利用渦流探頭陣列，根據(jù)管壁表面提離距離的不同，來確定腐蝕深度。目前，我國尚沒有管道腐蝕形貌檢測(cè)技術(shù)的相關(guān)研究報(bào)道。2.7管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)針對(duì)不同的腐蝕環(huán)境，人們研究了各種各樣的管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)。早期的腐蝕監(jiān)測(cè)方法有監(jiān)測(cè)孔法、掛片失重法等。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)腐蝕造成的破壞，發(fā)展了現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)，如超聲波法、電阻法、電偶法、聲發(fā)射法、射線技術(shù)以及各種探針技術(shù)等。近年來又出現(xiàn)了許多新的監(jiān)測(cè)技術(shù)，如線性極化技術(shù)、交流阻抗技術(shù)、電感法、恒電量技術(shù)、電化學(xué)噪聲技術(shù)、場(chǎng)圖像技術(shù)、薄層活化技術(shù)、氫傳感器以及基于陣列電極的內(nèi)腐蝕外監(jiān)測(cè)技術(shù)等。2.8管道變形監(jiān)測(cè)技術(shù)變形監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在油氣管道中的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)指利用現(xiàn)場(chǎng)無損傷的監(jiān)測(cè)方式獲得結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息，通過對(duì)包括結(jié)構(gòu)響應(yīng)在內(nèi)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)特性分析，達(dá)到檢測(cè)結(jié)構(gòu)損傷或退化的目的。它涉及傳感技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、信號(hào)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊通信技術(shù)、模式識(shí)別等多個(gè)研究方向，可以分為三個(gè)階段。通過健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行，可實(shí)時(shí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)的整體行為，對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷位置和程度進(jìn)行診斷，并開展智能評(píng)估，并發(fā)出預(yù)警信號(hào)，為結(jié)構(gòu)的維修、養(yǎng)護(hù)與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。目前，發(fā)達(dá)國家的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入第三階段，而我國油氣管道變形監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)處于起步階段。3結(jié)束語管道輸送由于其成本低、效率高以及地域適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，必將得到迅猛發(fā)展，而管道安全保障的需求也將日益增強(qiáng)，管道腐蝕防護(hù)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用需求也將隨之提高。通過對(duì)石油天然氣管道腐蝕防護(hù)相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展的分析，對(duì)于油氣管道腐蝕防護(hù)，我國在基礎(chǔ)理論以及檢測(cè)方法研究和新技術(shù)應(yīng)用等方面均開展了大量的、系統(tǒng)性的和關(guān)鍵性的重大科技攻關(guān)，相關(guān)科研成果已得到廣泛應(yīng)用。（資助項(xiàng)目：“十二五”國家支撐計(jì)劃課題“基于風(fēng)險(xiǎn)的油氣管道事故預(yù)防關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號(hào)：2011BAK06B01））參考文獻(xiàn)[1]張?zhí)靹?緩蝕劑[m].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.1[2]龐啟財(cái).防腐蝕涂料涂裝和質(zhì)量控制[m].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2