油气管道腐蚀与防护
文/何仁洋·中国特种设备检测研究院压力管道事业部
随着油气管道迅猛发展,管道防腐蚀面临着严重的形势,油气管道腐蚀防护安全的法规标准体系、检测监测技术及腐蚀控制技术的研究日益受到重视。
油气管道指石油天然气管道，是我国国家公共安全的重要组成部分，是我国特种设备八大类产品之—,广泛用于国民经济和生产生活的各个领域,在国民经济中占有极为重要的战略地位。
据统计,我国油气长输管道已约有10万公里。在“十二五”末期,我国油气管道总长度将达到15万公里。
伴随着我国石油天然气勘探开发的发展,开发条件日益苛刻,川渝气田、大庆气田、塔里木油田和长庆油田等国内多处油气田开采出的石油天然气中腐蚀性介质的含量也大大增加。
例如,川东北地区发现的气田群所储藏的天然气中H2S含量为8.8%～17.1%,C02含量为0.5%～10.4%。大庆油田原油综合含水率达到90%以上。塔里木油田塔北地区地表多为盐浸土,且地下水和油田采出水的水质较差,是苦咸水,具有高矿化度,C1-、Fe、C02含量高,pH值低等特点,对金属的腐蚀性很强。
因此,随着管道业迅猛发展,以及管道腐蚀面临的严重形势,采取有效的腐蚀防护技术、腐蚀防护检测与监测技术,十分紧迫。
法规标准体系
鉴于国家高度重视压力管道的重大战略地位,我国相继出台了有关法律、法规和部门规章。并依据这些法律、法规与安全技术规范,配套颁布了相应的油气管道腐蚀防护安全技术标准。
然而,我国腐蚀防护标准还存在以下问题:
(1)在关于腐蚀控制方面,缺少环境应力腐蚀控制标准。
(2)在基于失效模式的检测评价方面,缺少内腐蚀、应力腐蚀(含介质与环境)方面的检测评价标准。
(3)已有的国家和行业标准基本照搬国外的相关规定,缺少试验数据支撑,可操作性差。
检监测技术
环境腐蚀性捡测
油气管道经过地区的环境腐蚀性主要包括土壤腐蚀和杂散电流腐蚀。
土壤腐蚀性的检测主要集中于两个方面:一是确定土壤腐蚀性的单项评价参数及其测量手段,二是建立各种管材的土壤腐蚀模式与规律。在“十二五”期间,国家高技术研究发展计划绿色制造领域“油气管道用高强钢寿命预测关键技术研究”课题(以下简称863课题),将开展典型酸碱性土壤环境油气管道用高强钢腐蚀评价方法研究和应力作用下高强钢油气管道直流杂散电流腐蚀评价方法研究。
外防腐层不开挖捡测评价
外防腐层的破坏主要有两种形式,一是破损,二是剥离。对于外防腐层破损的检测技术相对成熟,不开挖检测的常用技术包括:交流电流衰减技术、密间隔电位测试(CIPS)、人体电容法(Pearson)、直流电流电压法、直流电位梯度法(DCVG)等。目前研究的重点在于防腐层剥离的检测评价。
阴极保护系统检测评价
在阴极保护状况检测方面,主要包括管地电位的测量和管道沿线电位分布。在“十二五”期间,863课题将开展不同土壤电阻率条件下油气管道用高强钢外防腐层与阴极保护联合保护准则研究。
环境应力腐蚀开裂评价
环境应力腐蚀开裂(SCC)事故往往是突发性、灾难性的,因而是灾害最大的腐蚀形态之—。
目前已经确定的土壤环境SCC有两种,—种是高PH值的SCC;— 种是近中性PH值的SCC。它们的发生介质条件与实际土壤有关,国外采用不同的模拟介质研究不同的土壤环境下的SCC,已经建立起—套适合国外土壤环境的标准方法体系。在“十二五”期间,863课题将开展油气管道用高强钢环境应力腐蚀寿命预测方法研究。
腐蚀防护系统综合评价
在腐蚀防护系统综合评价方法方面,发达国家十分重视,已建立了遥测和计算机管理等管道综合评价系统。该系统除了作数据存储外,还具备管道腐蚀、外防腐层老化、破损点、管体安全裕量分析判断等功能。我国针对埋地钢质管道腐蚀防护系统,研发了一些专项综合评价软件。
管道本体腐蚀捡测技术
管道本体腐蚀检测包括智能内检测技术、腐蚀形貌检测技术、基于流场分析的长输管道内腐蚀预测技术。这三种技术在国外都已经有较为成熟的理论和技术手段,我国已经开展研究并有相应技术成果开始应用的只有智能内检测技术,其他两项还未有涉及。“十二五”期间,863课题将开展油气管道高强钢内腐蚀寿命预测方法研究,这将填补对基于流场分析的长输管道内腐蚀预测技术的空白。
油气管道变形监测技术
变形监测评价技术是结构健康监测技术在油气管道中的应用。结构健康监测指利用现场无损伤的监测方式获得结构内部信息,通过对包括结构响应在内的结构系统特性分析,达到检测结构损伤或退化的目的。它涉及传感技术、测试技术、信号分析、计算机技术、网络通讯通信技术、模式识别等多个研究方向,可以分为三个阶段。通过健康监测系统的运行,可实时监控结构的整体行为,对结构的损伤位置和程度进行诊断,开展智能评估,并发出预警信号,为结构的维修、养护与管理决策提供依据和指导。
目前,发达国家的结构健康监测技术已经进入第三阶段,而我国油气管道变形监测评价技术处于起步阶段。
腐蚀防护控制技术
输送未净化油气的集输管道和长输管道,主要腐蚀形式为内腐蚀和环境腐蚀。输送净化后的油气的长输管道,主要腐蚀形式为环境腐蚀。
内腐蚀控制技术
内腐蚀是由于介质腐蚀引起的,其主要的防腐手段是采用内涂层。同时,对输气管道来说,内涂层的应用还可以减少输送阻力,提高输送能力。经过几十年的应用发展,管道内涂层的涂料生产和施工技术日趋成熟。
我国开展了大量的管道内涂层技术研究。但与国外相比,在涂料生产、涂覆工艺、施工机具、施工标准规范和涂层质量检验等方面还存在—定的差距。
环境腐蚀控制技术
对于环境腐蚀,埋地金属管道均采用防腐层与阴极保护的联合防护方法。近10年来,我国在建的长输管道基本采用熔结环氧粉末技术或聚乙烯防腐蚀层。
结束语
综上所述,我国油气管道腐蚀防护的安全法规标准、基础理论研究、检测方法研究、新技术应用方面开展了大量的、系统性的、关键性的重大科技攻关,相关科研成果得到了具体应用。