石油天然氣管道腐蝕防護的相關技術研究進展何仁洋1唐鑫2趙雄2裴廷剛21中國特種設備檢測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鍵因素之一。近年來，石油天然氣集輸和長輸管道建設發(fā)展迅速，輸送介質成份復雜、腐蝕性強，致使管道腐蝕問題日益突出。本文針對石油天然氣長輸管道和集輸管道內腐蝕和外腐蝕的特點，總結了相關腐蝕防護技術，并介紹了腐蝕防護檢測監(jiān)測技術的研究進展及應用現(xiàn)狀。關鍵詞：石油天然氣管道腐蝕防護內腐蝕外腐蝕檢測監(jiān)測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，是我國特種設備八大類產品之一，是國民經濟建設的重要基礎設備和人民生活的重要基礎設施，在國民經濟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，我國現(xiàn)有油氣長輸管道約10萬公里，集輸管道約30萬公里。近幾年國內將處于管道建設的高峰期，至“十二·五”末期，我國油氣長輸管道總長度將達到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、塔里木油田和長慶油田等多處油氣田開采出的石油天然氣中腐蝕性介質的含量大大增加。在含水情況下，H2S、CO2等腐蝕性介質將致集輸管道和長輸管道首段面臨更加嚴重的腐蝕形勢。例如，川東北地區(qū)發(fā)現(xiàn)的氣田群所儲藏的天然氣中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，對金屬的腐蝕性很強。鑒于管道業(yè)的迅猛發(fā)展以及管道輸送面臨的嚴重腐蝕形勢，管道安全成為首要問題，而恰當?shù)墓艿婪栏胧┖涂煽康姆栏|量是保證管道安全的基礎。因此，對于石油天然氣管道，采取有效的腐蝕防護控制技術和腐蝕防護檢測監(jiān)測技術，十分緊迫。1油氣管道腐蝕防護技術綜述石油天然氣長輸和集輸管道的腐蝕形式可分為內腐蝕和外腐蝕。針對石油天然氣管道內腐蝕的機理和特點，目前主要采用加注緩蝕劑[1]、采用內涂層[2,3]或內襯管等方法，或是將幾種防護技術有機結合。外腐蝕主要采用防腐層與陰極保護系統(tǒng)聯(lián)合作用。1.1內防腐技術1.1.1緩蝕劑技術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）、有機磷酸鹽類、嗎啉類、炔醇類等等。這些緩蝕劑的共同特點是其分子的基本化學結構是由極性基與非極性基所組成。1.1.2內涂層技術經過幾十年的應用發(fā)展，管道內涂層的涂料生產和施工技術已日趨成熟，我國也開展了大量的管道內涂層技術研究。但與國外相比，在涂料生產、涂覆工藝、施工機具、施工標準規(guī)范和涂層質量檢驗等方面還存在一定的差距。目前，石油天然氣管道防腐蝕內涂層主要有環(huán)氧型、改進環(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復合管技術目前采用的復合管技術主要有玻璃鋼內襯復合管，雙金屬復合管和陶瓷內襯復合管道。玻璃鋼內襯復合管具有較好的防腐、防垢、耐溫、抗蠕變等性能。雙金屬復合管既大大提高了鋼管的耐腐蝕性能，又保留了鋼管的機械強度。陶瓷內襯復合管具有良好的耐蝕、耐磨、耐高溫及高強度等性能。1.2外防腐技術外防腐技術主要包括防腐層和陰極保護。目前，國內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；陰極保護方法主要有犧牲陽極、外加電流和排流保護。2油氣管道腐蝕防護檢測監(jiān)測技術應用現(xiàn)狀[4]油氣管道腐蝕防護檢測監(jiān)測技術包括環(huán)境腐蝕性檢測、外防腐層檢測、陰極保護效果檢測、環(huán)境應力腐蝕開裂檢測、管道本體腐蝕檢測以及管道變形監(jiān)測技術等。2.1環(huán)境腐蝕性檢測埋地油氣管道的環(huán)境腐蝕主要包括土壤腐蝕和雜散電流腐蝕。對于土壤腐蝕性檢測，主要集中于確定土壤腐蝕性的單項評價參數(shù)及其測量手段和建立各種管材的土壤腐蝕模式與規(guī)律；對于雜散電流腐蝕性工程檢測，通常采用管道對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“油氣管道用高強鋼壽命預測關鍵技術研究”課題（以下簡稱863課題），將開展典型酸堿性土壤環(huán)境油氣管道用高強鋼腐蝕評價方法研究和應力作用下高強鋼油氣管道直流雜散電流腐蝕評價方法研究。2.2外防腐層不開挖檢測評價外防腐層的破壞主要有破損和剝離兩種形式。外防腐層破損檢測技術相對成熟，不開挖檢測的常用技術包括交流電流衰減技術、密間隔電位測試（CIPS）、人體電容法（Pearson）、直流電流電壓法、直流電位梯度法（DCVG）等。目前研究的重點在于防腐層剝離的檢測評價。2.3陰極保護系統(tǒng)檢測評價在陰極保護狀況檢測方面，主要包括管地電位測量和管道沿線電位分布。管地電位測量的關鍵在于分析和消除IR降誤差，常用的方法是斷電測量法和近參比法。管道沿線陰極保護電位分布模式已有不少國內外研究報道，但相關理論尚需完善。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鋼外防腐層與陰極保護聯(lián)合保護準則研究。2.4環(huán)境應力腐蝕開裂評價環(huán)境應力腐蝕開裂（SCC）事故具有突發(fā)性，是災害最大的腐蝕形態(tài)之一。對土壤環(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)生介質條件與實際土壤有關，國外采用不同的模擬介質研究不同土壤環(huán)境下的SCC，已經建立起一套適合國外土壤環(huán)境的標準方法體系。國內在效仿國外研究思路的基礎上做了一定量的SCC研究，但對適合我國土壤環(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鋼環(huán)境應力腐蝕壽命預測方法研究。2.5腐蝕防護系統(tǒng)綜合評價在腐蝕防護系統(tǒng)綜合評價方面，發(fā)達國家已建立了遙測和計算機管理等管道綜合評價系統(tǒng)。該系統(tǒng)除具有存儲數(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、管體安全裕量等功能。我國針對埋地鋼質管道腐蝕防護系統(tǒng)，研發(fā)了一些專項綜合評價軟件。2.6管道本體腐蝕檢測技術管道本體腐蝕檢測包括內腐蝕預測技術、智能內檢測技術以及管體腐蝕外檢測技術三大類。國內外在方法和檢測儀器等方面進行了大量的研究和應用，不斷涌現(xiàn)出新的管體腐蝕檢測技術。2.6.1內腐蝕預測技術[5]油氣管道內腐蝕通常是局部腐蝕，雖然具有隨機性，但其分布存在一定的規(guī)律性，通常受輸送介質的腐蝕性、管件的結構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測管道的腐蝕速率，十分必要。國外開展了大量的內腐蝕預測研究，提出了電化學腐蝕與磨耗之間的協(xié)同效應等理論，已制定了干氣內腐蝕直接預測標準和凈化原油內腐蝕直接預測標準。國內在這方面起步較晚?！笆の濉逼陂g，863課題將開展油氣管道高強鋼內腐蝕壽命預測方法研究，將填補長輸管道內腐蝕預測技術的空白。2.6.2智能內檢測技術管道內檢測技術包括漏磁檢測、超聲檢測、渦流檢測以及電磁超聲檢測技術等。其中，漏磁檢測技術是應用最廣泛、最成熟的鐵磁性管道缺陷檢測技術。目前，國外90%以上管道內檢測設備采用漏磁檢測技術，該技術已趨于壟斷化，國外公司已不再單獨出售檢測設備，僅提供管道內檢測服務，且價格十分昂貴。我國的一些科研單位和研究機構已開展了該技術的相關理論和仿真方面的研究。目前，我國的管道內檢測技術已經進入實用化階段，但在裂紋和軸向缺陷檢測、內檢測器速度補償、缺陷準確識別和定位等方面，與發(fā)達國家相比尚有差距。2.6.3管體腐蝕外檢測技術管體腐蝕外檢測技術除了常規(guī)的無損檢測方法外，還包括一些新技術，如場圖像技術、磁力斷層攝影技術、PFC射線測厚技術、渦流檢測技術、CMOS缺陷成像技術、TOFD超聲波成像檢測技術、超聲相控陣超聲波成像技術等。近年來，逐漸發(fā)展到管道腐蝕形貌檢測技術。如荷蘭RTD公司生產的激光管線探測工具（LPIT）是一款采用激光技術直接檢測和測量管道腐蝕形貌的測量儀器，具有測量速度快、測量精度高的特點。該工具通過8個激光束來測量和繪制管線表面的腐蝕點；美國西南研究院研制了利用陣列渦流技術檢測腐蝕形貌的儀器，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技術的相關研究報道。2.7管道腐蝕監(jiān)測技術針對不同的腐蝕環(huán)境，人們研究了各種各樣的管道腐蝕監(jiān)測技術。早期的腐蝕監(jiān)測方法有監(jiān)測孔法、掛片失重法等。為了及時發(fā)現(xiàn)腐蝕造成的破壞，發(fā)展了現(xiàn)代監(jiān)測技術，如超聲波法、電阻法、電偶法、聲發(fā)射法、射線技術以及各種探針技術等。近年來又出現(xiàn)了許多新的監(jiān)測技術，如線性極化技術、交流阻抗技術、電感法、恒電量技術、電化學噪聲技術、場圖像技術、薄層活化技術、氫傳感器以及基于陣列電極的內腐蝕外監(jiān)測技術等。2.8管道變形監(jiān)測技術變形監(jiān)測評價技術是結構健康監(jiān)測技術在油氣管道中的應用。結構健康監(jiān)測指利用現(xiàn)場無損傷的監(jiān)測方式獲得結構內部信息，通過對包括結構響應在內的結構系統(tǒng)特性分析，達到檢測結構損傷或退化的目的。它涉及傳感技術、測試技術、信號分析、計算機技術、網絡通訊通信技術、模式識別等多個研究方向，可以分為三個階段。通過健康監(jiān)測系統(tǒng)的運行，可實時監(jiān)控結構的整體行為，對結構的損傷位置和程度進行診斷，并開展智能評估，并發(fā)出預警信號，為結構的維修、養(yǎng)護與管理決策提供依據(jù)和指導。目前，發(fā)達國家的結構健康監(jiān)測技術已經進入第三階段，而我國油氣管道變形監(jiān)測評價技術處于起步階段。3結束語管道輸送由于其成本低、效率高以及地域適應性強等優(yōu)點，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，管道腐蝕防護相關技術的應用需求也將隨之提高。通過對石油天然氣管道腐蝕防護相關技術研究進展的分析，對于油氣管道腐蝕防護，我國在基礎理論以及檢測方法研究和新技術應用等方面均開展了大量的、系統(tǒng)性的和關鍵性的重大科技攻關，相關科研成果已得到廣泛應用。（資助項目：“十二五”國家支撐計劃課題“基于風險的油氣管道事故預防關鍵技術研究”（編號：2011BAK06B01））參考文獻[1]張?zhí)靹?緩蝕劑[m].北京:化學工業(yè)出版社,2008.1[2]龐啟財.防腐蝕涂料涂裝和質量控制[m].北京:化學工業(yè)出版社,2