长输管道腐蚀及检测技术

长输管道腐蚀及检测技术

鲍婷婷

中国石化管道储运有限公司邹城输油处临邑输油站山东德州 251500

摘要：随着国民经济的快速发展，中国已成为石油和天然气的主要生产国和消费国。管道运输作为油气长距离运输的主要方式，以其效率高、损失小而受到越来越多的关注。

关键词：天然气长输管道；腐蚀机理；检测方法；

为了进一步做好天然气长输管道的防腐工作，保证管道输送的安全性和可靠性，对不同地理环境下埋地管道的腐蚀机理及腐蚀原因进行了分析，并针对不同的腐蚀机理给出了相应的检测方法。

一、分析长输管道腐蚀

1．外部土壤腐蚀。国际上控制土壤对埋地钢质管道腐蚀的通用办法是采用外防腐蚀绝缘涂层和阴极保护联合防护的措施。其中外防腐蚀涂层是主要防腐蚀手段，阴极保护作为涂层防腐蚀的补充。外防腐蚀涂层多选用环氧煤沥青、石油沥青、熔结环氧、煤焦油瓷漆、二层PE或三层PE。因此，外部土壤的腐蚀包括土壤对外防腐蚀层非金属的腐蚀和土壤对外防腐蚀层失效处金属管道的腐蚀。

2.内腐蚀原理分析。（1）管道内的游离水和高气相流速。由于压力降的作用，天然气管道中的饱和天然气，会出现自由液相。这种高气液比使得管道内出现两种流型：一是环状流；二是层流。其中，当气液比相对较高时，会形成环状流，特点是液膜涂覆于管壁上，气体向前对小液滴进行卷吸。当气液比较低时，出现层流现象，此时液相的运动发生于管道下部，而气相的运动发生于上部。另外，当气体流速增加时，冲蚀能力也随之增加，即腐蚀速率与气体流速成正比。（2）杂质气体及温度和压力。首先天然气管道中除了天然气之外，还存在部分杂质气体，如CO2、SO2、H2S和水蒸气等，而水蒸气受温度和压力的影响，在流管中会冷凝变成液态水，所形成的液态水与CO2及SO2结合会形成碳酸（H2CO3）与亚硫酸（H2SO3）等酸性液体，严重腐蚀管道。

二、管道腐蚀检测技术

1.埋地管道外腐蚀检测技术。天然气埋地钢质管道采用外防腐层和阴极保护系统组成的联合腐蚀防护系统。因此，外防腐层至关重要，若防腐层失效则管体就会发生腐蚀。防腐层在制作和施工过程中会不可避免地出现缺陷损伤，防腐管道埋入地下后，更是受到环境、土壤等各方面的影响，使防腐层产生老化、龟裂和剥离等现象，严重影响了天然气管道的使用寿命。相关统计结果表明，天然气管道90%以上的腐蚀都是由于防腐层的破损所致，因此对天然气管道防腐层破损的检修是非常重要的。（1）电流电位检测法。电流电位检测法是将饱和硫酸铜作为参比电极，利用数字万用表对保护电位和自然电位进行测量的一种方法。（2）密间隔电位检测法。密间隔电位检测法（CIPS）是评价阴极保护系统能否达到有效保护的首选方法之一。与电流电位检测法相比，用数据采集器代替常规的万用表。其检测基本原理是采集器的一端通过电缆与管道测试桩连接，另一端连接参比电极，每隔1～3 m测量并采集埋地管道的管道电位。（3）人体大地电容检测法。人体大地电容检测法是给待测管道施加一个1 000 Hz左右的交变电流，使其沿管道方向传播，在管道周围产生一个交变磁场。利用此磁场使用带有天线的探测仪准确探测管道的位置、走向、分支等；若管道外防腐层存在缺陷，则会向土壤泄露电流，电流经过大地回流到接地点，在缺陷处就会形成一个以缺陷点为中心的交变电场，该交变电场呈指数衰减。若两个测试人员站在交变电场内，则每个人具有一定的交变电位，检漏仪检测出两个人体间的电位差，若一个人站在缺陷中心，另一个人站在管道侧面或无缺陷的管道上方时，仪器所接收的信号幅值最大，从而确定缺陷的准确位置。（4）直流电压梯度检测法。直流电压梯度检测法（DCVG）是将特定频率的电流信号施加于检测管道，若管道防腐层有破损点，此处就会有信号电流流出。在土壤电阻的作用下，该电流在破损点与周围大地之间产生电压梯度，通过检测电压梯度便可确定天然气管道防腐层破损点的位置和程度。(5)多频管中电流检测法。多频管中电流检测法（PCM）又称电流衰减法，即主要测量管道中电流衰减的梯度。管道外防腐层的整体状况一般通过外防腐层电阻率、电流衰减率、破损点分布等进行评估。（6）交流电压梯度检测法（ACVG）。采用多频管中电流检测法（PCM）与A字架配合使用，通过测量土壤中交流地电位梯度的变化，可以查找和准确定位埋地管道防腐层的破损点。（7）变频选频检测法。变频选频检测法的优点是测量时无需断开阴极保护电源，测量管道的距离长，且测量结果不会受管段分支或绝缘法兰的影响。

2.管道内腐蚀监测技术。管道内腐蚀会造成天然气管道系统严重老化，从而导致管道泄漏，结构强度降低，使得整个输气系统的完整性、安全性和经济性均受到严重影响。对天然气管道事故的统计结果表明，管道内腐蚀引起的事故约占15%。因此，对管道内腐蚀情况的预测和评估是十分必要的。但是，由于天然气埋地管道的结构特殊，检测工具不容易进入到管道内部，使得内腐蚀的检测难度很大。目前检测埋地管道内腐蚀的方法主要有超声波法、漏磁通法、电视测量法和涡流检测法、智能球等。其中，电视测量法必须与其他方法配合使用才能得到较为准确的检测结果，使得应用受到一定的限制；涡流检测法适用于有色金属和黑色金属管道，可检测局部的、全面的腐蚀、裂纹和孔蚀等，但穿透铁磁材料的能力很弱，只能用来检查管道表面的腐蚀。另外，如果腐蚀产物存在磁性垢层，对检测结果会产生较大的影响。因此，国内外普遍采用的检测管道内腐蚀方法有超声波检测法、漏磁通检测法、清管检测法、智能球等。（1）超声波检测法。超声波检测法是利用脉冲发射时间间隔来测量管壁受蚀后的厚度。测量过程中，探头需要依次对管内外壁的反射波进行接收，再根据计算结果得到管壁厚度。该方法的检测原理简单，不易受管道材料和壁厚的影响，且管道的变形和内外壁腐蚀均可被检测出，是管道腐蚀缺陷位置和深度的直接检测方法。由于检测数据简单准确无需校验，超声波法可以用来计算管道最大允许输送压力，可为管道维修方案和适用期限的确定提供方便。（2）漏磁通检测法。漏磁通检测法的基本原理在于铁磁材料具有高磁导率，在外磁场作用下埋地钢管被磁化，钢管的磁导率要远大于因腐蚀产生缺陷处的磁导率。因此，当钢管内部无缺陷时，磁力线通过钢管均匀分布；当存在缺陷时，磁力线有一部分泄漏出钢管表面，发生弯曲。该方法可以检验各种中小型管道管壁的缺陷，优点是不易产生漏检且不需要耦合剂，缺点是检测范围较窄（仅限于材料表面和近表面区域），且管壁不宜太厚（壁厚≤12 mm），空间分辨力低，易受外在因素干扰。（3）清管检测法。智能清管器是一种结合录像观察仪器利用超声波、声发射等原理进行无损探伤的设备。常用的智能清管器有漏磁法智能清管器、超声波智能清管器等。该类清管器通常设置有200~300个探头，可以清晰检测到管道内外的腐蚀状况以及由机械造成的损伤，并能判定损害的程度和位置。漏磁法智能清管器可用于检测管道的腐蚀坑、管壁的腐蚀减薄量以及环向裂纹，但不能完全检测又深又细的轴向裂纹。超声波智能清管器可用于检测管道的金属损伤、应力腐蚀开裂、防腐层剥离和机械损伤等缺陷。

总之。长输天然气管道防腐工作的好坏直接关系到天然气输送的安全性、可靠性以及管道的使用寿命。了解管道的腐蚀机理，选择合适的腐蚀检测技术至关重要。分析管道所敷设地区的地理环境，并对腐蚀机理或腐蚀原因做出基本判断，然后根据不同的腐蚀机理选择不同的检测方法。

参考文献：

[1]赵斌.天然气管道腐蚀监测.2018.

[2]刘宏.浅谈长输管道腐蚀及检测技术.2019.