长输油气管道外腐蚀缺陷修复技术对比研究.pdf

长输油气管道外腐蚀缺陷修复技术对比研究 余国健 中国石油西部管道分公司，新疆乌鲁木齐8 3 0 0 1 2 摘要金属管道材料与周围介质发生化学、电化学或物理作用成为金属化合物，造成管道金属体受 损，甚者可能造成管道穿孔，使油气发生泄漏，影响正常输油气生产，造成环境污染等事故。文中介绍 了长输油气管线外腐蚀类型，对外腐蚀缺陷的定义及现行的输油气管道外腐蚀缺陷修复的主要技术做 了说明，对各种修复技术的优缺点做了比较，以表格的形式对不同的外腐蚀缺陷类型的修复方法做了 汇总，并通过实例说明了部分方法在管线外腐蚀缺陷修复中的应用。 关键词管道；外腐蚀；缺陷；修复 中图分类号T E 8文献标识码B 文章编号1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 3 0 1 ～0 0 3 5 0 3 C o m p a r a t i v eS t u d yo fR e p a i rT e c h n o l o g yf o rE x t e r n a l C o r r o s i o nD e f e c t so fL o n gD i s t a n c eT r a n s p o r t a t i o nP i p e l i n e s Y UG u o - j i a n P e t r o C h i n aW e s tP i p e l i n eC o m p a n y ，U r u m q i8 3 ∞1 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h em a t e r i a lo fm e t a l l i cp i p e l i n e s ，w h i c hm a yh a v ec h e m i c a l ，e l e c t r o c h e m i c a lo rp h y s i c a la c t i o n so nt h em e d i aa - r o u n d ，m a yg i v e sr i s et om e t a ld a m a g e ，e v e nt oc o r r o s i o np e r f o r a t i o n ，w h i c hC a l ll e a dt ol e a k a g ea sq u i t ear i s kt ot h en o r m a lp r o - d u c t i o na n da l s ot ot h ee n v i r o n m e n t ．T h i sp a p e rb r i e f l yi n t r o d u c e st h em a i nt y p e so fe x t e r n a lc o r r o s i o no fl o n gd i s t a n c et r a n s p o r t a - t i o np i p e l i n e s ．T h em a i nt e c h n o l o g yf o re x t e r n a lc o r r o s i o nd e f e c t sr e p a i ri sr e s p e c t i v e l yi n t r o d u c e di n d e t a i lw h e nt h e i rs t r e n g t h a n dw e s J 【n e s sa r ec o m p a r e dm e a s u I e sf o re x t e r n a lc o r r o s i o nd e f o c t sm e n d i n ga r ei n t e g r a t e di naf o r mw h i c hi sm o r ec l e a r l yu n d e r - s t o o d ．A ne x a m p l ei sg i v e nt oi l l u s t r a t es o m em e a s u l - e st ob et a k e nf o rc o r r o s i o nd e f e c t sm e n d i n g ． K e yw o r d s p i p e l i n e ；e x t e r n a lc o r r o s i o n ；d e f e c t ；r e p a i r 0 引言 管道运输具有低成本、高效、益于优化管理、降低 运输损耗和风险等优势而被世界各国广泛接受⋯，并 大量应用于广大内陆地区的油气调配输送。然而，随 着长输油气管线运行时间的增加，金属管道材料与周 围介质发生化学、电化学或物理作用成为金属化合 物，造成管道金属体受损，管线状况逐渐恶化失效，甚 者可能造成管道穿孔，使油品发生泄漏，影响正常输 油生产，造成环境污染等事故。 目前，国内管线里程大幅增加，长输油气管道敷 设穿越地区地质地貌环境错综复杂，部分在役管线运 行时间较长，金属材料受损老化，外腐蚀极为严重。 因此，采取有效的修复措施，以应对有可能出现的腐 蚀穿孔泄漏或断裂的情况尤为重要。 1 输油气管道外腐蚀类型 输油气管道外腐蚀根据腐蚀程度可分为一般腐 收稿日期2 0 1 2 0 2 1 6收修改稿日期2 0 1 2 0 8 2 1 蚀、深度腐蚀、大面积腐蚀等；根据破坏形态可以分为 全面腐蚀和局部腐蚀1 。 全面腐蚀是一种常见的腐蚀形态，包括均匀全面 腐蚀和不均匀全面腐蚀。全面腐蚀的结果是使金属 变薄，最后的破坏是使结构穿孔或发生类似于超载引 起的破坏。发生全面腐蚀的管线，当管线剩余壁厚小 于最大允许操作压力规定的壁厚时，需更换或根据实 际剩余壁厚适当调整管线运行压力。 局部腐蚀又可分为孔蚀、缝隙腐蚀及氢致开裂 等，最常见的是孔蚀。孔蚀又称点蚀，是指腐蚀集中 于金属表面很小范围内，并深入到金属内部的孔状腐 蚀形态。当局部点蚀达到一定程度时，管线可能会发 生泄漏，必须采取措施进行修复或根据腐蚀点剩余壁 厚适当调整管线运行压力。 2 外腐蚀缺陷修复分类 2 ．1 外腐蚀缺陷定义 输油气管道外腐蚀缺陷指最小剩余壁厚小于0 ．9 万方数据 3 6 P i p e l i n eT e c h n i q u ea n dE q u i p m e n t J a n ．2 0 1 3 倍公称壁厚的管道处腐蚀造成的金属损失旧1 。对于 外腐蚀引起的金属损失，应评价其对管道完整性的影 响，以确定是否应进行修复。 2 ．2 外腐蚀缺陷修复分类 根据管道缺陷情况或发生泄漏时管道运行条件， 可将长输油气管道外腐蚀缺陷修复分为临时性修复 和永久性修复两种。 针对可控泄漏或不具备永久性修复条件时的缺 陷应对措施称为临时性修复，而将管道缺陷修复成同 管道主体寿命相同的应对措施则为永久性修复”J 。 3 输油气管道外腐蚀缺陷修复方法 长输油气管线运行年限偏长或受特殊地理环境 影响的情况下，会因腐蚀导致各种各样的缺陷，而这 些缺陷是造成事故的重大危险源。根据管线缺陷和 是否发生泄漏，将采取不同的抢修方法，包括打磨法、 补焊法、补板法、复合材料修复法、钢套筒修复法、环 氧填充套管修复法、夹具修复法及针孔堵漏修复法、 换管法等。 3 ．1 打磨法 打磨法即使用专用工具去除缺陷金属，且保证打 磨后形成的局部金属损失可以接受的一种修复方法。 对于深度不大于0 ．1 2 5t 且无损检测表明已消除了应 力集中的点腐蚀和面腐蚀缺陷，可使用打磨方法进行 修复。t 为公称壁厚。 3 ．2 补焊法 外腐蚀造成的管道外壁金属损失，可用沉积焊接 的方式进行修复，这种方法适用于点蚀或小面积均匀 腐蚀，操作比较简便，但对管材与焊材的质量以及焊 接技术要求较高，且具有氢致开裂、焊穿、管线爆裂的 风险。补焊前应进行无损检测，确保管道缺陷处最小 剩余壁厚不小于3 ．2m m ． 3 ．3 补板法 补板法即在管体上焊接疤片或护板的方式对深 度腐蚀缺陷或泄漏进行修复的一种方法，如图1 所 示。 图1 补板修复法 该方法可以永久修复管道腐蚀缺陷，对于低压管 线，其修复效果与钢制套筒等同，但由于修补件对装 配缺陷极其敏感，因此该方法不适合用于高压管线上 的泄漏修补，半缀片与疤片也不宜用于高应力管线上 的缺陷修复。 3 ．4 复合材料修复法 复合材料修复法可用于永久修复管道未泄漏缺 陷，具体方法是将玻璃纤维增强聚酯 G R P 或碳纤维 C F R P 等强化物质的聚酯、乙烯酯或环氧基材料等 涂敷在缺陷部位，在管体和纤维材料层间用强力胶一 起构成复合修复层，将作用管道损伤部位的应力均匀 地传递到缠绕在其上的复合材料修复层上，从而提高 管体的抗拉与抗压能力，使缺陷部位管道承担的应力 始终处于安全极限之下，并控制缺陷的继续发展，该 方法具有修复灵活、时间短、费用低、方法简单及补强 效果强等优点。复合材料修复技术主要有预成型法 和湿缠绕法。图2 为c l o c k s p r i n g 复合材料修复产品的 结构示意图M o 。 复合材料修复层 管道 管道缺陷部位 图2 复合材料修复结构图 3 ．5 钢套筒修复法 钢套筒修复法即根据管体减薄处在内压作用下 的径向应力增大，利用全封闭钢质套筒恢复管璧缺陷 处的承压强度，使其不能因达到塑性变形极限而破裂 的一种方法。套筒分A 型与B 型两种，A 型套筒可用 于较短的缺陷管段修复，操作简单，不需要对管体做 严格的无损检测，B 型套筒的末端与管道本体需做末 端焊接，可以承压，也可以用于泄漏修复。由于目前 国内长输油气管线多为螺旋焊缝，很难保证套筒与管 体之间的紧密结合，因此在外腐蚀缺陷修复中，A 型套 筒的使用相对较少。 如图3 所示，B 型套筒为一对半圆形护板，护板以 直焊缝对接，套筒末端与管道焊接。套筒能承受内压 和提高管道的轴向承压能力，可用于永久性修复腐蚀 泄漏缺陷或最终会发展成泄漏的缺陷，该方法具有一 致性高、补强效果好、适用范围广等特点，但需降压或 停输焊接，对于制管焊缝上的缺陷，使用套筒只能作 为临时修复方法。 万方数据 第1 期余国健长输油气管道外腐蚀缺陷修复技术对比研究 3 7 图3 钢制B 型套筒修复示意图 3 ．6 环氧填充套管修复法 环氧填充套管法适用于永久性修复局部腐蚀且 未造成泄漏的缺陷。具体做法为先将缺陷部位进行 除锈、喷砂处理，再装上钢制套管，进行直缝焊接，固 定螺栓确保钢套管与管段同心，用固化材料在套筒两 侧做适当密封，然后在套管与管道之间注入环氧树 脂，进行长时间固化处理，从而使利用环氧树脂把缺 陷部位的载荷或应力转移到钢制套筒上。图4 、图5 为环氧套筒修复法示意图。该方法具有无需停输、适 用范围广、补强效果好、后续工序简单的特点，但装配 难度较大，费用较高。 缺陷管段 快速固化树脂 钢制套管 环氧树脂 图4环氧套简修复法剖面示意图 ∥ 痧， a 钢制套管对接焊接 b 修复完成 图5 环氧套筒修复法效果示意图 3 ．7 夹具修复法 夹具修复法主要用于管道腐蚀泄漏或局部深度 腐蚀缺陷的修复。如图6 所示，使用的高压堵漏夹具 由剖开式的2 个半圆部分构成，半圆之间由螺栓结合， 夹具两侧带有密封环，紧固螺栓后，密封环可以起到 抗压密封的作用，夹具末端与管线焊接，可永久性修 复局部腐蚀泄漏或有可能发展成泄漏的深度腐蚀缺 陷，不推荐用于均匀腐蚀缺陷修复。 3 ．8 针孔堵漏修复法 针孔堵漏修复法是采用简单轻便的堵漏卡箍对 独立腐蚀泄漏点进行堵漏修复的一种方法。卡箍由 相对较轻的金属板条组成，将它置于管子上，在底部 图6 鬲压堵漏夹具 插入紧固螺栓并固定好，使用导向销定位并引导锥形 堵漏顶头到泄漏点孔上，拧紧接合螺栓和螺母，即完 成密封，如图7 所示。该方法具有费用低、快速定位漏 点、安装操作简便、消除强腐蚀管线上安装的风险及 可根据泄漏孔径和管径灵活设计适用夹具等优点，但 该方法一般只作为临时性的应急修复措施，在暂不具 备停输条件的泄漏抢险中作用突出。 墓。 甜1 ’广 图7 针孔式堵漏夹具 3 ．9 换管法 当管线发生大面积腐蚀或长距离腐蚀缺陷时，有 可能影响介质输送甚至会造成管线断裂情况，必须采 取换管法。换管修复法包括开孔、封堵、旁通、排油 气 ，断管及换管等环节，必要时必须实现不停输封 堵换管。该方法可以永久修复腐蚀缺陷，但动用较多 的重型设备，工程费用高昂，且施工复杂，耗费时间较 长，对生产影响很大，成本较高。 4 外腐蚀缺陷修复方法汇总 针对输油气外管线腐蚀缺陷坑深或腐蚀泄漏缺 陷，结合现场不同的工况条件，确定是否可采取上述 方法进行永久修复或临时修复。表1 中对不同外腐蚀 坑深与泄漏情况对应不同的修复方法做了汇总。 5 应用实例 北疆某成品油泵站站内管线公称壁厚7m m ，设计 运行压力6 ．4M P a ，管线运行压力2M P a ，管线运行年 限较长，外腐蚀严重，管线大面积腐蚀致回油管线部 分管段壁厚仅余1 ～2m m ，且管线底部存在腐蚀漏点， 需要紧急处理。 下转第5 2 页 ＼IJJr U 移 万方数据 5 2 P i p e l i n eT e c h n i q u ea n dE q u i p m e n t 1 管道与外界的电绝缘是实施阴极保护系统的 先决条件，涂层降低了阴极保护所需的电流，而且提 高了电流分散能力； 2 管道防腐层破损点不可避免，如不实施阴极 保护，那么腐蚀穿孔是必然的，阴极保护防止涂层孔 隙和损伤处外露金属发生腐蚀； 3 防腐涂层是对埋地管道外壁的全面保护，主 要是针对均匀腐蚀而言，阴极保护则主要以点保护为 主，针对防腐涂层的破损处； 4 涂层破损位置具有不确定性，给防腐涂层及 时准确修补工作带来困难，将整条管道都置于阴极保 护的保护范围内，采用防腐涂层和阴极保护的双重保 护措施，实现长期、有效的管道保护。 4 结束语 管道防腐蚀技术是保证管道运输正常进行的重 要措施。因此，必须加强用于外防腐涂层和内涂层的 新材料开发，以及新设备、新技术的研究，以满足天然 气管道建设的要求。及时总结管道防腐技术的应用 状况，对于掌握国内外先进技术，指导实际应用有着 重要的意义。 参考文献 [ 1 ]王朝晖，李旭光．管道阴极保护的探讨．管道技术与设备， 2 0 0 4 1 3 5 3 8 ． [ 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卡，夹具内壁加装耐油耐压橡胶，以缓冲金属箍板对 强腐蚀管壁的压力，避免修复过程中管体的二次损 伤，修复过程中设备操作灵活，在短时间内完成漏点 堵漏处理。 6 结束语 目前，管道行业正处于发展期，管道腐蚀已经成 为造成管道缺陷或泄漏的重大原因之一，根据不同的 外腐蚀缺陷类型，结合现场条件，可采取相应不同的 修复方法对缺陷进行及时修复，避免更大的经济损 失。 参考文献 [ 1 ] 袁方．成品油管道输送的优势及发展．石油库与加油站， 2 0 0 6 1 5 3 7 ． [ 2 ] 彭星煜，张鹏，陈利琼，等．天然气管道外腐蚀失效维抢修 流程．石油化工腐蚀与防护，2 0 0 7 2 4 5 0 - 5 1 ． [ 3 ] Q ／S YG D 0 1 9 2 - - 2 0 0 9 油气钢质管道管体缺陷修复规 范． [ 4 ]姜世强，韩兴平．在役长输管道腐蚀后修复技术研究 [ E B ／O L ] ．[ 2 0 1 1 0 3 2 2 ] ．h n p ／／w e n k u ．b a i d u ．c o r n ／ v i e w ／d 5 c b d 0 2 9 4 b 7 3 f 2 4 2 3 3 6 c 5 f l x l ．h t m l ． 作者简介余国健 1 9 8 2 一 ，工程师，从事管道维抢修技术管理 工作。 万方数据 长输油气管道外腐蚀缺陷修复技术对比研究长输油气管道外腐蚀缺陷修复技术对比研究 作者余国健， YU Guo-jian 作者单位中国石油西部管道分公司,新疆乌鲁木齐,830012 刊名 管道技术与设备 英文刊名Pipeline Technology and Equipment 年，卷期20131 被引用次数2次 参考文献4条参考文献4条 1.袁方 成品油管道输送的优势及发展[期刊论文]-石油库与加油站 20064 2.彭星煜,张鹏,陈利琼,胡亚梅 天然气管道外腐蚀失效维抢修流程[期刊论文]-石油化工腐蚀与防护 20071 3.油气钢质管道管体缺陷修复规范 4.姜世强;韩兴平 在役长输管道腐蚀后修复技术研究 2011 引证文献1条引证文献1条 1.王浩宇 输油气卫星通信技术在输油气管道运输中的作用解析[期刊论文]-中国科技纵横 201316 引用本文格式余国健.YU Guo-jian 长输油气管道外腐蚀缺陷修复技术对比研究[期刊论文]-管道技术与设备 20131