管道石油天然气腐蚀防护的相关技术研究进展.pdf

第 5 0卷第 1 期 2 0 1 3年 2月 化工设置与管道 P R O C E S S E Q U I P ME NTP I P I NG V_0 1 ． 5 0 No． 1 Fe b ． 2 0 1 3 管 道 与 管 件 管道石油天然气腐蚀防护的相关技术研究进展 何仁洋 ，唐鑫 ，赵雄 ，裴廷刚 1 ． 中国特种设备检测研究院压力管道事业部 ，北京1 0 0 0 1 3 ；2 ． 中石油塔里木油田公司，新疆 库尔勒8 4 1 0 0 0 摘要腐蚀是影响石油天然气管道可靠性和使 用寿命的关键 因素之一。近年来，石油天然气集输和长输 管道建设发展迅速，输送介质成分复杂、腐蚀性强，致使 管道腐蚀 问题 日益 突出。针对石油天然气长输 管道和集榆管道 内腐蚀和外腐蚀的特点 ，总结了相 关腐蚀防护技 术，并介 绍了腐蚀防护检测监测技术的 研 究进 展及 应 用现状 。 关键词石油天然气管道；腐蚀防护 ；内腐蚀 ；外腐蚀 ；检测；监测 中图分类号T Q 0 5 0 ． 9 ；T H 1 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 3 2 8 1 2 0 1 3 0 1 0 0 5 3 0 0 3 石油天然气管道简称油气管道，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 之一，是国民经济建设的重要基础设备和人民生活的 重要基础设施，在国民经济中占有极为重要的战略地 位，被称为国家重大生命线。据统计，我国现有油气 长输管道约 1 0 k m，集输管道约 3 ． 0 1 0 k m。近几 年国内将处于管道建设的高峰期， 至 “ 十二五”末期 ， 我国油气长输管道总长度将达到 1 ． 5 1 0 k m。 目前，我国油气 田的开发条件已 日益苛刻，川 渝气 田、大庆气田、塔里木油田和长庆油田等多处油 气 田开采出的石油天然气中腐蚀性介质的含量大大 增加。在含水情况下，H S 、C O 等腐蚀性介质将致 集输管道和长输管道首段面临更加严重的腐蚀形势。 例如，川东北地区发现的气 田群所储藏的天然气 中 H2 s含 量 为 8 ． 8 ％～ 1 7 ． 1 ％，C O 2 含量 为 0 ． 5 ％～ 1 0 ． 4 ％。 大庆油 田原油综合含水率达到 9 0 ％以上。塔里木油 田地表多为盐浸土，地下水和油田采出水为苦咸水， 具有高矿化度， c 1 一 、 F e 、 C O 含量高， p H值低等特点， 对金属的腐蚀性很强。 鉴于管道业的迅猛发展以及管道输送面临的严 重腐蚀形势，管道安全成为首要问题，而恰当的管道 防腐措施和可靠的防腐质量是保证管道安全的基础。 因此 ，对于石油天然气管道，采取有效的腐蚀防护控 制技术和腐蚀防护检测监测技术，十分紧迫。 1 油气管道腐蚀防护技术综述 石油天然气长输和集输管道的腐蚀形式可分为内 腐蚀和外腐蚀。针对石油天然气管道内腐蚀的机理和 特 ，目 前主要采用加注缓蚀剂 Ⅲ 、采用内涂层 。 或 内衬管等方法，或是将几种防护技术有机结合。外腐 蚀主要采用防腐层与阴极保护系统联合作用。 1 ． 1 内防腐技术 1 ． 1 ． 1 缓蚀剂技术 石油天然气管道防腐用缓蚀剂 的主要类别有 咪唑啉类、胺类 包括胺、亚胺、季胺、胺酰等 、 有机磷酸盐类、吗啉类、炔醇类等等。这些缓蚀剂的 共 同特点是其分子 的基本化学结构是由极性基与非 极性基所组成 。 1 ． 1 ． 2内涂层技术 经过几十年的应用发展，管道 内涂层的涂料生 产和施工技术已日趋成熟，我国也开展了大量的管道 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 面还存在一定的差距。目前，石油天然气管道防腐 蚀内涂层主要有环氧型、改进环氧型、环氧酚醛型、 聚氨酯型或尼龙等系列的涂层。 1 ． 1 ． 3 复合管技术 目前采用的复合管技术主要有玻璃钢内衬复合 管，双金属复合管和陶瓷内衬复合管道。玻璃钢内衬 复合管具有较好的防腐、防垢、 耐温、 抗蠕变等性能。 双金属复合管既大大提高了钢管的耐腐蚀性能，又保 留了钢管的机械强度。陶瓷内衬复合管具有 良好的耐 收稿日期2 0 1 2 0 9 ． 1 7 基金项目“ 十_-2 i ”国家科技支撑计划课题 2 0 1 I B A K 0 6 B 0 1 。 作者简介何仁洋 1 9 7 O 一 ，男，重庆人，研究员。研究方向 为压力管道完整性技术 。 化工设置与管道 第 5 0卷第 1 期 蚀、耐磨、耐高温及高强度等性能。 1 ． 2 外 防腐技术 外防腐技术主要包括防腐层和阴极保护。目前， 国内外常用的防腐层主要有环氧粉末、煤焦油瓷漆、 聚乙烯、环氧煤沥青和石油沥青；阴极保护方法主要 有牺牲阳极 、外加电流和排流保护。 2 油气管道腐蚀防护检测监测技术应用现状1 1 油气管道腐蚀防护检测监测技术包括环境腐蚀 性检测、外防腐层检测、阴极保护效果检测、环境应 力腐蚀开裂检测、管道本体腐蚀检测以及管道变形监 测技术等。 2 ． 1 环境腐蚀性检测 埋地油气管道的环境腐蚀主要包括土壤腐蚀和 杂散电流腐蚀。对于土壤腐蚀性检测，主要集中于确 定土壤腐蚀性的单项评价参数及其测量手段和建立 各种管材的土壤腐蚀模式与规律；对于杂散电流腐蚀 性工程检测，通常采用管道对地电位的偏移量或管道 附近土壤中的电位梯度来判断杂散电流的影响。在 “ 十二五 ”期间，国家 “ 油气管道用高强钢寿命预测 关键技术研究”课题 以下简称 8 6 3 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。 2 ． 2 外防腐层不开挖检测评价 外防腐层的破坏主要有破损和剥离两种形式。 外防腐层破损检测技术相对成熟，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 C I P S 、人体 电容 法 P e a r s o n 、直 流 电流 电压法 、 直流电位梯度法 D C VG等。目前研究的重点在于 防腐层剥离的检测评价。 2 。 3 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 测量和管道沿线电位分布。管地电位测量的关键在于 分析和消除 降误差，常用的方法是断电测量法和 近参比法。管道沿线阴极保护电位分布模式已有不少 国内外研究报道， 但相关理论尚需完善。在 “ 十二五” 期间，8 6 3 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。 2 ． 4 环境应力腐蚀开裂评价 环境应力腐蚀开裂 S C C 事故具有突发性，是 灾害最大的腐蚀形态之一。对土壤环境，目前可确 定的 S C C有高 p H值 S C C和近中性 p H值 S C C两种。 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土壤环境下的 S C C ，已经建 立起一套适合国外土壤环境的标准方法体系。国内 在效仿国外研究思路的基础上做了一定量的 S C C研 究，但对适合我国土壤环境 S C C研究方面尚需完善。 在 “ 十二五”期间，8 6 3 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。 2 ． 5 腐蚀防护系统综合评价 在腐蚀防护系统综合评价方面，发达国家已建 立了遥测和计算机管理等管道综合评价系统。该系统 除具有存储数据功能外，还具有分析判断管道腐蚀、 外防腐层老化、破损点、管体安全裕量等功能。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。 2 ． 6 管道本体腐蚀检测技术 管道本体腐蚀检测包括内腐蚀预测技术、智能 内检测技术以及管体腐蚀外检测技术三大类。国内外 在方法和检测仪器等方面进行了大量的研究和应用， 不断涌现出新的管体腐蚀检测技术。 2 ． 6 ． 1 内腐蚀预测技术 油气管道内腐蚀通常是局部腐蚀，虽然具有随 机性，但其分布存在一定的规律性，通常受输送介 质的腐蚀性、管件 的结构形状以及具体位置的流速、 流型等影响。因此，分析管道的冲蚀规律，确定管系 的最薄弱位置并预测管道的腐蚀速率 ，十分必要。 国外开展了大量的内腐蚀预测研究，提出了电 化学腐蚀与磨耗之间的协同效应等理论，已制定 了 干气 内腐蚀直接预测标准和净化原油 内腐蚀直接预 测标准。国内在这方面起步较晚，“ 十二五”期间， 8 6 3 课题将开展油气管道高强钢内腐蚀寿命预测方法 研究，将填补长输管道内腐蚀预测技术的空白。 2 ． 6 ． 2 智能内检测技术 管道内检测技术包括漏磁检测、超声检测、涡流 检测以及电磁超声检测技术等。其中，漏磁检测技术 是应用最广泛、最成熟的铁磁性管道缺陷检测技术。 目 前，国外 9 0 ％以上管道内检测设备采用漏磁检测技 术，该技术已趋于垄断化，国外公司已不再单独出售 检测设备，仅提供管道内检测服务，且价格十分昂贵。 我国的一些科研单位和研究机构已开展 了该技 术的相关理论和仿真方面的研究。目前，我国的管道 内检测技术已经进入实用化阶段，但在裂纹和轴向缺 陷检测、内检测器速度补偿、缺陷准确识别和定位等 方面，与发达国家相比尚有差距。 2 ． 6 ． 3 管体腐蚀外检测技术 管体腐蚀外检测技术除了常规的无损检测方法 外，还包括一些新技术，如场图像技术、磁力断层摄 影技术、P F C射线测厚技术、涡流检测技术、C MOS 2 0 1 3年 2月 何仁洋，等 ． 管道石油天然气腐蚀防护的相关技术研究进展 5 5 缺陷成像技术、T O F D超声波成像检测技术、超声相 控阵超声波成像技术等。近年来，逐渐发展到管道 腐蚀形貌检测技术，如荷兰 R T D公司生产的激光管 线探测工具 L P I T 是一款采用激光技术直接检测 和测量管道腐蚀形貌的测量仪器，具有测量速度快、 测量精度高的特点，该工具通过 8 个激光束来测量和 绘制管线表面的腐蚀点；美国西南研究院研制了利用 阵列涡流技术检测腐蚀形貌的仪器，该仪器利用涡流 探头阵列，根据管壁表面提离距离的不同，来确定腐 蚀深度。目前，我国尚没有管道腐蚀形貌检测技术的 相关研究报道。 2 ． 7 管道腐蚀监测技术 针对不同的腐蚀环境，人们研究了各种各样的 管道腐蚀监测技术 。早期 的腐蚀监测方法有监测孑 L 法、挂片失重法等。为了及时发现腐蚀造成的破坏， 发展了现代监测技术， 如超声波法、电阻法、电偶法、 声发射法、射线技术以及各种探针技术等。近年来又 出现了许多新 的监测技术，如线性极化技术、交流 阻抗技术、电感法、恒电量技术、电化学噪声技术、 场图像技术、薄层活化技术、氢传感器以及基于阵列 电极的内腐蚀外监测技术等。 2 ． 8 管道变形监测技术 变形监i 见 4 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，并开展智能评估 ，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 。 3 结束语 管道输送由于其成本低、效率高以及地域适应 性强等优点，必将得到迅猛发展，而管道安全保障的 需求也将 日益增强，管道腐蚀防护相关技术的应用 需求也将随之提高。通过对石油天然气管道腐蚀防护 相关技术研究进展的分析，对于油气管道腐蚀防护， 我国在基础理论以及检测方法研究和新技术应用等 方面均开展了大量的、系统性的和关键性的重大科技 攻关，相关科研成果已得到广泛应用。 参 考 文 献 [ i] 张天胜 ． 缓蚀剂 [ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． 【 2】 庞启财 ． 防腐蚀涂料涂装和质量控制 [ M】 ． 北京 化学工业出 版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 】 林安 ， 周苗银 ． 功能性防腐蚀涂料及应用 【 M】 ． 北京 化学工 业出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 4] 何仁洋 ， 修长征 ， 盂涛 ． 油气管道检测与评价 [ M] ． 北京 中 国石化出版社 。 2 0 1 0 ． [ 5 ] 帅健 ， 何仁洋 ， 陈福来 ． 国内外压力管道完整性检测评价标 准法规比 较手册 【 M] ． 北京 中国标准出版社 ， 2 0 0 9 ． Re s e a r c h Pr o g r e s s o f Co r r o s i o n Pr o t e c t i o n Te c h n o l o g y f o r Oi l a n d Na t u r a l Ga s Pi p e l i n e H E Re n- ya ng’ ，TANG Xi n ， ZHAO Xi o ng ，PEI Ti ng ． g a ng r 1 ． C h i n aS p e c i a l E q u i p me n t I n s p e c t i o n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e P r e s s u r e P ip e l i n e De p a r t m e n t , B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 C h i n a ； 2 ． P e t r o C h i n a T a r i m Oi lfi e l d C o m p a n y , K u e r l e 8 4 1 0 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t Co r r o s i o n i s o n e o f t h e k e y f a c t o r s t o i mp a c t o n p e t r o l e u m a n d n a t u r a l g a s p i p e l i n e r e l i a b i l i t y a n d t h e s e r v i c e l i f e ． Re c e n t l y , o i l a n d n a t u r a l g a s g a t h e rin g and t r ans p o r t a t i o n p i p e l i n e c o n s t r u c t i o n i s b e i n g d e v e l o p e d r a p i d l y ． Ho we v e r , t h e c o n v e y i n g me d i u m h a s c o mp l e x c o mp o s i t i o n and s t r o n g c o r r o s i o n ， wh i c h r e s u l t i n t h a t t h e p i p e l i n e c o r r o s i o n b e c o mi n g i n c r e a s i n g l y p r o mi n e n t ． I n t h i s p a p e r , t h e r e l a t e d c o r r o s i o n p r o t e c t i o n t e c h n o l o g y wi t h r e s p e c t t o t h e p e t r o l e u m an d n a t u r a l g a s p i p e l i n e ， i n t e rna l c o rro s i o n an d o u t e r c o rro s i o n c h a r a c t e ri s t i c s we r e s u mma riz e d ， a n d t h e c o rro s i o n p r o t e c t i o n d e t e c t i o n a n d mo n i t o r i n g t e c hn o l o g y r e s e a r c h p r o g r e s s a n d a p p l i c a t i o n s t a tus we r e i n t r o d u c e d ． Ke y wo r d s o i l an d g a s p i p e l i n e ；c o rro s i o n p r o t e c t i o n ；i n t e r n a l c o r r o s i o n ；e x t e rn a l c o rro s i o n ；i n s p e c t i o n ；mo n i t o r i n g