海底管道外防腐檢測技術淺析

曲杰，王志濤，倪劍，唐建華，張亞

（1.中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300459；2.中國石油集團工程技術研究院，天津 300451；3.中國石油大學（華東），山東 青島 266580）

海底管道外防腐檢測技術淺析

曲杰1，王志濤2，倪劍1，唐建華1，張亞3

（1.中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300459；2.中國石油集團工程技術研究院，天津 300451；3.中國石油大學（華東），山東 青島 266580）

油氣輸送管道的外防腐設計主要包括防腐涂層和犧牲陽極兩種方式，在管道服役期間為了確保其良好的工作狀況，需要對其進行定期檢測。目前，陸地管道外防腐檢測技術比較成熟，并得到廣泛應用，但對于處于特殊敷設環境的海底管道來說，對檢測技術提出了更高的要求。重點闡述了海底管道外防腐檢測技術的發展和應用現狀，尤其是對于掩埋在海底的管道設施，該技術具有廣泛的推廣和應用前景。

海底管道；陰極保護；防腐涂層；犧牲陽極；檢測技術

海底管道常用的外部腐蝕控制措施主要是防腐涂層加犧牲陽極。防腐涂層的主要作用是物理阻隔作用，將管道金屬基體與外界環境隔離，從而避免金屬與海水環境的作用。但是兩種情況下會導致金屬腐蝕的發生。一是防腐層本身存在缺陷，有漏點的存在；二是在運輸、鋪設和運行過程中防腐層遭到破壞，失去了防護作用，致使金屬暴露于海洋腐蝕環境中。這些缺陷的存在導致大陰極小陽極的現象，使得涂層破損處腐蝕加速。犧牲陽極是電化學保護技術的一種，其原理是向被腐蝕的鋼管表面施加一個外加電流，鋼管表面成為陰極，從而抑制了金屬腐蝕發生的電子遷移，避免或減弱了腐蝕的發生。目前海底管道采用犧牲陽極焊接手鐲式，但是在安裝和施工過程中，陽極與管道的電連接是否能形成回路，是犧牲陽極正常工作的前提條件。另外，犧牲陽極的設計壽命不足或管道延壽都會導致陽極消耗后過早的失去作用。如何對運行期間海底管道的外防腐狀況進行檢測，確保其良好的工作狀態，是預防管道外部腐蝕產生和泄漏發生的關鍵。

1 國內技術應用現狀

目前國內對海底管道外部檢測技術主要是采用聲學調查設備對管道的路由位置、埋設狀況及周邊地形地貌進行定期檢測，無法判斷管道的外防腐系統保護狀況。南海一些深水管道由于采用非掩埋設計，水下能見度較高，通常采用潛水員或ROV對位于海床面管道上的犧牲陽極進行定期抽檢，來了解和掌握海底管道陽極的工作狀態。海底管道犧牲陽極檢測技術包括外觀檢查和電位測量。

陽極的外觀檢查包括以下幾方面：（1）犧牲陽極的安裝情況；（2）犧牲陽極的消耗情況；（3）犧牲陽極的電連接情況；（4）犧牲陽極附著海生物情況。對犧牲陽極表面清理后還應檢查表面是否發生部分鈍化、是否遭受不規則的腐蝕以及海生物的影響。對選定的犧牲陽極進行電位測量，主要是檢查陽極是否在設計消耗范圍內，陽極的鈍化和海生物的附著都會導致陽極保護電位超出正常范圍。

目前，國內海底管道犧牲陽極檢測技術僅局限于非埋設的海底管道設施，但是對于掩埋的海底管道來說，傳統的接觸式檢測技術受陽極查找困難，開挖成本高，以及水下能見度的影響無法有效開展，一直以來處于檢測的盲區，而且通過近年的海底管道內檢測數據分析，有些海底管道確實存在不同程度的外部腐蝕，主要是由于防腐層和犧牲陽極失效所導致。如何對掩埋的海底管道外防腐狀況進行檢測，是當前亟需解決的技術問題。

2 國內外新技術發展情況

國外在海底管道安全檢測技術方面起步較早，有很多技術值得我們學習和借鑒，除傳統的接觸式海底管道陽極檢測技術外，一些新的管道外防腐檢測技術也成功的應用到海洋領域，如金屬磁記憶法、電位分布測量法和電場梯度測量法等。

2.1 金屬磁記憶法

金屬磁記憶法由俄羅斯杜波夫教授在20世紀90年代初提出，他用磁力檢測計對鐵磁構件的表面應力集中進行了檢測，通過實驗對比結果，總結出磁記憶的產生是金屬磁現象物理本質和材料位錯過程導致的。通過磁記憶檢測可以發現缺陷甚至材料組織的不均勻性。對于管道而言，也就是說管道的缺陷（制造缺陷、焊接缺陷、機械缺陷和腐蝕缺陷等）會引起管道應力局部增大，導致該位置磁特性發生相應變化現象，這種變化通過磁力計可以探測到。

該技術目前在陸地管道得到了推廣和應用，國外也有海底管道應用的案例，但是公開信息不多。2013年中海油能源發展裝備技術有限公司在中海油海底管道檢測技術驗證評價中心進行了水下金屬磁記憶檢測技術的試驗，獲得了成功，2014年該技術成功應用于渤海某條海底管道機械缺陷的檢測，為國內海底管道非接觸式檢測技術的推廣奠定了基礎。但是對于海底管道腐蝕缺陷的檢測，該技術是通過發現已經發生腐蝕缺陷的海底管道來間接評價外防腐系統的完整性和可靠性，無法對管道的防腐涂層和犧牲陽極的狀況進行直接檢測和評價。

2.2 電位分布測量法

管道沿線電位分布測量，即密間隔電

位測試（Close Interval Potential Survey，CIPS），是判斷管道陰極保護（犧牲陽極）有效性的主要技術方法，其在陸上埋地管道檢測中得到廣泛應用，相關標準包括GB/T 21448《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》、GB/T 21246《埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法》、SY/T0087.1《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準-埋地鋼質管道外腐蝕直接評價》等。

在國外，該技術已成功應用在海底管道領域。電位分布測量法應用于海底管道檢測時，由測量船上搭載的自動電位記錄儀的一端留有帶絕緣層的金屬導線與平臺立管絕緣法蘭以下的管道進行電連接，另一端與搭載在水下拖魚或ROV上的測量電極相連接，從而構成電位測量回路。將電位分布測量法應用于海底管道陰極保護檢測，因為其不適合接點相距較遠的管道，所以除非被檢測管道距離平臺或登陸端較近，否則該測量方法不具備技術應用條件。

2.3 電場梯度測量法

通常，海底管道陰極保護狀態（海管表面的保護電位和保護電流密度分布）和管道上保護層的老化狀態（破損比率及破損處的分布）難以直接檢測，但是海底管道周圍的環境電場分布是可以準確測得的，其電場分布符合微分歐姆定律：

式中：dE/dl — 管道垂直方向上電位梯度，mV/m；

ρ— 介質電阻率，Ω·m；

L— 介質電導率，S/m；

i — 流經該處的電流密度，mA/m2。

即管道外防腐涂層破損點附近介質中的電場梯度與電流密度和介質電阻率成正比。電場梯度測量法也稱為直流電位梯度測量法（Direct Current Voltage Gradient，DCVG），其是目前應用比較廣泛的陸上埋地管道外防腐層狀況檢測技術之一，可實現非接觸式檢測，技術方法已寫入國內相關標準，如SY0087.1 《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準 埋地鋼質管道外腐蝕直接評價》。

將其用于海底管道檢測，其檢測原理為：在施加了陰極保護的海底管道上，如果管道防腐層有破損，陰保電流將通過海水介質到達防腐層存在破損的金屬管道處，在破損處區域形成電位梯度場。電流越大、距離防腐層破損點越近，電位梯度越集中。此外，利用遠程參比電極及CTC電極系統可同時測量管道沿線的陰極保護電位及電場梯度（如圖1），利用ROV的水下一次性檢測獲取多組數據，同時利用電位分布數據及電場梯度數據的對比與驗證，提高檢測的準確性。

圖1 管道陰保電位分布及電場梯度數據對比與驗證

3 結語

隨著國家和企業對海底管道安全和海洋環境保護的高度重視，對管道的安全管理提出了更高的要求，在目前國內海底管道檢測技術缺乏的形勢下，需要研究機構、企業和政府一起聯合推進管道檢測技術的發展，實現對海底管道的全面檢測，為國家能源建設的安全提供保障（圖1）。

[1]Tian Wen-min. Integrated Method for the Detection and Location of Underwater Pipelines[J].Applied Acoustics, 2008(69):387-398.

[2]Luca B. Prevention of Steel Corrosion in Concrete Exposed to Seawater with Submerged Sacrificial Anodes[J]. Corrosion Science, 2002(44):1497-1513.

[3]李康，陳奇，史小東，等. 金屬磁記憶檢測在海底管道檢驗評價中的應用和推廣[J]. 中國石油和化工標準與質量，2013,(1):18

[4]SY/T 4091-1995，灘海石油工程防腐蝕技術規范[S].

TE988.2

A

1671-0711（2017）06（下）-0173-02