長輸管線套管的腐蝕情況及原因分析

胡康,王營

(中石化西北油田分公司 油氣運銷部，新疆 輪臺 841600)

國內的輸油及輸氣管線在施工過程中，在管線穿跨越及設有固定支墩的關鍵位置往往采用鋼質套管對管線保護。但是由于不同階段的施工不同，套管的連接方式也不盡相同，常見的連接方式有電焊連接、絕緣板連接、兩端密封連接。針對施加了陰極保護的管線，套管的連接方式及防腐處理方式對陰極保護帶來一定影響。通過調查中石化西北油田內套管內的管線發現，多處管線出現不同程度的腐蝕現象，個別管線出現了腐蝕穿孔的現象[1-2]。本文分析了套管對陰極保護電流產生屏蔽的原因，根據現場情況提出合理的解決方案，為其他管段的套管腐蝕治理提供參考。

1 套管對電流產生屏蔽作用

對于埋地管線常用陰極保護的形式對管線上的腐蝕進行控制，由陰極、陽極、導通介質、離子通路構成一個回路[3]，但是陰極保護電流在流動過程中是不可控的，電流往往向電阻低的方向流動。對于含有套管的管段，該處的電阻發生了變化，陰極保護電流優先到達套管表面，這樣就產生一定的屏蔽作用[4]。套管對管道的電流屏蔽情況主要分為斷路屏蔽、耦合屏蔽和短路屏蔽[5]。

1)斷路屏蔽。斷路屏蔽就是套管與管道表面之間的電阻足夠大，可認為是斷路狀態，陰極保護的電流對套管的外表面進行保護，使得電流無法到達管道表面。

2)耦合屏蔽。耦合屏蔽是針對套管與管道之間進行電位測量，通過測量發現套管與管道上均能測到電位，但是套管內電位不穩定，這種情況往往被認為是耦合屏蔽。

3)短路屏蔽。短路屏蔽指套管與管道之間通過填充低電阻導電介質的形式使得兩者導通，套管上的電流可以通過介質傳遞到管道表面，使得管道表面能有一定的電位保護。

2 常見腐蝕案例及分析

2.1 案例一

西北油田某重油管線于2003年投產，由于早期國標中對管道腐蝕泄漏的要求較低，給管道安全運行埋下隱患。近年來隨著管道使用年限的增長，管道泄漏事故頻發，2018年3月30日，該管線在中間站位置發生了管道穿孔漏油事故。

2.1.1原因分析

對于該事故管道，由于套管和管道之間未填充任何物質，輔助陽極電流可以流到套管卻不能穿透空隙到達管道上，因而陰極保護被屏蔽，起不到保護管道的作用。與此同時，由于管道端部沒有采用任何密封方式，地下水或其他電解液聚集到管道外壁形成微小原電池，產生腐蝕點，加速管道外壁的局部腐蝕，使管道穿孔造成泄漏事故發生?，F場陰極保護示意如圖1所示。

圖1 現場陰極保護示意

2.1.2整改措施

按照最近GB/T 21448—2017《埋地鋼制管道陰極保護技術規范》[6]的要求，考慮管道腐蝕整改建議如下：

1)向導電套管內注入如泥漿等可固電解質[7]，不宜注入水，因為水容易在旱季干涸。

2)向套管內注入絕緣且氣密性良好的物質[3，8]，如瀝青膠、明膠等?？梢詫⒐芫€與外界絕緣，使得管道外壁不發生電化學腐蝕的同時，陰極保護也不起作用，該方法必須要做好端面密封工作。管道腐蝕解決方案如圖2所示。

圖2 管道腐蝕解決方案示意

2.2 案例二

西北油田某凝析油管線于2003年投產使用，采用外加強制電流形式對該管線進行腐蝕保護，但是由于當初施工中某些不規范的原因，套管與管線直接連接，造成套管與管道接觸位置腐蝕較嚴重的情況。

2.2.1原因分析

1)電位分布不均勻。固定支墩滿足了防止管道應力變形的要求，但與此同時也增大了套管與管道連接處發生腐蝕穿孔的風險。對長輸管道電位的研究表明，綿延數千米的管道在含氧量不同的介質中引起的管道沿線周圍電位分布不均勻[9]，在土壤中含氧量較多處電位偏高，在混凝土固定支墩內部的管道電位偏低，形成宏觀腐蝕電池，增大管道腐蝕概率。從微觀考慮，當固定支墩處于干濕交替的區域，混凝土中毛細孔吸水、失水交替進行，使內部鋼結構與管道的自腐蝕速度加快，腐蝕程度加深。

2)應力集中。由于管道內輸送介質處于高溫高壓狀態，固定支墩易產生應力集中現象[10]。主要表現在輸送介質工作壓力對管道產生徑向壓力、熱脹冷縮變形產生的溫差應力、流動介質沖刷管段產生的應力等的共同作用，進一步加劇了腐蝕的發生。2012年在對西北油田某重油管道防腐層缺陷點進行修復時發現，全線12處的固定支墩內部防腐層已經損壞漏電，占全線17處缺陷點的約71%。

3)服役時間長。隨著管線服役時間的增長，腐蝕穿孔頻率隨之增大。自2003年10月投產以來，該條重油管線共發生3次腐蝕，腐蝕面均位于管道順流方向0～120°，最大孔徑約10 mm，孔洞周圍存在200 cm2的不均勻坑蝕。

4)施工質量。固定支墩的抗滲能力難以保證，同時受施工環境、溫度及稀釋劑的含量的影響，使得防腐層的質量得不到很好的保障[11]。針對老舊固定支墩的套管與管線連接時的處理，往往采用直接焊接的方法，使得套管兩端的密封性得不到保證，該處發生管線腐蝕的風險較高。

2.2.2整改措施

1)導電套管的兩端進行絕緣密封，向套管內注入絕緣物質，并做好固定支墩處的防腐工作，同時采用犧牲陽極的保護形式加強保護薄弱點。

2)采用非導電套管，套管內采用鐲式局部犧牲陽極的方式進行保護，保證犧牲陽極與管線不接觸，犧牲陽極不受力，同時做好套管兩端絕緣防腐工作。

3)施工期間嚴格按照要求進行養護，混凝土骨料要事先進行清洗，避免帶進含Cl-的泥土[12]；固定支墩內采用鍍層鋼筋或涂層鋼筋。

3 結束語

1)針對含絕緣肋板形式，要保證端口處具有良好的密封性，使腐蝕的介質不能進入套管與管線；或套管與管線導通，能夠使陰極保護電流通過導電介質傳遞到管線表面從而達到保護效果。

2)改善固定支墩處的腐蝕情況，首先要在施工期間嚴格把控施工質量，同時采用各種防護手段，并不斷加強對新技術、新材料的開發使用。