基于綜合檢測評價的管道外防腐管理體系

蘆建新

（中國石化西北油田分公司油氣運銷部，新疆 輪臺 841600）

0 引言

采用科學、有效的檢測技術，對管道的防腐層的完整性、管體腐蝕現狀及環境腐蝕性等進行系統、全面檢測與評價，排查管道高后果段、高風險段應力集中狀況，為管道的完整性管理提供可靠依據，可有效避免管道發生腐蝕泄漏失效，實現在役管道安全、可靠的穩定運行。以塔里木盆地塔河油田某凝析油管道為例，該管道投產年限在10年以上，管道所處的環境惡劣，塔河片區管道受到水淹的危害，管道外腐蝕情況嚴重。因此，針對油氣管道外腐蝕開展了管道綜合檢測項目，并形成了外腐蝕管理體系。

1 防腐管理體系的基本內涵和做法

1.1 基本內涵

基于管道綜合檢測評價的管道外防腐管理體系，包含五個階段，分別是管道環境分析評價、風險評價、完整性評價、維護和維修評價和效能評價。通過效能評價反饋的維護維修成果，反作用于管道環境分析評價，從而使五個階段構成一個循環，形成管道外防腐管理體系。

1.2 主要做法

基于管道存在外腐蝕情況，通過管道外防腐管理體系，對所轄管道進行了綜合管理，有效地評價了管道的運行現狀，并針對局部腐蝕嚴重管段進行了維護和維修，有效地延長了管道壽命，促進了經濟效益最大化。該管理體系主要從以下五個方面開展了相關工作。

1.2.1 管道環境分析

收集管體屬性、管道埋深、管道采用的防腐層種類及使用情況、管道所處位置地面狀況、地面建筑物分布、地層含水狀況、管道穿越公路水路情況等，分析一旦管道外腐蝕造成管體穿孔破裂會導致的后果嚴重程度，識別出管道穿孔破裂影響區域。

1.2.2 風險評價

系統全面的識別管道外腐蝕風險及管體腐蝕，分析評價并提出管理控制措施。管道外腐蝕風險包括但不限于，防腐層破裂、管體腐蝕、第三方破壞、先天缺陷以及地質災害等。

風險評價的重點是找出高風險段，提出的措施要區分輕重緩急，措施還應該包括完整性評價計劃。

1.2.3 完整性評價

完整性評價包括對管道外防腐層及管道本體上存在的缺陷進行檢測、評價和提出修復建議。外防腐層檢測常用的方法：

（1）交流電位梯度法（AVCG）

從交流電位梯度法運行過程可以看出，其主要由發射機將電流信號施加于管道，然后該信號會以管道為媒介，向外擴散，若這個信號破損的防腐層，那么該信號會向外界流失，并以流失點為基點，形成信號電場，然后利用PCM和A字架工具定位該信號電場，以準度定位破損的防腐層位置。分析給檢測數據可以看出，若電場顯示為圓形，那么其破損點較為單一，若電場顯示為橢圓，那么其一般是因為破損防腐層過長形成的。此外，在利用該檢測方式進行檢測定位時，若將儀器置于漏點上方，數值越高那么破損情況越嚴重；

（2）直流電位梯度法（DCVG）

此方式的原理為，在埋地管道上施加陰極保護電流，此電信號首先會穿過土壤媒介，然后匯集在破損的管道破損處，并以一種電壓梯度的方式表現出來。由于土壤擁有不同的電阻率，因此該梯度場的波動會在某一范圍內變化，而該場的中心區域（0.9～1.8m）會形成電壓梯度。一般情況下，電壓梯度受到破損層面積影響，若距破損點更近或破損面積較大，那么該梯度也會隨之更強，或更加集中。此外，為避免某些信號的干擾，此項檢測技術在運行過程中，會在管道上施加非對稱間斷電流信號，該信號利用陰極保護電源以達到信號施加目的，而此檢查方式的判定為：主要將兩個接地探極置于管道上方，然后利用該探極一端的靈敏儀對破損管道防腐層進行探測，該靈敏儀通過電壓梯度定位管道破損情況；

（3）密間隔電位法（CIPS）

從密間隔電法的運行原理和檢查對象可以看出，其可較為詳細的檢測管道對地電位和其相關距離。該檢測方式使用范圍為：管道1～5m間距的管道。其檢測目的為：對管道電位進行檢測。可配合使用的工具有：中斷器和DCVG。對于前者而言，可以更好檢測或除去電位誤差，比如由IR降引產生的。對于后者而言，其可以對管道破損的防腐層進行相關檢測；

（4）管中電流法（PCM）

由于電容耦合效應存在于大地和管道防腐層之間，再加上防腐層自身屬性影響（導電性：穩定但較弱），在防腐層沒有受到損壞時，電流信號就會出現有規律的遞減，也可稱之其為指數衰減。若防腐層受到破壞，或存在破損情況，那么該電流信號就會由此被導入大地，而這就會明顯降低管道中的電流強度，從而降低其對應的地面磁場強度，而依據該變化情況，即可準確發現破損防腐層的位置。

1.2.4 維護和維修評價

在技術支撐下，三層PE防腐層技術得到較好的發展，且由于其較普通產品的優良性能，受到了很多管道建設單位和設計人員的青睞。但由于很多因素會影響三層PE防腐層的防腐性能，例如施工、運行或生產等環節。而若利用匹配檢測技術，及時發現和修補管道破損的防腐層，那么可充分發揮該技術的效能。需注意的是，由于防腐層技術類型的不同，修補技術也不同，因此需注意修補工藝的選擇。

1.2.4.1 修復方案

對于直徑≤30mm外防腐層破損點（包括針孔），采用熱熔膠粘劑和聚乙烯補傷片進行修復。而對于直徑＞30mm外防腐層破損點，采用粘彈體防腐膠帶和纏繞聚丙烯膠帶修復；

1.2.4.2 修復步驟

采用粘彈體防腐膠帶加纏繞聚丙烯膠帶修復技術主要分為表面處理、防腐層缺陷修復及修復驗收三步。

表面處理

（1）清除暴露管段上的泥土，使防腐層缺陷完全露出，測量并記錄缺陷尺寸及位置，對缺陷處進行拍照；

（2）對缺陷處的防腐層進行修整，將已破損的防腐層除去，使產生銹蝕的管體完全裸露；

（3）對已裸露的管體表面進行處理，將腐蝕產物清理干凈，表面處理等級應達到St2.5級；

（4）必須將缺陷四周10mm范圍內及需要修復的防腐層表面的所有銹斑、鱗屑、污垢和其他雜質及松脫的涂層清除掉，其后再將缺陷部位打磨成粗糙面，并用干燥的布和刷子將灰塵清除干凈。注意在防腐層缺陷處的管體表面進行作業時必須采用手工除銹。

防腐層缺陷修復

（1）粘彈體防腐膠帶施工前，應保證補傷處干燥；

（2）將粘彈體防腐膠帶依次貼敷，同時碾壓排除空氣。粘彈體防腐膠帶搭接寬度≥1cm，施工時可沿膠帶內側搭接線進行搭接；粘彈體防腐膠帶始末端搭接長度≥100mm；

（3）粘彈體防腐膠帶施工完成后立即進行外觀和漏點檢測；

（4）粘彈體防腐膠帶層合格后，采用聚丙烯增強纖維膠帶（外帶）環包纏繞在粘彈體防腐膠帶外層；

（5）聚丙烯增強纖維膠帶具體施工方法是：從一端開始先原位纏繞一周，留出約3mm寬的粘彈體膠帶不纏繞外帶，然后進行螺旋纏繞，纏繞外帶時應保持一定張力，膠帶搭接寬度為50～55%，直至另一端，最后在結束部位原位纏繞一周。

1.2.5 效能評價

在補傷防腐層時，需檢查其外觀，檢查時需注意其表面平整性，若檢查發現修補不合格，那么需對其進行重新補傷。補傷處應采用100%電火花檢漏，檢漏電壓為15kV，無漏點為合格。

2 管道防腐管理體系實施的效果

2.1 管線檢測結果

管線沿線自然環境主要以沙漠、戈壁為主，走勢平坦。按GB 50251-2003《輸氣管道工程設計規范》規定劃分，該凝析油管道線全線27.29km，本次管道經過地段為一級地區等。

外露管：全線檢測共發現露管或明管1處，防腐層完好。

穿、跨越：管道穿、跨越公路（含機耕道）、河流共8處。其中穿越公路（含機耕道）共4處，穿越河流2處，穿越混凝土澆筑臺1處，管道外露1處。

對于埋地管道防腐蝕技術而言，土壤腐蝕性是非常重要的參考依據。究其原因可以看出，其主要是因為在土壤構成元素較為復雜，這些構成元素量多且雜，互為影響關系，例如液相、氣相、固相。同時，電化學腐蝕也較為常見，例如金屬構筑物，且這種腐蝕方式也是影響原電池性能最關鍵的因素，在這些因素的相互作用下，會影響土壤的腐蝕性[1]。

根據管道所處的土壤電阻率可以得出，管段基本均處在極強的腐蝕環境中，對管道腐蝕性較大，必須加強對管道防腐層的質量要求[2]。土壤的酸堿程度為弱堿性。管道全線存在直流干擾，干擾程度處于弱、中兩種強度中，且電位梯度均小于2.5mV/m，所以該管段不需要采取直流排流和其他保護措施。且管道全線處于保護（陰極保護）狀態。管道區域段交流電位均不高于4V，可不采取交流干擾防護措施。管道的泄露電阻較高，防腐層整體質量較好，受外界干擾影響的程度可以忽略。

對管道分段進行測試，將測試數據輸入防腐層評價軟件，通過數據分析，其中：優級防腐層長度24130m，占實測管道總長的96.68%；良級防腐層長度205m，占實測管道總長的0.82%；可級防腐層長度358m，占實測管道總長的1.43%，差級防腐層長度161m，占實測管道總長的0.65%，劣級防腐層長度104m，占實測管道總長的0.42%。經計算Q值為1.073，所以雅克拉集氣站-油接入閥室（DN219）管道段防腐層等級綜合評價為良（二級）。

全線共發現漏損6個，平均每公里漏損點0.24個。利用PCM檢測儀對管道全線進行埋深檢測，分十段進行測試，管道埋深最淺處為0.149m（第十段），最深處為4.998m（第二段）。

2.2 外防腐層檢測效果

采用PCM電流測繪法進行管道防腐層絕緣電阻率測試，現場測試時每50m采集一組電流數據、管道埋深，采集數據經內業計算機整合后采用專用軟件進行分析，計算管道防腐層絕緣電阻率，按照SY/T 5918-2004 《埋地鋼質管道外防腐層修復技術規范》相關規定進行評級，評級標準執行條文：5.2.1.3對新型防腐層（如煤焦油瓷漆、熔結環氧粉末、聚乙烯等防腐層）的絕緣性能可采用電流一電位法進行評價（但目前數據有限，無法形成定量分級標準），也可采用PCM法進行定性評價[3]。對于PCM法可根據測繪出的電流衰減曲線的陡緩程度找出防腐層絕緣性能相對較差的管段，曲線越陡，電流衰減越快(即電流衰減率越大)，防腐層絕緣性能就越差；某點電流突然衰減，則該處防腐層發生破損或有支管、搭接等。

根據數據分析，普通段防腐層質量評估結果，其中分級為優142368m、良3862m、可704m、差1981m、劣8263m。差劣段主要集中在一聯到2#電廠截閥室管段，原因為此管段敷設時間較長且采用的為瀝青防腐層，防腐層破損點較多，防腐層老化嚴重。其余管段差劣原因多為管道分支交叉、破損點集中。

根據數據分析，重點段防腐層評估結果，其中分級為優42094m、良1956m、可505m、差0m、劣2047m。防腐層質量評估差劣段主要集中在2#中間站-庫車末站一線、二線處，原因為管道穿河管道與套管存在電連接現象，電流流失嚴重。其余差劣段為架機點、穿河處等。

通過對恒電位儀檢測，所有恒電位儀均運行正常，長效參比均良好，輔助陽極地床電阻均良好，各絕緣接頭均良好。

通過對普通段各段管線自然電位測試，各段自然電位值大部分在正常范圍內，未發現直流干擾。交流干擾測試采用萬用表+鋼釬測試管道的交流電壓，普通段各管段測試數據最大2.56V，最小0V，對管道的影響不大，沒必要采取排流措施。

通過沿線土壤電阻率測試并結合現場土壤質地情況，土壤腐蝕性評價為強的管段基本處于鹽堿地段，部分管段上方生長著耐鹽堿植物，表層土壤疏松含水率較高，當處于此處的管道外防腐層發生破損時容易造成管道本體母材發生腐蝕。

3 結論及建議

（1）建議對淺埋的管線進行覆土或做水工保護處理，是管道埋深達到規范要求的安全范圍。對季節性河流經常沖刷的管段，在富水季節應進行重點監控，水工保護失效的應及時進行恢復；

（2）建議對管道防腐層缺陷點個數比較多的線路進行監控，對評價為嚴重的破損點應立即修復，對評價未中等的破損點應在一年內列入維修計劃進行修復，對評價為輕微的防腐層缺陷點逐步列入維修計劃。對于管道防腐層缺陷較為集中的管段修復時應根據現場情況擴大開挖面積，檢測防腐層是否存在長距離剝離。以管道防腐層保護的有效性，防止管道本體腐蝕的發生；

（3）對防腐層絕緣電阻率評價為差和劣的管段進行維修，備注為分支點、架機點的不列入維修范圍；

（4）建議同時對多條管線進行保護的恒電位應根據外管線電位進行及時調節恒電位儀輸出，以保證管道達到保護范圍。對未進行陰極保護的管道應立即進行投設陰極保護設施進行保護，管線較短且土壤電阻率較低的管段可采用犧牲陽極法進行保護，管段較長的建議采用強制電流進行保護，以延緩管道母材自腐蝕速率[4]；

（5）對管道所有線路的三樁一牌進行維護，對于偏離管道較遠的應進行重埋修正位置。測試樁編號應順油或氣流程進行編號，由于所轄管線較多在測試樁上應標明管道屬性（輸送介質、管徑、起止點），線路所屬標志樁均未有明顯屬性（標注為轉角樁、穿越樁、里程樁等），應對所有標志樁進行刷漆編號，所有里程樁上均應標明管道里程（可以以測試樁號+距離測試樁距離進行里程編號）、輸送介質、管道管徑、起止點等，對于高后果區以及施工較密集區管道里程樁上應標明管道埋深，穿越處標志樁應標明穿越屬性（道路、河流等）、管道埋深、管道管徑、輸送介質等，轉角樁應標明轉角角度、管道埋深、管道管徑、輸送介質等。