FPSO工藝管線常見損傷模式及其檢測方法

魏雷，紀玉磊，張伯瑩，馮立衛，徐真軍

（1.中海石油技術檢測有限公司；2.中海石油（中國）有限公司，天津 300452）

浮式生產儲卸油裝置(FPSO)是深海油氣田開采流程中重要的油氣處理設施，作為FPSO上的重要組成部分，工藝管線的穩定運行對深海油氣田的安全生產至關重要，研究FPSO上工藝管線的損傷模式、掌握有效的檢測方法，對FPSO工藝管線的隱患防治工作意義重大。

1 FPSO工藝流程簡介

FPSO工藝流程由主要工藝流程和輔助工藝流程組成。其中主要工藝流程由原油處理、生產水處理和天然氣處理流程組成，承擔油氣水分離的任務；輔助工藝流程包括海水系統、鍋爐熱媒系統、排放系統和空氣系統流程等，承擔為主要工藝流程換熱、泄放、控制等輔助任務。原油處理流程是將原油從油氣水混合物中分離，通過分離、換熱、脫水處理，使其滿足儲存、輸送和外輸的要求。經原油處理流程分離出的生產水，通過生產水處理系統使其含油量達標后回注，除油方式有用重力分離、聚結除油、浮選、離心分離、吸附等。經原油處理流程分離出的天然氣，通過天然氣處理系統壓縮和脫水處理后供用戶使用。壓縮處理是使用壓縮機加壓至供應條件，脫水處理是通過降溫分離和吸水劑吸收，減少水分在集輸和使用中產生的不利影響。

2 FPSO工藝管線常見損傷模式識別

2.1 沖蝕

沖蝕在FPSO工藝管線中主要發生于原油處理流程、生產水處理流程、海水系統流程。常見于介質流向發生變化的管件、減壓閥或截止閥的下游處、泵出入口附近等。損傷形態是位于管線內壁的局部腐蝕，形成蝕坑、凹槽、犁溝和凹谷狀形貌，且具有一定方向性。俄斐等認為，管線沖蝕是沖蝕磨損與化學腐蝕的共同結果，損傷位置在管道的迎流側。

2.2 二氧化碳腐蝕

二氧化碳腐蝕在FPSO工藝管線中主要發生于鍋爐熱媒系統流程、空氣系統流程、原油處理流程。常見于加熱器蒸汽出口管線、鍋爐給水管線、鍋爐冷凝水回水管線、未干燥處理的空氣管線低點、混輸管線等。損傷形態是局部腐蝕，形成蝕坑或蝕孔，紊流區可能形成較深的點蝕坑和溝槽。單丙娟等認為，介質中溶解的二氧化碳與鈣離子、二價鐵離子反應形成垢物,介質中的碳酸在垢下與管壁金屬反應，導致壁厚減薄。

2.3 有機酸腐蝕

有機酸腐蝕在FPSO工藝管線中主要發生于以乙二醇為載冷劑的海水冷媒系統流程、以乙二醇為脫水劑的天然氣系統流程。常見于冷卻水管線，天然氣制冷器液相出口的富乙二醇管線等。損傷形態為均勻腐蝕，當介質存在局部濃縮時表現為局部腐蝕或沉積物下腐蝕。林建鋒認為，在乙二醇溶液中溶解氧時，乙二醇被氧化成有機酸腐蝕管壁。曹秀清等認為，富乙二醇溶液中一價鹽的析出會增加溶液粘度，管線中易形成結垢和腐蝕。

2.4 冷卻水腐蝕

冷卻水腐蝕在FPSO工藝管線中主要發生于海水冷媒系統流程。常見的金屬材質冷卻水系統管線都存在冷卻水腐蝕現象。從碳鋼被冷卻水腐蝕的情況分析，在受到冷卻水腐蝕下，腐蝕處多呈現出均勻的特征，如碳鋼以縫隙腐蝕、微生物腐蝕的情況下，則多成纖維局部腐蝕的特征，具有一定的分辨性；在易形成沖蝕的管線部位，其形態呈波紋狀腐蝕或光滑腐蝕坑。王剛認為，石化裝置中的冷卻水腐蝕屬于電化學腐蝕。趙亞紅等認為，碳鋼管道的冷卻水腐蝕以微生物腐蝕為主。

2.5 微生物腐蝕

微生物腐蝕在FPSO工藝管線中主要發生于生產水處理系統流程、排放系統流程，原油處理系統管線。常見于介質流速較低的管線底部或者管線內介質流動死角處。損傷形態為局部腐蝕，發生于管道沉積物下或微生物簇團處，碳鋼管線表現為杯狀點蝕，不銹鋼管線表現為表面蝕坑。田豐等認為，陰極去極化理論和微生物電化學腐蝕理論是目前主要的用于微生物腐蝕機理解釋的理論。

2.6 大氣腐蝕

大氣腐蝕在FPSO工藝管線中主要發生于所有碳鋼材質管線，常見于保冷管線、管線保溫破損處、管支架處、與豎直管線底部相連的水平管線處等。大氣對工藝管線的腐蝕不可忽視，尤其是針對無保溫層的工藝管線來說，在受到大氣腐蝕下會直接影響到管線的正常使用，大氣腐蝕無保溫層工藝管線多呈現出均勻性的特征；而對于有保溫層的管線來說，在受到大氣腐蝕下，其腐蝕的位置多層先出局部腐蝕的特征，對于奧氏體不銹鋼材質管線，還可能發生氯化物應力腐蝕開裂。

2.7 氯化物應力腐蝕開裂

氯化物應力腐蝕開裂在FPSO工藝管線中主要發生于原油處理流程和天然氣處理流程，常見于奧氏體不銹鋼材質管線的焊縫熱影響區。損傷形態多呈有分叉的樹枝狀裂紋，裂紋起源于表面，無明顯腐蝕減薄。楊宏泉等認為，奧氏體不銹鋼材料在氯化物溶液中發生電化學腐蝕，在應力作用下形成開裂，新開裂處作為陽極活性溶解質點，在應力作用下逐漸擴展。

2.8 濕硫化氫破壞

FPSO工藝管線的濕硫化氫破壞主要發生于原油處理流程、生產水處理流程和排放系統流程。應力導向氫致開裂的損傷形態是延厚度方向的裂紋，由不同深度的平行表面裂紋延厚度方向相連形成；硫化物應力腐蝕開裂的損傷形態是在管線內表面起裂，延厚度方向擴展。濕硫化氫破壞均是由氫原子擴散進鋼材內部造成的，應力導向氫致開裂裂紋是由于拉應力和氫壓的共同作用產生。硫化物應力腐蝕是由硫化氫溶液對金屬的腐蝕、拉應力和氫壓的共同作用產生。

3 FPSO工藝管線的檢測方法

在損傷模式識別的基礎上，可通過無損檢測的方式排查工藝管線的損傷。由于每一種檢測方法對不同損傷形態的檢測靈敏度不同，檢測人員可根據特點有針對性地選用檢測方法。

3.1 目視檢測（VT）

VT是檢測人員通過直接或間接目視觀察發現損傷的檢測方法。對于管線外表面的損傷，可通過肉眼或放大鏡輔助直接進行，用于發現工藝管線外表面的腐蝕減薄和明顯表面開裂；對于管線內表面的損傷，可通過工業內窺鏡間接進行，用于發現工藝管線內表面的腐蝕減薄。VT原理簡單、易于掌握，檢測結果直觀、真實。但對于需要進行內表面損傷檢測的工藝管線，檢測前應關停工藝系統并清洗內表面；檢測系統靈敏度受照度、顏色、像素的影響大，容易發生漏檢；對于有保溫層的工藝管線，進行外表面損傷檢測之前需要拆除保溫層。間接目視檢測技術近年來發展迅速，集內窺鏡、管道爬行器、缺陷測量系統于一體的檢測系統已廣泛應用于FPSO工藝管線的檢測工作中。

3.2 超聲檢測（UT）

UT是利用超聲波對管壁內部或內表面損傷進行檢查的檢測方法。利用超聲波探傷儀可發現工藝管線的內部開裂和內表面開裂，也可發現工藝管線內壁局部腐蝕，利用超聲波測厚儀可進行管線壁厚測量，通過與設計壁厚對比，可發現工藝管線的均勻腐蝕。UT靈敏度高、速度快、成本低、測量結果準確可靠。但損傷顯示不直觀，對待測部位表面狀態要求高，對于操作人員的技術和經驗要求較高。除常規的脈沖反射式超聲波檢測/測厚技術外，相控陣超聲波檢測技術（PAUT）通過增加掃查探頭數量明顯提升檢測效率，電磁超聲測厚技術（EMAT）可對外表面輕度腐蝕的工藝管線進行壁厚測量，超聲導波檢測技術（GWT）可在不破壞保溫層的條件下對整條直管段的局部腐蝕情況進行粗篩查。目前超聲檢測是FPSO工藝管線檢測領域最主要的檢測方法。

3.3 電磁檢測

電磁檢測是利用導磁性管壁材料在電磁場中出現的電磁特性變化來判斷管壁損傷的檢測方法。電磁檢測方法種類較多，磁粉檢測（MT）、交流電磁場檢測（ACFM）可發現工藝管線的外表面開裂；脈沖渦流檢測（PECT）可發現內外側管壁的局部腐蝕。MT是表面開裂的首選檢測方法，靈敏度高、操作簡單，但對管線外表面狀態要求高，檢測效率較低。ACFM、PECT速度快、對工況要求低，PECT無需拆除管線保溫，但兩種檢測方法操作復雜，檢測干擾因素多，靈敏度低。MT技術已較成熟，ACFM和PECT仍有很大的進步空間，尚未實現自動化、智能化、標準化是其市場化應用的最大阻礙。

3.4 小結

根據各檢測方法的適用性，結合FPSO工藝管線在不同損傷模式下的損傷形態，我們對FPSO工藝管線基于損傷模式的檢測方法總結如表1。

表1 FPSO工藝管線基于損傷模式的檢測方法

4 結語

基于損傷模式的檢驗方式針對性強、可靠易行，已在FPSO工藝管線的維保工作中得到廣泛應用。近年來，一些檢測機構在基于損傷模式的檢驗方式基礎上引入風險管理理念，提出了基于風險的檢驗方式，將成為FPSO工藝管線檢驗的發展方向。