中美管道內(nèi)微生物腐蝕控制標(biāo)準(zhǔn)對比分析

蔡 亮

（中航油京津冀物流有限公司，天津 300300）

0 引言

長輸管道內(nèi)腐蝕是多種腐蝕綜合作用的結(jié)果，最主要是電化學(xué)腐蝕和微生物腐蝕。電化學(xué)腐蝕對正常環(huán)境的管道內(nèi)表面造成的損傷并不嚴(yán)重，但在彎管、閥門、低點(diǎn)位置、站內(nèi)管網(wǎng)盲管段等特殊部位，電化學(xué)腐蝕危害性遠(yuǎn)高于正常環(huán)境[1]。特別是與微生物（Microbiologically Influenced Corrosion，MIC）腐蝕聯(lián)合作用下，這類管段腐蝕速率要高于正常環(huán)境下幾倍甚至幾十倍。微生物腐蝕是指在腐蝕性材料表面的生物膜中的微生物存在或活動誘發(fā)的腐蝕，能夠引發(fā)微生物腐蝕的微生物包括與管道內(nèi)表面直接接觸的生物膜局部環(huán)境中的細(xì)菌、古細(xì)菌和真菌。針對輸送成品油管道、輸送俄羅斯原油管道和輸送酸性氣體管道，因硫含量較高，具備發(fā)生微生物腐蝕的條件。以美國標(biāo)準(zhǔn)NACE TM0212-2012，介紹了美國在管道內(nèi)微生物腐蝕方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國國家標(biāo)準(zhǔn)和管道工程實(shí)踐進(jìn)行了對比分析，研究成果對于提高我國管道腐蝕防護(hù)技術(shù)水平具有重要意義。

1 管道內(nèi)微生物腐蝕檢測評價標(biāo)準(zhǔn)簡介

美國腐蝕工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)NACE TM0212-2012《Detection Testing and Evaluation of Microbiologically Influenced Corrosion on Internal Surfaces of Pipeline/管道內(nèi)表面微生物腐蝕檢測和評價》在2012年6月23日首次發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了管道內(nèi)微生物種類、微生物腐蝕機(jī)理/取樣方法以及微生物腐蝕確認(rèn)性檢測方法以及監(jiān)測、緩解措施。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23258-2020《鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕控制規(guī)范》規(guī)定了長輸管道內(nèi)腐蝕控制措施、材料選擇、化學(xué)劑加注、內(nèi)襯涂層和管理評價等。本研究重點(diǎn)針對這兩項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開展對比分析。

2 管道內(nèi)微生物腐蝕環(huán)境

NACE TM0212闡述了管道內(nèi)微生物腐蝕的環(huán)境情形。輸送天然氣、成品油、原油的液體管道，微生物腐蝕可能發(fā)生在經(jīng)常性存水位置。管道系統(tǒng)設(shè)施如儲罐、過濾分離器和收發(fā)球筒均能造成水聚集，成為適合發(fā)生微生物腐蝕的環(huán)境條件。管道設(shè)計中包含可能積水位置，例如地形低點(diǎn)、穿越處或站內(nèi)管網(wǎng)盲管段，也會成為管道內(nèi)微生物腐蝕環(huán)境。管道內(nèi)水來源主要是試壓過程中的殘留水。管道內(nèi)的水可能以液態(tài)形式存在，也可能是氣相中的水凝結(jié)或吸附在管道內(nèi)表面。微生物可以存在微小體積水分子內(nèi)，因此輸送干氣管道或者認(rèn)為不含水管道在沉積物形成水薄膜的位置也會發(fā)生微生物 腐蝕。

歐洲魯爾油氣公司調(diào)查統(tǒng)計表明，管道內(nèi)微生物腐蝕多發(fā)生在站內(nèi)管網(wǎng)特殊部位（彎頭、彎管、閥門）和管道干線易積液部位，在管道運(yùn)營中后期，微生物腐蝕也有逐漸加速的趨勢。國內(nèi)外管道行業(yè)針對管道內(nèi)微生物腐蝕環(huán)境的認(rèn)知基本一致，即低點(diǎn)位置、穿越處或站內(nèi)管網(wǎng)盲管段，是管道內(nèi)腐蝕/微生物腐蝕的重點(diǎn)區(qū)域。

3 管道內(nèi)微生物腐蝕特征

NACE TM0212規(guī)定了管道發(fā)生微生物腐蝕的特征，顯微鏡測定出腐蝕沉積物中存在鐵細(xì)菌和錳細(xì)菌時，表明存在微生物腐蝕。驗(yàn)證MIC是管道內(nèi)腐蝕原因，應(yīng)滿足下列條件：

（1）相對其他腐蝕區(qū)域的試驗(yàn)樣本，特定區(qū)域內(nèi)微生物（細(xì)菌或真菌）數(shù)量和活性增加；

（2）腐蝕區(qū)域內(nèi)支持微生物存活的化學(xué)指標(biāo)異常，例如硫酸鹽還原細(xì)菌（Sulfate-reducing Bacteria，SRB），點(diǎn)蝕沉積物中硫化物或硫含量增加，酸性細(xì)菌（Acid-Producing Bacteria，APB）和有機(jī)酸含量增加。

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)未見管道發(fā)生微生物腐蝕的具體特征和文字描述。可根據(jù)管道現(xiàn)場開挖情況，結(jié)合NACE TM0212提出的驗(yàn)證條件，確認(rèn)管道是否發(fā)生微生物腐蝕。

4 管道內(nèi)微生物腐蝕影響因素

NACE TM0212闡述了管道內(nèi)微生物腐蝕的影響因素：

（1）新進(jìn)入管道的水分，并為微生物活動的提供能量源進(jìn)而影響微生物腐蝕過程；

（2）流體速率，相對管道中部高流速，壁面處低流速或靜置狀態(tài)有利于形成生物膜；

（3）采取注入抑制劑/殺菌劑、周期性清管可能改變生物膜生產(chǎn)過程或者改變微生物腐蝕機(jī)理及發(fā)生位置；

（4）管道分輸操作造成運(yùn)行工況波動，影響微生物腐蝕程度。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23258未涵蓋管道內(nèi)微生物腐蝕的影響因素相關(guān)內(nèi)容，側(cè)重通過實(shí)施工藝控制措施、管輸介質(zhì)處理、定期清管等預(yù)防管道內(nèi)腐蝕/微生物腐蝕。選定控制措施僅為原則性規(guī)定，即根據(jù)各腐蝕控制措施的相互關(guān)聯(lián)和影響、適用性、可行性和經(jīng)濟(jì)學(xué)確定。應(yīng)借鑒NACE TM0212在分析微生物腐蝕影響因素基礎(chǔ)上，采取針對性預(yù)防減緩 措施。

5 管道內(nèi)微生物腐蝕試樣制取

NACE TM0212在第5章規(guī)定了管道內(nèi)微生物腐蝕取樣設(shè)備及要求，第6章規(guī)定了管道內(nèi)微生物腐蝕取樣程序，這兩部分是本標(biāo)準(zhǔn)核心內(nèi)容，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23258中未見規(guī)定。測試方法規(guī)范化是保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)科學(xué)性和準(zhǔn)確性的基本條件，也是確定管道內(nèi)微生物腐蝕特征的重要依據(jù)，以下列出部分技術(shù)條款以供借鑒參考。無菌樣品采集容器要求：

（1）可采用玻璃或塑料材質(zhì)，不得含有抑制微生物存活的化學(xué)物質(zhì)；

（2）如測定樣品化學(xué)成分，容器盛裝磷酸鹽緩沖液或林格氏溶液用于保存樣品的溶液；

（3）玻璃樣品收集容器應(yīng)進(jìn)行高溫滅菌，即在100kPa、121℃進(jìn)行蒸汽加熱至少20min。在清洗消毒后可多次重復(fù)使用。塑料樣品收集容器只能使用1次。

微生物腐蝕取樣程序要求：

（1）用于評估管道一定周期內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)和腐蝕速率，通常是測試一段時間內(nèi)收集的多個樣品。采樣頻率不低于每5天1次，一般需要更長的采樣頻率和持續(xù)時間；

（2）為確定是否存在微生物腐蝕及嚴(yán)重程度，樣品檢測結(jié)果應(yīng)結(jié)合其他腐蝕檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，例如管道運(yùn)行參數(shù)、清管周期、輸送介質(zhì)成分、腐蝕掛片/探針試驗(yàn)數(shù)據(jù)、管道厚壁檢測數(shù)據(jù)等；

（3）采集試樣注意關(guān)注管道內(nèi)表面情況，包括沉積物（氧化皮）位置分布，潮濕/干燥，顏色紋理分層情況等，觀測管道內(nèi)壁腐蝕形貌：腐蝕坑形狀、尺寸和深度；

（4）檢測拆除管段腐蝕試樣時應(yīng)注意微生物試驗(yàn)樣本是否改變或者污染，如管段經(jīng)過多次搬運(yùn)，且長時間暴露在空氣、陽光下，已發(fā)生脫水、氧化或者受到污染，不允許進(jìn)行微生物樣本取樣；

（5）借助腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的腐蝕掛片進(jìn)行微生物生物膜取樣，掛片位置應(yīng)滿足流速和微生物附著要求，一般安裝在管道六點(diǎn)時鐘位置。定期拆除掛片，測試微生物數(shù)量，監(jiān)測生物膜發(fā)展趨勢。

6 管道內(nèi)微生物腐蝕監(jiān)測

NACE TM0212-2012規(guī)定微生物腐蝕監(jiān)測固定位置收集，監(jiān)測方法包括常規(guī)掛片、擴(kuò)展分析掛片、腐蝕監(jiān)測探針等。常規(guī)掛片監(jiān)測暴露時間約6個月，然后從管道內(nèi)拆除進(jìn)行分析，包括清洗、稱重、確定重量損失，檢查點(diǎn)蝕和機(jī)械損傷。擴(kuò)展分析掛片應(yīng)放置在腐蝕情況最嚴(yán)重的區(qū)域，安裝和拆除與常規(guī)掛名相同。腐蝕監(jiān)測探針類型包括電阻（ER）、線性極化電阻（LPR）、電化學(xué)電位噪聲（EPN）和電流噪聲等。GB/T 23258-2009規(guī)定在管道腐蝕比較嚴(yán)重的位置宜設(shè)置腐蝕監(jiān)測點(diǎn)，在線腐蝕監(jiān)測方法包括腐蝕掛片、腐蝕測試短節(jié)、電阻探頭、線性極化探頭、電感探頭、電化學(xué)噪聲探頭、氫探頭、場信號法、在線超聲波壁厚監(jiān)測系統(tǒng)等, 應(yīng)根據(jù)不同的操作環(huán)境、安裝和操作方式等選用。

可以看出，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)腐蝕監(jiān)測技術(shù)類型更加多樣化，但未指出適用于微生物腐蝕監(jiān)測的專用技術(shù)。結(jié)合美國標(biāo)準(zhǔn)做法，重點(diǎn)針對掛片和腐蝕探針確定應(yīng)用于微生物腐蝕監(jiān)測的技術(shù)條件（安裝區(qū)域、暴露時間、分析方法等）。

7 管道微生物腐蝕減緩措施

NACE TM0212提出合理開展管道設(shè)計、維護(hù)和操作活動，可以驗(yàn)證MIC緩解措施的有效性，例如定期清除可以去除MIC存在的生物膜，注入生物抑制劑只能減少活性微生物的數(shù)量。管道內(nèi)腐蝕控制措施對于預(yù)防和緩解MIC也是有效性。國外液體管道內(nèi)腐蝕減緩措施主要有：（1）控制輸送介質(zhì)中的水和腐蝕性物質(zhì)；（2）加緩蝕劑或滅菌劑；（3）采用內(nèi)涂層或內(nèi)襯，采用耐腐蝕合金鋼；（4）定期清管，破壞微生物腐蝕環(huán)境；（5）特殊位置安裝排水管；（6）輸送工藝優(yōu)化（設(shè)計最優(yōu)的介質(zhì)輸送速率、溫度）。

可以看出，國內(nèi)外內(nèi)腐蝕減緩措施基本相同，建議在設(shè)計階段考慮微生物腐蝕可能性，通過輸送工藝條件優(yōu)化以及特殊位置安裝排水管去除積水，從根本上杜絕微生物腐蝕條件。

8 結(jié)論和建議

我國在管道微生物腐蝕檢測、預(yù)測和控制方面還處于初級階段，應(yīng)未雨綢繆，防患于未然，借鑒美國標(biāo)準(zhǔn)NACE TM0212-2012在以下方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于改進(jìn)我國標(biāo)準(zhǔn)。

（1）管道內(nèi)微生物腐蝕環(huán)境是低點(diǎn)位置、穿越處或站內(nèi)管網(wǎng)盲管段。在管道施工階段，加強(qiáng)試壓水排放和干燥質(zhì)量控制，投產(chǎn)階段，油氣站場設(shè)備采取多次排污放空作業(yè)，盡可能消除管道內(nèi)積水；

（2）根據(jù)管道實(shí)際運(yùn)行情況，測定微生物活性、數(shù)量以及SRB、APB等化學(xué)指標(biāo)，驗(yàn)證管道是否發(fā)生微生物腐蝕；

（3）國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23258應(yīng)補(bǔ)充管道內(nèi)微生物腐蝕取樣設(shè)備及要求，管道內(nèi)微生物腐蝕取樣程序等內(nèi)容，完善腐蝕掛片和探針用于微生物腐蝕檢測技術(shù)的做法；

（4）在設(shè)計階段考慮微生物腐蝕可能性，通過輸送工藝條件優(yōu)化以及特殊位置安裝排水管去除積水，從根本上杜絕微生物腐蝕條件。