油氣混輸管道在線腐蝕檢測及安全評估

梁峰

(中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

0 引言

塔河油田TH10321 井單井輸油管線2008 年投運，2010 年以來停運，近期由于生產需要，從管線利舊考慮，準備啟用該管線。但由于該管線前期生產過程中介質含水較高，并高含硫化氫及二氧化碳，注水及掃線用鹽水已曝氧，因此腐蝕環境較為苛刻，管線存在高腐蝕風險。為了查明管線腐蝕狀況，通過對該管道開挖，經過現場腐蝕探坑檢測，并結合腐蝕檢測數據分析了腐蝕原因及影響因素，開展了針對性的檢測評價及風險評估。為后期管線利舊工程提供依據，確保該管道安全運行。對管道起點、1.0 km、2.5 km、3.0 km、管線末端，開挖探坑5 個，通過腐蝕調查，開挖點管段外防腐層未發現破損，對防腐層剝離后未見外腐蝕。按照SY/T 6151—2009 《鋼制管道管體腐蝕損傷評價方法》的要求，對管道本體內壁采用超聲波測厚儀器及超聲波C 掃描儀器進行測量。通過超聲C 掃描對管道內壁腐蝕區域壁厚進行檢測，通過超聲波測厚儀對超聲C 掃描確定管道內腐蝕部位進行單點檢測驗證，通過計算管道檢測壁厚與原始管道壁厚的差值來判斷管道的剩余壁厚Tmm。體積型缺陷是以腐蝕為特征的腐蝕類型，也是最為常見和普遍的腐蝕形式之一，包括均勻腐蝕和各類局部腐蝕。對體積型腐蝕缺陷對管道的安全性的影響和評價按照SY/T 0087.2—2012 《鋼質管道及儲罐腐蝕評價標準 埋地鋼質管道內腐蝕直接評價》進行評價。

1 管線情況及腐蝕初步分析

1.1 管線情況及檢測坑分布

TH10321 單井集油管線2008 年10 月投產，管線起點TH10321 井，末點為12-1 計轉站，規格φ133×5 mm，長度5.45 km，材質20#，外防腐層采用黃夾克+聚乙氨酯泡沫+防腐底漆，設計壓力4 MPa，設計起點溫度75 ℃，末點溫度50 ℃，前期日輸量約58 m3/d，含水0%～80%，壓力0.82 MPa，起點溫度70～45 ℃，設計系數0.6，焊縫系數為1，管材屈服強度為245 MPa/mm2。

2010 年之前該井采用車拉鹽水注水，停用后采用車拉鹽水掃線后封堵，通過后期對車拉鹽水比色法測定溶解氧含量為0.5～1.0 mg/L。因此管線停運后管線內含有高腐蝕性的含氧鹽水。

2015 年5 月，采油三廠因生產需要，從利舊考慮，組織開挖檢測探坑，未發現防腐層存在破損。為了進一步評價該管線的內腐蝕情況，先后在管線不同位置開挖總計5 個檢測探坑，并對探坑管段進行防腐層剝除，未發現明顯外腐蝕，準備進行內腐蝕檢測。

根據SY/T 0087.2—2012 的要求，對5 個開挖點進行內腐蝕檢測，為管道安全性評價、腐蝕原因分析提供了基礎數據及依據。具體開挖點位置如圖1 所示。

圖1 TH10321井至12-1站單井集油管線腐蝕檢測探坑位置分布

內腐蝕檢測探坑具體位置為管線起點10 m(編號①)、1.0 km(編號②)、2.5 km(編號③)、3.0 km(編號④)、5.4 km(編號⑤)處。

管線高程變化及檢測點分布如圖2 所示，檢測探坑處于高程變化相對較大的爬坡段及低洼點。

圖2 TH10321 井至12-1 站單井集油管線高程斷面圖及檢測探坑分布

圖3 ③號探坑管段腐蝕檢測壁厚分布

1.2 管線腐蝕初步分析

TH10321 井單井集油管線2008—2010 年生產期間介質高含水，平均45%，介質高含硫化氫，達到86 480 mg/m3，高含二氧化碳含量，達到8%。因此，管道內形成了較強的電化學腐蝕環境條件。此外，該井在注水、鹽水掃線過程中帶入溶解氧，含量大于0.5 mg/L，會加速硫化氫及二氧化碳電化學腐蝕。在2010 年之后，由于管道停產，管線內滯留的含氧鹽水會進一步地對管線造成腐蝕。影響腐蝕的因素主要有溶解氧、含水率、酸性氣體、氯離子等。鹽水為溶解氧、酸性氣體與管道內壁的電化學反應的基本條件，當管道中的含水量增加時，使得溶解氧、硫化氫及二氧化碳含量增加、管道內壁與腐蝕介質接觸更加充分，可溶鹽溶解增大，從而腐蝕加重、速率加快。

前期生產過程中含水10%～80%，后期關井掃線鹽水滯留管線中，含水達到100%，會進一步造成腐蝕加劇。根據前期研究，動態介質與靜態介質交替條件下的掛片腐蝕速率要比動態、靜態單因素條件下的腐蝕速率要高，主要是由于動態、靜態交替作用下會對腐蝕產物造成破壞，進而加速腐蝕，因此在注水間開及掃線作用下，會造成管道內壁腐蝕產物膜不穩定，造成腐蝕加劇[1]。

結合管線內生產工況及介質分析，當管線中的氧氣(O2)溶于水形成溶解氧，硫化氫及二氧化碳遇水形成酸，電解后形成氫離子，在高含水的條件下，就會在管壁形成水膜，溶解氧、酸性氣體電離形成的氫離子作為電化學反應的去極化劑，發生去極化反應，并可能在管道內壁形成微小腐蝕坑[2]。

2 管線腐蝕在線檢測及評價

2.1 腐蝕隱患初探

前面分析了高程變化是造成腐蝕的重要因素。結合管線高程變化，來宏觀預測管道最易發生腐蝕的部位，進而指導詳細檢測部位的選擇。本次檢測通過對一般腐蝕高發的爬坡段及低洼點管段進行開挖，確定腐蝕隱患部位，由于本次管線大部分管段高程變化較小，因此選取在管線內腐蝕檢測探坑具體位置為管線起點10 m(編號①)、1.0 km(編號②)、2.5 km(編號③)、3.0 km(編號④)、5.4 km(編號⑤)處。通過對探坑處外防腐層進行去除后為后期進行缺陷詳探做準備。

2.2 缺陷詳探

本次檢測所選用的缺陷詳測方法為超聲C 掃描及超聲波測厚，超聲C 掃描來確定管段整個面的腐蝕情況，超聲波定點測厚來進行驗證[3]。

超聲C 掃描檢測儀器由主機、手動滑行檢測器組成。該儀器設備是一套集檢測跟蹤、數據記錄、缺陷成像顯示于一體的數字式高級聲定位C 掃描超聲檢測系統，掃查成像進程與檢測跟蹤記錄同步完成，并自動記錄缺陷，確保檢測區域掃查覆蓋率達到100%，主要用于彎頭、三通、直管等的管體檢測，同時能反映檢測管線的壁厚缺陷。可以在管線不停輸的條件下透過外壁涂層進行管體內壁的腐蝕缺陷詳測。

2.3 檢測數據分析

通過利用超聲C 掃描及超聲波壁厚檢測儀器，對高程變化較大的5 個探坑管段現場檢測，通過檢測：管道腐蝕為內腐蝕，主要是以均勻腐蝕為主，一般壁厚分布在4.1～4.9 mm，均勻減薄為0.1～0.9 mm，以底部腐蝕較為嚴重，存在局部點腐蝕，檢測最大腐蝕面積為2 cm×2 cm，檢測最小剩余壁厚為3.2 mm，管線設計壁厚為5.0 mm，服役時間為6.5 a，最大減薄為1.8 mm，折算最大減薄腐蝕速率為0.27 mm/a，按照NACE 相關標準屬于點蝕嚴重腐蝕。

通過對5 個探坑的檢測數據分析，以均勻腐蝕為主。總體來看，局部低洼段腐蝕程度相比爬坡段及局部高點要嚴重。5 個探坑并出現局部點腐蝕，在腐蝕中，其中②、③號探坑為嚴重點腐蝕，①、④、⑤號探坑為中度點腐蝕，5 個探坑中最大腐蝕面積為2 cm×2 cm，最大點腐蝕速率為0.27 mm/a，為嚴重腐蝕。

2.4 管線剩余強度安全評價

依據SY/T 0087.2—2012 《管道及儲罐腐蝕檢測評價 內腐蝕直接評價》對管道最薄弱危險點的部位的管道減薄程度為依據進行評價，管道減薄程度是綜合反映管道腐蝕與防護的各種單項因素的對管道安全性的影響，所以評價結果是對外腐蝕導致安全狀況的整體評價[4]。以⑤號探坑管段為例進行安全強度評價：檢測點距離管線起點5.4 km，管道最大運行壓力為0.8 MPa，最大坑深1.0 mm，不存在明顯的腐蝕面積。

第一步評價：最小剩余壁厚評價。最小剩余壁厚Tmm為：5.0 mm-1.0 mm=4.0 mm，0.20＜Tmm/To=0.80＜0.90，處于中間條件，需進行下一步評價。

第二步：危險截面評價。門檻值計算最小安全壁厚Tmin為1.8 mm，計算剩余壁厚比Rt=4.0/1.8=2.22＞1.00。超過上限1，可以繼續使用。

后評價：通過計算該管段腐蝕減薄速率上限為0.15 mm/a。6 a 后最小壁厚為4.0 mm-0.9 mm=3.1 mm。

0.2＜Tmm/To=2.92/5.00=0.584＜0.900，處于中間條件，進行下一步評價。

剩余壁厚比Rt為1.72，未超過下限，可以繼續使用。6 a 后管道安全評價結果為Ⅰ級，不需要維修，可繼續使用。管線運行一年后停運，在生產運行1 年間，主要采出液為摻稀油水，含水波動較大，從10%～80%，在強的腐蝕環境下，管線內壁發生腐蝕。后期由于關井，掃線鹽水滯留在管道內部，并停運5.5 a，雖然含有溶解氧，但腐蝕介質會隨著時間推移而消耗，可能后期停運期間腐蝕會逐步減弱。

結合壁厚檢測結果分析，管道腐蝕減薄速率為0.15～0.27 mm/a，屬于中度-嚴重腐蝕，存在局部點腐蝕。通過安全強度評價及后評價，管線5 個探坑管段安全等級為Ⅰ級，可以繼續使用，但如果后期管線利舊投用后，要及時監控管線腐蝕速率，當后期監測腐蝕速率較高時，達到0.38 mm/a 極嚴重腐蝕時，管道要考慮降壓使用，及時開展管道監控及腐蝕檢測，當腐蝕等級達到Ⅳ級以上，則考慮安排維修及更換。

綜上分析，4 個探坑的安全評價及建議匯總于表1。

表1 TH10321 井單井集油管道安全評價及建議

3 結語

(1) TH10321 井單井集油管線服役進7 a，其中6 a處于停運狀態，管線無明顯外腐蝕，主要表現為內腐蝕，管線最大減薄速率為0.27 mm/a，腐蝕主要因素為酸性氣體、高含水、高氯離子、溶解氧、高程變化及注水掃線工藝。通過對管道5 個開挖探坑的檢測、安全風險評價及剩余壽命預測，管道這些部位的管段安全強度達到繼續使用的等級，但是由于只是局部探坑檢測，對管道其他部位不排除有腐蝕極嚴重需要更換的管段。

(2)建議：一是考慮到PE 內穿插需斷管施工，可將目前管線整體試壓改為分段試壓，通過分段打壓對管線的漏點補漏，達到滿足工程壓力要求；二是對腐蝕嚴重的管段重新檢測評價，通過非開挖等檢測方法，對管道腐蝕現狀進行后評價，依據檢測結果分析鋼骨架承壓能力。