海底管道外防腐检测技术浅析

曲杰，王志涛，倪剑，唐建华，张亚

（1.中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300459；2.中国石油集团工程技术研究院，天津 300451；3.中国石油大学（华东），山东 青岛 266580）

海底管道外防腐检测技术浅析

曲杰1，王志涛2，倪剑1，唐建华1，张亚3

（1.中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300459；2.中国石油集团工程技术研究院，天津 300451；3.中国石油大学（华东），山东 青岛 266580）

油气输送管道的外防腐设计主要包括防腐涂层和牺牲阳极两种方式，在管道服役期间为了确保其良好的工作状况，需要对其进行定期检测。目前，陆地管道外防腐检测技术比较成熟，并得到广泛应用，但对于处于特殊敷设环境的海底管道来说，对检测技术提出了更高的要求。重点阐述了海底管道外防腐检测技术的发展和应用现状，尤其是对于掩埋在海底的管道设施，该技术具有广泛的推广和应用前景。

海底管道；阴极保护；防腐涂层；牺牲阳极；检测技术

海底管道常用的外部腐蚀控制措施主要是防腐涂层加牺牲阳极。防腐涂层的主要作用是物理阻隔作用，将管道金属基体与外界环境隔离，从而避免金属与海水环境的作用。但是两种情况下会导致金属腐蚀的发生。一是防腐层本身存在缺陷，有漏点的存在；二是在运输、铺设和运行过程中防腐层遭到破坏，失去了防护作用，致使金属暴露于海洋腐蚀环境中。这些缺陷的存在导致大阴极小阳极的现象，使得涂层破损处腐蚀加速。牺牲阳极是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀的钢管表面施加一个外加电流，钢管表面成为阴极，从而抑制了金属腐蚀发生的电子迁移，避免或减弱了腐蚀的发生。目前海底管道采用牺牲阳极焊接手镯式，但是在安装和施工过程中，阳极与管道的电连接是否能形成回路，是牺牲阳极正常工作的前提条件。另外，牺牲阳极的设计寿命不足或管道延寿都会导致阳极消耗后过早的失去作用。如何对运行期间海底管道的外防腐状况进行检测，确保其良好的工作状态，是预防管道外部腐蚀产生和泄漏发生的关键。

1 国内技术应用现状

目前国内对海底管道外部检测技术主要是采用声学调查设备对管道的路由位置、埋设状况及周边地形地貌进行定期检测，无法判断管道的外防腐系统保护状况。南海一些深水管道由于采用非掩埋设计，水下能见度较高，通常采用潜水员或ROV对位于海床面管道上的牺牲阳极进行定期抽检，来了解和掌握海底管道阳极的工作状态。海底管道牺牲阳极检测技术包括外观检查和电位测量。

阳极的外观检查包括以下几方面：（1）牺牲阳极的安装情况；（2）牺牲阳极的消耗情况；（3）牺牲阳极的电连接情况；（4）牺牲阳极附着海生物情况。对牺牲阳极表面清理后还应检查表面是否发生部分钝化、是否遭受不规则的腐蚀以及海生物的影响。对选定的牺牲阳极进行电位测量，主要是检查阳极是否在设计消耗范围内，阳极的钝化和海生物的附着都会导致阳极保护电位超出正常范围。

目前，国内海底管道牺牲阳极检测技术仅局限于非埋设的海底管道设施，但是对于掩埋的海底管道来说，传统的接触式检测技术受阳极查找困难，开挖成本高，以及水下能见度的影响无法有效开展，一直以来处于检测的盲区，而且通过近年的海底管道内检测数据分析，有些海底管道确实存在不同程度的外部腐蚀，主要是由于防腐层和牺牲阳极失效所导致。如何对掩埋的海底管道外防腐状况进行检测，是当前亟需解决的技术问题。

2 国内外新技术发展情况

国外在海底管道安全检测技术方面起步较早，有很多技术值得我们学习和借鉴，除传统的接触式海底管道阳极检测技术外，一些新的管道外防腐检测技术也成功的应用到海洋领域，如金属磁记忆法、电位分布测量法和电场梯度测量法等。

2.1 金属磁记忆法

金属磁记忆法由俄罗斯杜波夫教授在20世纪90年代初提出，他用磁力检测计对铁磁构件的表面应力集中进行了检测，通过实验对比结果，总结出磁记忆的产生是金属磁现象物理本质和材料位错过程导致的。通过磁记忆检测可以发现缺陷甚至材料组织的不均匀性。对于管道而言，也就是说管道的缺陷（制造缺陷、焊接缺陷、机械缺陷和腐蚀缺陷等）会引起管道应力局部增大，导致该位置磁特性发生相应变化现象，这种变化通过磁力计可以探测到。

该技术目前在陆地管道得到了推广和应用，国外也有海底管道应用的案例，但是公开信息不多。2013年中海油能源发展装备技术有限公司在中海油海底管道检测技术验证评价中心进行了水下金属磁记忆检测技术的试验，获得了成功，2014年该技术成功应用于渤海某条海底管道机械缺陷的检测，为国内海底管道非接触式检测技术的推广奠定了基础。但是对于海底管道腐蚀缺陷的检测，该技术是通过发现已经发生腐蚀缺陷的海底管道来间接评价外防腐系统的完整性和可靠性，无法对管道的防腐涂层和牺牲阳极的状况进行直接检测和评价。

2.2 电位分布测量法

管道沿线电位分布测量，即密间隔电

位测试（Close Interval Potential Survey，CIPS），是判断管道阴极保护（牺牲阳极）有效性的主要技术方法，其在陆上埋地管道检测中得到广泛应用，相关标准包括GB/T 21448《埋地钢质管道阴极保护技术规范》、GB/T 21246《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》、SY/T0087.1《钢制管道及储罐腐蚀评价标准-埋地钢质管道外腐蚀直接评价》等。

在国外，该技术已成功应用在海底管道领域。电位分布测量法应用于海底管道检测时，由测量船上搭载的自动电位记录仪的一端留有带绝缘层的金属导线与平台立管绝缘法兰以下的管道进行电连接，另一端与搭载在水下拖鱼或ROV上的测量电极相连接，从而构成电位测量回路。将电位分布测量法应用于海底管道阴极保护检测，因为其不适合接点相距较远的管道，所以除非被检测管道距离平台或登陆端较近，否则该测量方法不具备技术应用条件。

2.3 电场梯度测量法

通常，海底管道阴极保护状态（海管表面的保护电位和保护电流密度分布）和管道上保护层的老化状态（破损比率及破损处的分布）难以直接检测，但是海底管道周围的环境电场分布是可以准确测得的，其电场分布符合微分欧姆定律：

式中：dE/dl — 管道垂直方向上电位梯度，mV/m；

ρ— 介质电阻率，Ω·m；

L— 介质电导率，S/m；

i — 流经该处的电流密度，mA/m2。

即管道外防腐涂层破损点附近介质中的电场梯度与电流密度和介质电阻率成正比。电场梯度测量法也称为直流电位梯度测量法（Direct Current Voltage Gradient，DCVG），其是目前应用比较广泛的陆上埋地管道外防腐层状况检测技术之一，可实现非接触式检测，技术方法已写入国内相关标准，如SY0087.1 《钢制管道及储罐腐蚀评价标准 埋地钢质管道外腐蚀直接评价》。

将其用于海底管道检测，其检测原理为：在施加了阴极保护的海底管道上，如果管道防腐层有破损，阴保电流将通过海水介质到达防腐层存在破损的金属管道处，在破损处区域形成电位梯度场。电流越大、距离防腐层破损点越近，电位梯度越集中。此外，利用远程参比电极及CTC电极系统可同时测量管道沿线的阴极保护电位及电场梯度（如图1），利用ROV的水下一次性检测获取多组数据，同时利用电位分布数据及电场梯度数据的对比与验证，提高检测的准确性。

图1 管道阴保电位分布及电场梯度数据对比与验证

3 结语

随着国家和企业对海底管道安全和海洋环境保护的高度重视，对管道的安全管理提出了更高的要求，在目前国内海底管道检测技术缺乏的形势下，需要研究机构、企业和政府一起联合推进管道检测技术的发展，实现对海底管道的全面检测，为国家能源建设的安全提供保障（图1）。

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1671-0711（2017）06（下）-0173-02