工业煤气管道局部腐蚀检测及复合材料修复方法

杨煜广 顾素兰 何 磊

（上海金艺检测技术有限公司）

工业煤气管道局部腐蚀检测及复合材料修复方法

杨煜广*顾素兰 何 磊

（上海金艺检测技术有限公司）

随着使用年限的增加，工业煤气管道尤其是高炉煤气管道由于管道内壁局部腐蚀引起的泄漏事故时有发生。主要针对高炉煤气管道的局部腐蚀缺陷，介绍了一种有效的检测方法，并结合实例介绍了采用复合材料在不停输情况下对管道缺陷进行修复的方法。

煤气管道 局部腐蚀 检测 修复 超声波 碳纤维

0 前言

工业煤气管道数量较多，其煤气介质包括高炉煤气（BFG）、 焦炉煤气（COG）、 转炉煤气（LDG）和CRG等。大部分管道中煤气介质的压力远低于0.1 MPa，未纳入特种设备的压力管道管理范畴。

由于煤气成分复杂，主要包括H2，CO，CO2，CH4，O2， N2，H2S， NH3，HCN， NO，还有水、 氯化铵、萘、焦油等。其中，CO2、H2S等气体与煤气冷凝水结合易形成酸性腐蚀环境[1]，特别是高炉煤气管道，极易造成管道的内壁腐蚀。管壁表面尤其是腐蚀孔洞及周围区域的管壁内表面，往往有一层很厚的（1～3 mm左右）、疏松多孔的腐蚀产物。这些腐蚀产物与管壁基体没有明显的分界面，用工具可以很容易地将这些黄褐色腐蚀产物从管内壁剥下。将腐蚀产物从管内壁剥除后，裸露的管壁不是平整光滑的，而是呈 “蜂窝状”和 “溃疡状”，通常在一个相当大的凹坑内有许多密集的小凹坑或小蜂窝。

通过对管道内壁腐蚀情况观察可知，管道内壁腐蚀既有大面积的 “均匀腐蚀”，也有严重的 “局部凹坑腐蚀”，而 “局部凹坑腐蚀”的危害更为严重。内壁腐蚀是最具有破坏性和隐藏性的管道腐蚀形态之一，常常使得管道在整体失重还很小的情况下，形成穿孔产生泄漏。

近年来，由管道局部腐蚀引起的穿孔泄漏情况时有发生，严重影响了管道的安全运行，因此，有必要定期对管道进行局部腐蚀检测。对于管道内壁的局部腐蚀，普通的巡检无法从外观上判断，只有采用专业的检测手段才能实现。

1 检测方法

由图1可见，管道内壁的 “局部凹坑腐蚀”呈点状分布，如采用常规的超声测厚，较难检测到点状腐蚀的严重区域。因此，采用超声C扫描技术进行检测，可以在不停机的情况下对煤气管道点状的局部腐蚀进行精确定位和定量。

图1 煤气管道内壁的局部腐蚀

超声C扫描检测技术是一种利用超声波的声学特性并结合运动编码信息，通过电脑集成化系统，对超声信号进行一系列的分析处理，获得缺陷在不同深度层面上的二维声学图像的先进检测方法，图2所示为超声C扫描检测系统。从所显示的二维图像上可以直观地看到在一定深度层面上缺陷的形状、位置、分布及取向。根据缺陷图像和所选择的扫描参数可以得到缺陷在层面各个方向上的尺寸，包括长度、宽度及单个分散缺陷的大小、密集缺陷的分布范围等。此种方法检测可对所检区域进行100%检测，检测点状局部腐蚀的有效性和数据准确性高。

应用此方法，对某高炉煤气管道进行了检测，该管道规格为Ø4 000 mm×10 mm，材料为碳钢，检测面积为1 500 mm×330 mm，如图3所示。检测采用的超声C扫描检测系统，由Pocket UT主机、Motorized（automated）X-Y scanner自动爬行扫查器组成。使用该系统检测时，自动喷水耦合、自动爬行扫查。超声C扫描检测结果详见图4，检测数据分析可见表1。

图2 超声C扫描检测系统

图3 煤气管道检测现场

图4 超声C扫描检测2D图

表1 检测数据分析汇总

从数据分析来看，检测部位局部腐蚀减薄量已超过管道公称壁厚的20%，且腐蚀减薄量达到并超过公称壁厚20%的点面积之和，占所检面积的22.4%。

2 在线修复方法

对于检测到的内壁严重腐蚀的煤气管道，应进行修复。由于生产原因，煤气管道常需要进行不停输修复。

煤气管道常规的修复方法包括焊接修复、带压堵漏、钢板局部托补、环氧树脂包覆及整体更换等。这些方法都有各自的局限性，如焊接修复方法通常在停输状态下进行，对于焊缝泄漏及薄壁管体缺陷修复，在线焊接修复存在巨大的安全隐患；带压堵漏是一种临时性的补救方法；钢板局部托补修复，会增加管道自重，影响管道应力分布及支架沉降；环氧树脂包覆老化速度快，会导致管道短期内再次泄漏的发生；整体更换成本高，需要停机，影响连续生产。上述几种修复方法的特点可见表2。

现综合考虑待修复管道的实际情况，选择碳纤维复合材料包覆修复。碳纤维复合材料包覆修复主要是利用碳纤维复合材料的高强度特性，采用粘接树脂在含缺陷的管道部位缠绕一定厚度的纤维层，树脂固化后与管道结成一体，从而恢复含缺陷管道的承载能力。碳纤维复合材料弹性模量高，且与钢的弹性模量较接近，有利于碳纤维复合材料尽可能多地承载管道压力，降低含缺陷处管道的应力水平，补强层与管道具有非常好的变形协同性。通过对含缺陷管道进行碳纤维复合材料补强，可以起到降低缺陷处的应力、降低缺陷处的应变以及恢复管道承压能力的作用。碳纤维复合材料补强修复具有不需要动火焊接、工艺简单、施工迅速、操作安全、使用寿命长、可实现不停输修复以及成本相对较低等优势。

本文应用碳纤维复合材料修复方法，对某煤气管道局部腐蚀进行了修复，详见图5～图7。修复流程：管道外部涂层及打磨修光处理——管道外部缠绕浸润了粘接胶的碳纤维复合材料——管道外部防腐及抗老化处理。

图5 管道修复前

图6 使用缠绕碳纤维复合材料修复管道后

表2 几种修复方法的特点

图7 管道修复后的外部防腐处理

管道外部涂层及打磨修光处理，需彻底地除掉管道表面所有松动（或翘起）的氧化皮、疏松的锈、旧涂层及其它污物。清理后管道表面几乎没有肉眼可见的油、油脂、灰土、松动的氧化皮、疏松的锈和旧涂层。

其中，本案例采用的是单向碳纤维复合材料，共缠绕三层，里、外二层环向缠绕，中间层为轴向缠绕。单向碳纤维复合材料技术指标可见表3。缠绕碳纤维布时，必须反复滚压，使粘接胶充分浸透碳纤维复合材料，在碳纤维复合材料和粘接胶之间不得留有气泡，以确保无鼓泡现象出现。

修复后的管道长期暴露在室外，在紫外线的照射下，易使修复材料耐腐蚀性变差，且易老化，影响修复补强的使用寿命。为了使管道能安全运行20年，当复合材料完全固化后，还要进行抗紫外线、抗老化涂层处理，这样可有效防止材料老化和紫外线的影响，使修复部位具有期望的使用寿命。

表3 单向碳纤维复合材料技术指标

3 结论

针对高炉煤气管道的局部腐蚀问题，应用超声C扫描检测技术，可有效地提高腐蚀缺陷的检出率。同时应用碳纤维复合材料包覆修复方法，可实现煤气管道局部腐蚀缺陷的快速、不停输修复，且不需要动火焊接，保证了煤气管道的安全可靠运行。

[1]王发贤，王晓梁.钢厂高炉煤气管道泄漏原因分析及修复 [J].化工安全与环境，2012（14）：14-15.

2017-04-24）

国内首创碳纤维耐腐蚀泵在大连花园口投产

2017年8月24日，由大连富鼎碳素装备有限公司自主研发并生产的碳纤维耐腐蚀泵通过辽宁省技术监督局组织的专家审核和产品抽样检验，取得全国工业产品生产许可证，按订单首批100多台产品正在加紧生产。这标志着国内以碳纤维复合材料制造耐腐蚀泵等化工设备并形成产业化生产，花园口“国家高技术产业新材料基地”取得新突破。

大连富鼎碳素装备有限公司介绍，自2011年开始，富鼎公司建设碳纤维复合材料装备生产线项目，在国内首次研制生产碳纤维复合材料耐腐蚀泵。碳纤维复合材料耐腐蚀泵是在采用国外先进的水力模型技术的基础上，引入具有重量轻、强度高、耐酸腐蚀、振动阻尼小等优点的新材料体系和特殊工艺，为国内首次研制，其生产技术已获国家专利。据悉，碳纤维复合材料被誉为21世纪的“新材料之王”，具有高强度、耐高温、耐腐蚀等特点，可实现对钢铁、铝合金等传统材料的替代，被列入我国《新材料产业“十二五”发展规划》，国家重点支持。（钱松）

国内首套多塔流程CO/H2深冷分离装置成功开车

最近，由杭州杭氧股份有限公司石化工程公司研发设计、制造的属于阳煤集团寿阳化工有限责任公司的20万t/a煤制乙二醇项目CO/H2深冷分离装置多塔流程顺利调试成功，并生产出合格的CO产品。之前此类装置一直依赖从国外进口，其成功运行标志着国内第一套自主研发的多塔流程CO/H2深冷分离装置由杭氧公司实现了自有技术产业化。CO/H2深冷分离装置多塔流程主要用于煤制乙二醇，合成醋酸、甲酸，煤制合成气、焦炉气，以及费托合成等。将化工尾气进行CO/H2深冷分离，得到的CO纯度能够达到99%以上，回收率高，可满足多种化工产品的合成气要求。（江镇海）

Detection of Industrial Gas Pipeline Local Corrosion and Repair Method of Composite Material

With the increase of service life,leakage accidents of industrial gas pipelines,especially blast furnace gas pipelines,had occurred because of local corrosion on the inner wall.In view of the local corrosion defects of blast furnace gas pipeline,an effective detection method was introduced.Combined with a practical example,the method of repairing the pipeline defects under the condition of continuous transmission was introduced.

Gas pipeline;Local corrosion;Detection;Repair;Ultrasonic;Carbon fibre

TQ 050.9

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.10.014

Yang Yuguang Gu Sulan He Lei

*杨煜广，男，1971年生，工程师。上海市，201900。