油气管道腐蚀检测与防护

郭文鑫，星志涛

(1.中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院，北京 102249；2.北京中盈盘古智能技术有限公司，北京 100124)

1 油气管道腐蚀检测与防护的必要性

油气运输管道大多都埋藏在地下，地下的环境比较复杂，土壤中含有多种物质，其中酸、碱、盐等物质可能会对管道进行腐蚀。管道一旦被腐蚀而产生破损情况，就有可能会导致油气发生泄漏，原油和天然气等都属于易燃易爆类物质，泄漏后极易引发火灾，造成不可挽回的后果，威胁到周边居住人员的生命财产安全。有研究结果显示，油气管道在使用两年左右的时间就会发生比较严重的腐蚀，因此对油气管道腐蚀进行检测，并采取有效的防护手段是十分重要的[1]。及时检测能够在问题发生之前就对管道中腐蚀较严重的部分进行修补，防止油气泄漏的情况发生。而有效的腐蚀防护措施也能够在一定程度上延长油气管道的使用寿命，一方面能够更高效地防止事故的发生，另一方面也能降低成本，提高企业的经济效益。

2 油气管道腐蚀原因简析

目前影响油气管道腐蚀主要有两个方面：一方面是油气管道自身材质在防腐蚀上能够起到的作用；另一方面就是油气本身以及管道所处环境中的物质对管道的腐蚀作用[2]。目前的油气管道基本都是金属材质的，根据金属自身的性质，活泼金属比较容易被腐蚀，但造价相对较低，而不活泼金属稳定性较强，不容易被腐蚀。但采用这样的制造成本就会大大提升，降低企业的经济效益，因此合金材料是油气管道中最常用的。而在合金制造的油气管道中，单合金制造的管道耐腐蚀性会高于多合金制造的管道。而且管道制造工艺不同，也会导致管道防腐蚀性能有一定的差别，光滑的金属材料制成的运输管道耐腐蚀性能就会更高一些。

油气本身和管道所处环境中的物质是造成管道腐蚀的主要原因，管道中运输的原油和天然气并不是统一标准的，不同地区、不同油田、不同工艺所开采出的油气质量就会不同，质量好的油气中杂质较少，水分含量较低，对管道的腐蚀就相对较弱，而杂质含量多、油气之外的化学物质未被清除干净，就会更加容易对管道进行腐蚀。管道长年埋于地下，难免会与二氧化碳、硫化氢等酸性物质反应，这些反应会导致管道发生严重的腐蚀现象。因此要想减少油气管道的腐蚀，应当在制造管道时，选用不易被腐蚀的合金，采取更好的加工工艺，保证管道本身的质量，同时在油气开采后简单进行加工再运输，减少油气对管道的损害。除此之外，还需要在管道之外设置一定的防护，防止土壤成分对管道的侵蚀，综合这些方法对管道进行保护，才能够实现更好的防护效果。

3 油气管道腐蚀监测技术

3.1 变频选频技术

变频选频技术使用的时间较长，技术也相对比较成熟，主要是对油气管道防腐层中的绝缘电阻进行测量，通过比对测量结果与相关标准，发现防护层中出现的问题，及时对问题进行解决。这种技术使用比较简单，因此具有方便快捷的优点，而且通过这种技术还能够精确到管道的每一段，准确性比较高，结果也比较真实，因此目前在实际检测过程中应用十分广泛。但是由于这种技术没有办法准确测量电阻值，因此对一些相对比较细小的腐蚀情况检测效果较差。而且对较长的管道，这种方法的检测也会出现偏差，这是变频选频技术在实际应用中存在的一些缺陷。

3.2 人体大地电容法

人体大地电容法是通过给管道施加交变电流，用探测仪对交变电流产生的磁场进行检测，能够显示出管道的走向和具体状况。当油气管道被腐蚀时，管道的防腐层就会出现缺口，缺口处向大地泄漏一部分的电流，这部分电流也会形成交变电场。而人体站在交变电场中，每个人都具有交变点位，其中如果两个人体分别位于缺陷位置以及无缺陷的管道旁时，探测仪中会显示接收到的信号幅值最大，这样就能够检测出油气管道中腐蚀严重的位置。这种方法在实际应用中对检测员的操作要求较高，且检测员本身需要有一定的专业知识，才能够完成检测。而且由于技术本身的限制，信号发射位置的选择会对检测结果产生较大的影响，如果检测位置不合理，检测出的内容与实际情况存在较大的偏差。因此这种方法虽然在现场应用时表现不错，但由于这些缺点的存在，难以进一步发展。

3.3 PCM技术

PCM技术是通过PCM发射机向油气管道发射定位电流，电流经管道传送到接收机的位置，接收机对管道传送的电流变化状况进行分析，就能够准确地评估管道的腐蚀情况。如果管道腐蚀情况较少，管道防腐层本身具有一定的绝缘作用，管道传送的电流到达接收器时衰减较少，但如果管道腐蚀严重，大量的电流就会经腐蚀部位流失，接收器接收到的电流信号衰减就越大[3]。这种技术相对于其他技术来说，对工作人员的专业知识要求不高，同时也能够有效检测出管道中防腐层损坏情况以及损坏部位，应用效果较好。

3.4 超声波检测技术

当油气管道发生泄漏时，在泄漏处会产生涡流，涡流就会伴随着一定的超声波波段产生，从而被超声波检测技术检测到。在实际应用时，可以用超声波检测仪对油气管道进行扫描，如果出现泄漏，就能够通过耳机听到泄漏的声音，在仪器上也会出现数位信号变化泄漏位置越近，这种变化越明显，而且超声检测仪器的声波频率越高，对油气管道因腐蚀而导致的泄漏检测准确率越高。超声波检测在应用时比较简单，而且测得结果的准确率高，但是对设备有一定的要求，而且目前只应用于直径较大的管道，限制了这项技术的发展。

4 油气管道腐蚀防护技术

4.1 科学选取管道防腐材料

管道本身的材料选择是保证管道使用寿命的基础，防腐材料需要具备一定的电绝缘性，在实际使用时体现出透气性、黏合性，最重要的是在地下环境中需要有较强的耐酸碱性。在防腐材料的选取上，需要参考当地的土壤环境、油气质量，针对性地进行选择，从而使防腐材料能够更好地适应所处环境，表现出较好的防腐蚀效果。其中管道可以使用耐腐蚀的管材，降低管道的腐蚀速率，而管道附件则可以使用碳钢材料，需要注意的是，碳钢材料本身的防腐蚀能力较差，管道公司需要定期进行检测，当发现附件出现严重腐蚀时，及时进行更换[4]。

4.2 管材镀层技术和阴极保护技术的应用

管材镀层技术主要是通过在管材表面用电热喷涂等方法喷涂环氧粉末，从而达到耐热、耐腐蚀、耐冲击等效果。原油和天然气的成分复杂，由于开采技术和开采油田的不同，油气中还可能会含有各种杂质，加重管道的腐蚀，油气中含水较多时，还有可能会使管道出现开裂的情况。目前比较常用的是三层聚乙烯技术，对于管径变化较小的管道而言，三层聚乙烯能够较好地应对各种环境。油气在运输过程中会出现温度升高等情况，因此需要涂层本身的物理性能较强，在材料的选取上，硬质聚氨酯泡沫塑料能起到良好的保温作用，也能够提升管道强度，防止地下水的渗入。阴极保护技术是利用化学电解池的原理，通过外加电流对电化学意义上的阴极进行保护，阴极保护法能够大大降低管道在土壤下的腐蚀情况，与管材镀层技术结合能够起到很好的保护作用。在实际应用时需要注意，工作人员需要对土壤成分和地下水中各种物质的含量进行研究，对管道所处环境进行充分了解，然后再结合具体情况确定阳极和阴极，再把管道作为阴极，利用外加电流保护起来。

4.3 缓蚀剂防腐技术

缓蚀剂防腐技术目前在管道防腐的过程中应用十分广泛，主要是通过改变腐蚀过程中阳极或者阴极反应的机理，从而实现减缓腐蚀的目的。缓蚀剂一般是在管道生产的过程中添加，较低的浓度就能够达到很好的缓蚀效果，而且基本上不改变管材本身的介质体系，在实际的应用中，缓蚀剂防腐的效率也很高，能够较大程度上延长管道的使用寿命，达到降低成本、较少原材料的效果。需要注意的是，在添加缓蚀剂时，需要结合管材所处的环境进行具体规划，不同的腐蚀体系所使用的缓蚀剂也不完全相同，而且缓蚀剂的添加工艺也会对防腐蚀效果产生较大的影响，在使用时不能生搬硬套，应根据实际情况确定。

4.4 缩减加热蒸汽能耗技术

在油气运输过程中，温度的控制非常重要，温度过高会在运输中产生大量的热量，能量的消耗增大，但温度过低又会增大石油和天然气的粘度，导致输送功率增大。因此在运输过程中缩减加热蒸汽能耗技术，将能量消耗过程中增大的功率减小一部分，同时将输送功率减小的程度降低，从而实现降低能耗的目的。

5 结语

综上所述，由于油气运输管道所处的地下环境复杂，容易产生腐蚀、破损等问题，管道一旦破损，就会有可能会出现油气泄漏甚至导致火灾的发生，威胁到周围居住人员的生命财产安全。造成油气运输管道发生腐蚀主要是由于管道本身材料防腐蚀的性能较差、管道内外环境比较复杂。因此油气运输企业应当针对性地加强油气运输管道的防腐蚀性能，通过各种方法对管道腐蚀情况进行检测，及时发现管道中腐蚀严重的部位并进行修补，防止事故的发生，保证油气资源安全、稳定地供应。