FPSO工艺管线常见损伤模式及其检测方法

魏雷，纪玉磊，张伯莹，冯立卫，徐真军

（1.中海石油技术检测有限公司；2.中海石油（中国）有限公司，天津 300452）

浮式生产储卸油装置(FPSO)是深海油气田开采流程中重要的油气处理设施，作为FPSO上的重要组成部分，工艺管线的稳定运行对深海油气田的安全生产至关重要，研究FPSO上工艺管线的损伤模式、掌握有效的检测方法，对FPSO工艺管线的隐患防治工作意义重大。

1 FPSO工艺流程简介

FPSO工艺流程由主要工艺流程和辅助工艺流程组成。其中主要工艺流程由原油处理、生产水处理和天然气处理流程组成，承担油气水分离的任务；辅助工艺流程包括海水系统、锅炉热媒系统、排放系统和空气系统流程等，承担为主要工艺流程换热、泄放、控制等辅助任务。原油处理流程是将原油从油气水混合物中分离，通过分离、换热、脱水处理，使其满足储存、输送和外输的要求。经原油处理流程分离出的生产水，通过生产水处理系统使其含油量达标后回注，除油方式有用重力分离、聚结除油、浮选、离心分离、吸附等。经原油处理流程分离出的天然气，通过天然气处理系统压缩和脱水处理后供用户使用。压缩处理是使用压缩机加压至供应条件，脱水处理是通过降温分离和吸水剂吸收，减少水分在集输和使用中产生的不利影响。

2 FPSO工艺管线常见损伤模式识别

2.1 冲蚀

冲蚀在FPSO工艺管线中主要发生于原油处理流程、生产水处理流程、海水系统流程。常见于介质流向发生变化的管件、减压阀或截止阀的下游处、泵出入口附近等。损伤形态是位于管线内壁的局部腐蚀，形成蚀坑、凹槽、犁沟和凹谷状形貌，且具有一定方向性。俄斐等认为，管线冲蚀是冲蚀磨损与化学腐蚀的共同结果，损伤位置在管道的迎流侧。

2.2 二氧化碳腐蚀

二氧化碳腐蚀在FPSO工艺管线中主要发生于锅炉热媒系统流程、空气系统流程、原油处理流程。常见于加热器蒸汽出口管线、锅炉给水管线、锅炉冷凝水回水管线、未干燥处理的空气管线低点、混输管线等。损伤形态是局部腐蚀，形成蚀坑或蚀孔，紊流区可能形成较深的点蚀坑和沟槽。单丙娟等认为，介质中溶解的二氧化碳与钙离子、二价铁离子反应形成垢物,介质中的碳酸在垢下与管壁金属反应，导致壁厚减薄。

2.3 有机酸腐蚀

有机酸腐蚀在FPSO工艺管线中主要发生于以乙二醇为载冷剂的海水冷媒系统流程、以乙二醇为脱水剂的天然气系统流程。常见于冷却水管线，天然气制冷器液相出口的富乙二醇管线等。损伤形态为均匀腐蚀，当介质存在局部浓缩时表现为局部腐蚀或沉积物下腐蚀。林建锋认为，在乙二醇溶液中溶解氧时，乙二醇被氧化成有机酸腐蚀管壁。曹秀清等认为，富乙二醇溶液中一价盐的析出会增加溶液粘度，管线中易形成结垢和腐蚀。

2.4 冷却水腐蚀

冷却水腐蚀在FPSO工艺管线中主要发生于海水冷媒系统流程。常见的金属材质冷却水系统管线都存在冷却水腐蚀现象。从碳钢被冷却水腐蚀的情况分析，在受到冷却水腐蚀下，腐蚀处多呈现出均匀的特征，如碳钢以缝隙腐蚀、微生物腐蚀的情况下，则多成纤维局部腐蚀的特征，具有一定的分辨性；在易形成冲蚀的管线部位，其形态呈波纹状腐蚀或光滑腐蚀坑。王刚认为，石化装置中的冷却水腐蚀属于电化学腐蚀。赵亚红等认为，碳钢管道的冷却水腐蚀以微生物腐蚀为主。

2.5 微生物腐蚀

微生物腐蚀在FPSO工艺管线中主要发生于生产水处理系统流程、排放系统流程，原油处理系统管线。常见于介质流速较低的管线底部或者管线内介质流动死角处。损伤形态为局部腐蚀，发生于管道沉积物下或微生物簇团处，碳钢管线表现为杯状点蚀，不锈钢管线表现为表面蚀坑。田丰等认为，阴极去极化理论和微生物电化学腐蚀理论是目前主要的用于微生物腐蚀机理解释的理论。

2.6 大气腐蚀

大气腐蚀在FPSO工艺管线中主要发生于所有碳钢材质管线，常见于保冷管线、管线保温破损处、管支架处、与竖直管线底部相连的水平管线处等。大气对工艺管线的腐蚀不可忽视，尤其是针对无保温层的工艺管线来说，在受到大气腐蚀下会直接影响到管线的正常使用，大气腐蚀无保温层工艺管线多呈现出均匀性的特征；而对于有保温层的管线来说，在受到大气腐蚀下，其腐蚀的位置多层先出局部腐蚀的特征，对于奥氏体不锈钢材质管线，还可能发生氯化物应力腐蚀开裂。

2.7 氯化物应力腐蚀开裂

氯化物应力腐蚀开裂在FPSO工艺管线中主要发生于原油处理流程和天然气处理流程，常见于奥氏体不锈钢材质管线的焊缝热影响区。损伤形态多呈有分叉的树枝状裂纹，裂纹起源于表面，无明显腐蚀减薄。杨宏泉等认为，奥氏体不锈钢材料在氯化物溶液中发生电化学腐蚀，在应力作用下形成开裂，新开裂处作为阳极活性溶解质点，在应力作用下逐渐扩展。

2.8 湿硫化氢破坏

FPSO工艺管线的湿硫化氢破坏主要发生于原油处理流程、生产水处理流程和排放系统流程。应力导向氢致开裂的损伤形态是延厚度方向的裂纹，由不同深度的平行表面裂纹延厚度方向相连形成；硫化物应力腐蚀开裂的损伤形态是在管线内表面起裂，延厚度方向扩展。湿硫化氢破坏均是由氢原子扩散进钢材内部造成的，应力导向氢致开裂裂纹是由于拉应力和氢压的共同作用产生。硫化物应力腐蚀是由硫化氢溶液对金属的腐蚀、拉应力和氢压的共同作用产生。

3 FPSO工艺管线的检测方法

在损伤模式识别的基础上，可通过无损检测的方式排查工艺管线的损伤。由于每一种检测方法对不同损伤形态的检测灵敏度不同，检测人员可根据特点有针对性地选用检测方法。

3.1 目视检测（VT）

VT是检测人员通过直接或间接目视观察发现损伤的检测方法。对于管线外表面的损伤，可通过肉眼或放大镜辅助直接进行，用于发现工艺管线外表面的腐蚀减薄和明显表面开裂；对于管线内表面的损伤，可通过工业内窥镜间接进行，用于发现工艺管线内表面的腐蚀减薄。VT原理简单、易于掌握，检测结果直观、真实。但对于需要进行内表面损伤检测的工艺管线，检测前应关停工艺系统并清洗内表面；检测系统灵敏度受照度、颜色、像素的影响大，容易发生漏检；对于有保温层的工艺管线，进行外表面损伤检测之前需要拆除保温层。间接目视检测技术近年来发展迅速，集内窥镜、管道爬行器、缺陷测量系统于一体的检测系统已广泛应用于FPSO工艺管线的检测工作中。

3.2 超声检测（UT）

UT是利用超声波对管壁内部或内表面损伤进行检查的检测方法。利用超声波探伤仪可发现工艺管线的内部开裂和内表面开裂，也可发现工艺管线内壁局部腐蚀，利用超声波测厚仪可进行管线壁厚测量，通过与设计壁厚对比，可发现工艺管线的均匀腐蚀。UT灵敏度高、速度快、成本低、测量结果准确可靠。但损伤显示不直观，对待测部位表面状态要求高，对于操作人员的技术和经验要求较高。除常规的脉冲反射式超声波检测/测厚技术外，相控阵超声波检测技术（PAUT）通过增加扫查探头数量明显提升检测效率，电磁超声测厚技术（EMAT）可对外表面轻度腐蚀的工艺管线进行壁厚测量，超声导波检测技术（GWT）可在不破坏保温层的条件下对整条直管段的局部腐蚀情况进行粗筛查。目前超声检测是FPSO工艺管线检测领域最主要的检测方法。

3.3 电磁检测

电磁检测是利用导磁性管壁材料在电磁场中出现的电磁特性变化来判断管壁损伤的检测方法。电磁检测方法种类较多，磁粉检测（MT）、交流电磁场检测（ACFM）可发现工艺管线的外表面开裂；脉冲涡流检测（PECT）可发现内外侧管壁的局部腐蚀。MT是表面开裂的首选检测方法，灵敏度高、操作简单，但对管线外表面状态要求高，检测效率较低。ACFM、PECT速度快、对工况要求低，PECT无需拆除管线保温，但两种检测方法操作复杂，检测干扰因素多，灵敏度低。MT技术已较成熟，ACFM和PECT仍有很大的进步空间，尚未实现自动化、智能化、标准化是其市场化应用的最大阻碍。

3.4 小结

根据各检测方法的适用性，结合FPSO工艺管线在不同损伤模式下的损伤形态，我们对FPSO工艺管线基于损伤模式的检测方法总结如表1。

表1 FPSO工艺管线基于损伤模式的检测方法

4 结语

基于损伤模式的检验方式针对性强、可靠易行，已在FPSO工艺管线的维保工作中得到广泛应用。近年来，一些检测机构在基于损伤模式的检验方式基础上引入风险管理理念，提出了基于风险的检验方式，将成为FPSO工艺管线检验的发展方向。