海底管道的失效原因与防治

摘 要：海底管道是海上油田的重要组成部分，其大部分浸没在海泥之中，而有一小部分浸没在海水中，由于海泥和海水中含盐量高，所以海底管道都遭受着海水的强烈腐蚀。海底管道是影响海底管道系统使用寿命的关键因素，本文对海底管道的腐蚀机理进行阐述并对其制定了一系列防腐措施。

关键词：海底管道 油田 腐蚀 使用寿命 防腐

一、引言

海底管道在海上油田系统作为一种输送流体介质的工具，具有很多的优点：其输送量大，而且方便快捷，从经济的角度来考虑它比传统的车运空运更加节约成本。1954年Brown&Root公司在美国墨西哥湾铺设了第一条海底管道，渐渐地世界各国都开始在海底管道上进行了研究。近半个世纪来，海底管道已成为海上油气田开发中油气传输的主要方式。但是由于海底管道所处的地理环境恶劣，海底的温度，氧含量，电阻率，氧化还原电位，有机物的含量，元素的含量（尤其是海底富含重金属），沉积物的紧密程度，沉积物和海水在海床界面的干扰程度以及微生物的种类等因素都会导致海底管道的腐蚀，近来年，由于管道腐蚀而导致的安全事故也层出不穷，美国MMS公司对海底管道失效事件进行了统计，统计结果显示平均每年发生的失效事故多达35例，海底管道失效对油气田的开发有很大的影响，不仅会造成海上油气田停产而且会导致原油泄漏污染环境。所以找到其破裂机理以及制定相应的防腐方案是管道设计过程必不可少的环节。

二、管道的腐蚀机理

国外的学者对国外发生的一些管道失效引发的安全事故进行了分析：Arnold对美国密西西比河三角洲1958―1965年间海底管道失效事故进行了调研（1），发现海床运动和波流冲刷是海底管道失效的主要原因。除此之外，管道的腐蚀，流体的冲刷，机械破坏和第三方的活动，海床运动，材料和焊缝缺陷，海底管道附件失效等因素也是造成海底管道失效的重要原因。下面我们将对其中某些因素进行分析。

1.腐蚀对管道的影响

腐蚀可以分为管内腐蚀和管外腐蚀两大类。管内腐蚀主要是因为管内输送的液体含有水，油，硫等腐蚀性杂质。这些杂质在金属管道发生化学反应会影响管道的强度。尤其是当输送流体富含硫化氢时，硫化氢会造成管道的应力腐蚀开裂，这样很容易使管道折断而产生破坏。管外腐蚀主要是管外电化学腐蚀，在海水中富含盐类电解质溶液，金属中的离子很容易在表面失去，这种腐蚀一般是不均匀的，正是由于这种不均匀性使得管道各处存在电位差，我国学者马良指出电位高的地方往往容易遭受腐蚀而电位较小的地方受影响的程度较小。除此之外，海底管道暴露在空气中产生的大气腐蚀，与硫酸菌还原菌等微生物作用而发生的微生物腐蚀等都是管外腐蚀的范围。海底管道腐蚀后往往造成局部穿孔，慢慢的随着孔隙越来越大导致管道失效的发生。

2.波流冲刷作用对管道的影响

波流对海底管道的作用根据水深的不同大致可以分为三个区段：深水区段，过度区段，浅水区段。一般深水区波流对海底管道的作用不必考虑，只需考虑浅水区范围内的波浪作用即可（3。流体的反复冲刷会使得管道暴露出海底而呈悬跨状态而且会在管道后部释放漩涡引起管道的振动。当悬跨管道的自振频率与漩涡释放频率相等时就会发生所谓的共振。众所周知，发生共振时对管道强度的影响是最大的，共振的发生使得管道在很短时间内就会造成强度破坏。

三、海底管道失效的防治措施

1.选择合理的设计步骤

从上述分析的造成海底管道的失效的腐蚀和波流冲刷等因素其实都是可以通过合理的设计步骤来防止的。比如在设计中我们可以增加管壁的厚度来增强管道的强度；管外涂覆防腐层也是很有效的一个办法，防腐层可以阻止腐蚀性介质对管体本身的腐蚀；阴极防护即是用将管道接在直流电源的负极，电源正极接上辅助阳极这样就形成了阴极保护。除此之外，在管内流体加缓蚀剂的方法也可以防止管道的腐蚀。在外部设计上可以用砂带或者混凝土对管道进行加固。给悬空管道采取固定支撑的方法可以防止管道由于波流冲刷而引起的涡激振动。综上所述，在设计时选取合理的方式可以在很大程度上防止管道的失效。

2.严格控制材料的质量

材料的质量直接决定了材料抵抗破坏的能力，一般在海底管道系统中的材料包括闸门，法兰，垫片等附件已经牺牲阳极块，混凝土等防护材料。在运用这些材料时都应该进行认真地检查对不符合质量标准的材料坚决予以替换。质量不达标的管道直接为海底管道失效留下隐患。

3.定期检查

以上措施都是通过在运行前的准备阶段防护的，其实即使在前面的准备阶段全部都做好了措施，在漫长的运行过程中可能也会出现管道失效的问题，所以定期的检查来及时处理潜在的危险显得尤为重要。根据挪威DnV规范：管道易受损伤的部分以及受海底条件变化影响较大部分通常每年都要进行检测比如管道的支撑和埋设段，其它管道附件以及设备部分至少在5年内检测一次（4，通过对海底管道定期的检查可以排除潜在的隐患，这种办法是保证海底管道在运行期间安全运行的有效手段。

四、结论与展望

1.海底管道由于地处环境恶劣，腐蚀，波流冲刷，机械破坏

等活动对管道强度的破坏影响极大。材料和焊缝的缺陷，海床运动和管道附件的失效是管道破坏的主要原因。

2.通过合理的设计，严格的控制材料质量以及定期的安全监测可以防止海底管道的失效使管道较长时间内安全运行。

3.近年来管道输送越来越被大家所认可，我国重大的工程如南水北调，西气东输等工程都是涉及到管道的穿越江河问题，尽管现在管道失效事故还没有完全消除但是相信在不久的将来，更多的防护方案会被提出，水下管道的安全问题一定会被很好的解决。

参考文献：

[1] Herbich J B. Offshore pipeline design elements[M].New York：

MARCEL DEKKER INC，1981.6-7.

[2]马 良.海底油气管道工程[M].北京：海洋出版社，1987. 20-322.

[3]帅键 于桂杰 管道及储罐强度设计《石油工业出版社》2006

[4]Submarine Pipeline System[R].Norway：Det Norske Veritas，2000