天然气长输管道腐蚀检测技术研究

摘 要：钢制管道腐蚀一直是威胁管网运行安全的首要因素，管道腐蚀常年处于可抢修不可预测的状态。本文对结合中原油田油气储运管理处山东天然气项目部管道外腐蚀检测和内检测技术进行了探讨，认为定期对管道进行外检测和内检测，对管道的破坏进行预期判断，采取有针对性的措施，才能确保管道安全平稳运行。

关键词：天然气管道 内检测技术 外腐蚀检测技术

天然气长输管道除个别管段（如跨越段）外，均采用埋地方式铺设，管道穿越地段地形复杂，土壤性质各异，土壤对管道有着很强的腐蚀性；同时输送的石油和天然气中含有硫化氢、二氧化碳、氯离子及水等多种腐蚀性物质，更加重了管道的腐蚀。由于埋地管道漏损处不易及时发现，维修费用更高。因此，长期、安全和平稳运行是管道的首要任务，而对管道的腐蚀状况进行管道完整性评价，有计划地对其进行维修，是确保管道安全运行的重要保证。目前国内外在埋地管道腐蚀方面已做了大量的研究，开发了各种各样的检测技术。这些技术主要包括管道外腐蚀检测和管道内腐蚀检测两大类。

一、管道内检测技术

管道内检测技术是将各种无损检测（NDT）设备加在清管器（PIG）上，将原来用作清扫的非智能改为有信息采集、处理、存储等功能的智能型管道缺陷检测器（SMART PIG），通过清管器在管道内的运动，达到检测管道缺陷的目的。管道中可以被检测到的缺陷可以分为三个主要类型：一是金属损失，二是几何形状异常，三是裂纹。针对上述三种缺陷类型，各大检测专业公司都根据市场和用户的需要研发了多种检测器，并不断更新换代。内检测器按功能分为用于检测管道几何形状异常的变形检测器，用于检测管道金属损失的金属损失检测器，用于裂纹、应力腐蚀开裂检测的裂纹检测器。

1.金属损失检测技术

漏磁检测技术可检测出腐蚀或擦伤造成的管道金属损失缺陷，甚至能够检测到哪些不足以威胁管道结构完整性的小缺陷，偶尔也可检测到裂纹缺陷、凹陷和起皱。漏磁检测技术应用相对比较简单，对检测环境要求不高，具有很高的可信度。

检测被磁化钢管表面逸出的漏磁，就可判断缺陷是否存在。磁检测技术适用于检测中小型管道，可以对各种管壁缺陷进行检验，检测时无需耦合剂，也不会发生漏检。但漏磁通法只限于材料表面和近表面的检测，被测的管壁不能太厚，抗干扰能力差，空间分辨力低。另外，小而深的管壁缺陷处的漏磁信号要比形状平滑但很严重的缺陷处的信号大得多，所以漏磁检测数据往往需要经过校验才能使用。检测过程中当管道所用的材料混有杂质时，还会出现虚假数据。

2.几何形状异常的检测技术

管道几何形状的异常多因受到外部机械或焊接残余应力造成，通过使用适当的检测装置可以检测各种原因造成的、影响管道有效内经的几何异常现象并确定其程度和位置。

测径器是用于检测、定位和测量管壁几何形状异常的大小。正常的管线，应当有一个圆环型横断面。在管道铺设过程或长期运行中，第三方的干扰可以造成凹陷。常用的测径器使用一定排列的机械抓手或有器械抓手的辐射架。机械抓手压着管道内壁并会因横断面的任何变化引起偏移。捕捉到的偏移信号被转换为电子信号存储到机载的存储器上。将依次运行后的数据取出并使用合适的软件加以分析和显示，从而确定哪些可影响到管道完整性的异常点。

3.裂纹检测技术

裂纹可能由管材的缺陷、材料空隙、夹杂物或凹陷、局部脆性区域及应力、疲劳、腐蚀等造成。裂纹类缺陷是管道中存在的最严重的缺陷，对管道的威胁极大，最适于检测裂纹的技术是超声波检测法。这种检测方法是管道腐蚀缺陷深度和位置的直接检测方法，检测原理简单，对管道材料的敏感性小，检测时不受管道材料杂质的影响，能够实现对厚壁大管径的管道进行精确检测，不受壁厚限制，还能分辨管道的内外壁腐蚀、管道的变形、应力腐蚀破裂和管壁内的缺陷，如夹渣等。此外，超声波法的检测数据简单准确，无需校验，检测数据非常适合作为管道最大允许输送压力的计算，为检测后确定管道的使用期限和维修方案提供了极大的方便。这种方法的不足之处是需要耦合剂，应用于输气管道时较复杂。

二、管道外腐蚀检测技术

在现代管道上，埋地钢制管道的外腐蚀保护一般由绝缘层和阴极保护组成的防护系统来承担。通过对阴极保护系统进行检测。可以判断管道防腐层的损坏程度，从而得到管道受腐蚀的情况。基于这一原理而研究出的检测方法主要有五种：密间隔电位测量、皮尔逊法、变频-选频法、直流电位梯度法、多频管中电流法。

1.密间隔电位测量（CIPS）

通过对全线管地电位的数据处理与变化趋势分析，可了解管道防腐层的总体质量状况；可判断防腐层的状况和阴极保护是否有效；确定管线阴极区、阳极区的分布及可能正在发生腐蚀的位置，评估阳极区的腐蚀状态；测定杂散电流分布情况，判定杂散电流干扰的区域及杂散电流干扰源。

2.皮尔逊法

其原理为：当一个交流信号加在金属管道上时，在防腐层破损点便会有电流泄漏入 土壤中，这样在管道破损点和土壤之间就会形成电压差，且在接近破损点的部位电压差最大，用仪器在埋设管道的地面上检测到这种电位异常，即可发现管道防腐层破损点。

3.变频-选频法

将埋地管道视为单线-大地信号通道，经数学推导，交频信号沿单线-大地传输，方程中传播常数实部含防腐层绝缘电阻。在现场向管道发送频率可变的交流信号，即可测出传播常数。

4.多频管中电流法

多频管中电流法是一项检测埋地管道防腐层漏电状况的新技术，是以管中电流梯度测试法为基础的改进型防腐层检测方法，通过分析管道电流的衰减率变化可确定防腐层的缺陷和漏电状况，从而评价防腐层的优劣。

5.直流电位梯度法

直流电位梯度测量是采用直流脉冲技术与阴极保护技术相结合的埋地管道防腐层缺陷检测技术，通常用于管道防腐层完整性评价。通过埋地上方地表电场的测试、通过对电压梯度的数据处理与分析，就可确定管线防腐层缺陷点位置，根据其腐蚀电流的流向，评估阳极区的腐蚀程度。

6.防腐层检测方法的比较

表1列出了防腐层检测方法的比较，上述检测方法各有优缺点，每一种方法除了其本身的局限性外，与检测人员的素质同样有直接关系，能否深入理解方法的原理，正确的进行检测，准确合理的进行分析等都是得出正确检测结果所必须的。管道防腐层检测应多种方法综合利用，取长补短，并结合开挖检测以及土壤环境的评价，确定防腐蚀系统的有效程度，合理整改。

三、结论

油气长输管道腐蚀一直是威胁管网运行安全的首要因素，管道腐蚀常年处于可抢修不可预测的状态。通过定期对管道进行外腐蚀检测和内检测，为管道的完整性管理提供依据，对管道的破坏进行预期判断，达到预防和控制的作用，确保油气长输管道安全、平稳运行。

参考文献

[1]《油气长输管道风险评价与完整性管理》 化学工业出版社.

[2]《钢铁材料腐蚀与控制技术》 中国海洋大学出版社.