在役管道完整性评估技术应用

【摘要】近年来，腐蚀问题越来越受到人们的重视，特别是对含H2S气体的油、气井在生产、集输、处理过程中的腐蚀问题更加重视。H2S气体属剧毒性气体，溶于水生成弱酸，造成管线、设备腐蚀。同时H2S水溶液对钢材电化学腐蚀的另一产物是氢，被钢铁吸收的氢原子，将破坏其基体的连续性，从而导致氢损伤。在含H2S酸性油气田上，氢损伤通常表现为硫化物应力开裂（SSC）、氢诱发裂纹（HIC）和氢鼓泡（HB）等形式的破坏。为减少和避免因腐蚀造成的安全事故的发生，开展无损检测工作，将具有非常重要的意义。管道内壁因输送介质的腐蚀性而出现减薄，局部也可能会出现较严重的蚀坑。通过内腐蚀检测，可发现因腐蚀引起的多种管道内部缺陷，这些缺陷是影响安全生产的隐患。通过检测发现这些隐患，并进行及时的更换，可预防管道泄漏等事故的发生。剩余壁厚是评价管线安全性能的重要指标。当管线剩余壁厚不能满足安全生产的要求时，就需要及时更换。通过无损检测技术，在不停产、不破坏管道的情况下，实现对管道的检测，查找安全隐患，预测管道剩余寿命，提前做好管线维护计划。

【关键词】在役检测；完整性评估

1.引言

近年来，伴随国际、国内管道管理运营理念的不断完善，管道完整性管理已经成为管道公司经营和决策者的重要参考依据。管道管理运营公司通过跟踪不断变化的管道腐蚀因素，对管道运营中面临的风险因素进行识别和技术评价，制定相关的风险控制对策，从而将管道运营风险降到最低；对可能使管道失效的主要威胁因素进行检测、检验，据此对管道的适应性进行评估，最终达到持续改进、减少和预防管道事故发生、经济合理地保证管道安全运行的目的。

2.管道完整性评估技术类别及效果

2.1 埋地管线非开挖检测

（1）待检管线基础原始资料的收集。

（2）埋地管线环境调查与土壤腐蚀性检测。

a.管线整体环境分布评价；

b.管线附属设备普查与检测；

c.土壤腐蚀性及主要理化性质的检测。

（3）管线定位与埋深检测，对异常点做标记。

（4）管道外防腐层检测，推荐使用PCM法。主要内容包括：

a.防腐层缺陷分布规律，破损点定位；

b.管道外防腐层平均绝缘电阻率检测；

c.管道外防腐层综合分析与评估。

2.2 埋地管线局部开挖检测

（1）开挖点选点要求

间接检测结果的评价等级：

一类：腐蚀可能正在进行的点，正常的情况运行条件下可能对管道构成近期的危险。

①存在多个相邻“严重”等级的点。

②两种以上间接检测和评价均为“严重”等级的点。

③同时存在“严重”、“中”等级的点，结合历史和经验判断有可能出现严重腐蚀的点。

二类：腐蚀可能正在进行的点，正常运行条件下肯能不会对管道构成近期危险。

①孤立并未被列入一类“严重”等级的点。

②只存在“中”等级点的集中区域，并以往有腐蚀事故记录。

三类：腐蚀活性低的点，正常运行条件下管道发生腐蚀的可能性极低。

3.在役管道完整性评估方法

3.1 管道外腐蚀层测试——PCM技术

PCM通过管中电流法和地面电场法实现管道外防腐层的检测和评价。PCM发送机给管道施加近似直流定位电流，接受机在地面管道上方跟踪、采集该信号，便能测绘出管道上各处的电流强度。由于管道防腐层存在弱而稳定的导电性，在管道外防腐层完好时，随着检测距离的增加电流强度呈指数衰减规律。在管径、管材、土壤环境不变的情况下，管道的防腐层的绝缘性越好，施加在管道上的电流损失越少，衰减越慢；如果管道防腐层损坏，绝缘性变差，管道上电流损失就越严重，衰减就越快。通过建立评价模型计算出防腐层绝缘电阻值Rg，按照标准SY/T 5918-2004《埋地钢质管道沥青防腐层大修理技术规定》如表3-1评价防腐层的等级。

3.2 A型架工作原理——地面电场法（ACVG）

地面电场法是使用一个灵敏的毫伏表（A型架），与PCM同步使用，测量插入地表的两个电极在地表水平的电压梯度平衡时的输出值。两个电极相距为55厘米，当其中一个极的电位比另一个高时，仪器就由此给出漏点方向并计算出电位的梯度值。

为了便于解释和消除管道自身、大地电流及其他的电干扰，该方法同时将两个频率的交变电信号加载到管道上。测量时，操作员沿管道的路由以一定的间隔，将电极插入地面，仪器的面板上会有一个方向箭头指示管线上破损点的位置，当跨过破损点时，箭头会变向，靠近破损点时，箭头稳定，并有相应的电场强度分贝值，指示出漏点的大小。当操作员继续前进而远离破损点时，而且电场强度的分贝值随着远离而逐渐变小返回复测，仔细追踪漏点，可以找到方向变化的确切位置，此时漏点就两个电极的中间位置。

3.3 直流电位梯度（DCVG）测量原理

DCVG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。其原理为：一个直流信号如阴极保护信号，加载到管道上之后，当管道的防腐层存在破损时，电流通过管道破损点向土壤中流去；由于土壤的电阻存在，在破损点周围的土壤中电位梯度就随之形成，在接近破损点的部位电位梯度增大，电流密度也随之增大。一般情况下，破损面积越大，电流密度也就越大，电压梯度也就越大。直流电压梯度法使用一个灵敏的毫伏表来显示两个Cu/CuSO4电极之间的差异，这两个电极插在同一地平面上。当这两个电极以间隔2米放置，其中一个电极将比另一个电极更具有活性，这样就可以确定引起电压梯度的梯度数值和电流的大小。

3.4 土壤腐蚀性测试

石油在开采和输送中大量地应用了钢质管道，一般埋地钢质管道在土壤作用下常发生严重的腐蚀穿孔，造成油、气、水的跑、冒、滴、漏。不但造成经济损失，而且可以引起爆炸、起火、污染环境等。土壤腐蚀性是综合判断埋地管道腐蚀与防护技术状态必不可少的重要指标之一，而且土壤是由固相、气相和液相三相构成的不均一多相体系，其影响因素众多，相互关系复杂。土壤环境中的金属构筑物的腐蚀属于电化学范畴，腐蚀原电池是最基本形式，因此能够促进腐蚀电池，影响腐蚀电池土壤理化性能的都能左右土壤的腐蚀性。

本次检测选择以下几个方面来调查土壤腐蚀性。

（1）土壤电阻率；

（2）土壤自腐蚀电位；

（3）pH值；

（4）土壤含水率。

3.4.1 土壤腐蚀特点及腐蚀分级

由于土壤具有多相性和不均匀性，并且具有很多微孔可以渗透水及气体，因此不同土壤具有不同的腐蚀性，又由于土壤具有相对的稳定性，使得土壤腐蚀和其他电化学腐蚀过程不同。在土壤中，氧的传递通过土壤空隙输送，其传送速度取决于土壤的结构和湿度，在不同的土壤中氧的渗透率会有很大差别。在土壤中除具有可能生成的多相组织不均一性有关的腐蚀微电池外，还会因土壤介质的宏观差别而造成宏腐蚀电池。宏腐蚀电池的种类有：

①长距离输油管道穿越不同土壤形成的宏腐蚀电池。

②管体不同材料差异埋在土壤中产生的宏腐蚀电池。

③由于管道埋深不同，上、下部土壤的密实性，含氧等差别造成管道上下部电极电位不同形成宏腐蚀电池。

3.4.2 本项目完成土壤腐蚀性检测项目

（1）土壤电阻率；

（2）土壤埋地试片腐蚀速度测试（埋地3个月）。

3.5 声波测厚

声波测厚的原理，是利用声波在板材上下表面返回的时间差来计算板材厚度的，主要用于检测板材的平均厚度。

对于管道，以焊缝、法兰等为标志物，测厚截面的位置以距这些标志物的距离（如与焊缝距离为L）来记录，并按流程方向顺序编号（如A、B、C），截面绕管壁一周每60度一个点，按时针编号（1-6），一般是水平管段截面的顶点为1#点。

在弯头处测厚，按流程方向分别测量五个截面，截面位置定为焊缝两侧及弯头正中位置，并按流程方向来按顺序编号（A、B、C、D、E），每个截面测六点，并按顺时针方向编号（1～6，管道水平部分上端为1号点）。

为了便于文字描述，对弯头的组成部分作如下定义：两道焊缝之间为弯头本体，焊缝两侧为弯头直管段。

4.结论

为了保障在役管道的安全运行，用现有的无损检测方法检验是十分必要的。现有无损检测方法对新建管道金属部分检测有着十分明显的优越性，对在役管道正常输送流质的情况下进行整体评估却达不到令人满意的效果。随着时间的延续，我国管道平均服役时间均以超过规定质保年限，对在役管道的完整性评估也显得愈发重要，因此在役管道完整性评估的市场将不断增长，其技术将不断成熟。