海底管道失效原因分析及其对策

摘要：由于海底管道的自身特点，对其监测、检测以及维修的难度要远高于陆地管道，一旦海底管道发生损伤或失效，不仅造成油气田的巨大损失，而且还会造成环境污染以及不利的社会影响。

关键词： 海底管道；失效；检测；原因

中图分类号：P641.4+62 文献标识码：A 文章编号：

目前在我国海上油气田开发海域，已经铺设了多条海底管道，这些海底管道承担着输送油气的重要任务，是海上油气田的生命线。海底管道的安全状况直接关系到海上油气田的安全。海底管道的服役条件不仅比陆地管道苛刻，而且还可能在海流、航海、渔业生产、地震等影响下导致损坏。另外，由于海底管道的自身特点，对其监测、检测以及维修的难度要远高于陆地管道，一旦海底管道发生损伤或失效，不仅造成油气田的巨大损失，而且还会造成环境污染以及不利的社会影响。随着海底管道服役年限的增长，失效频率会越来越高，这对海上油气田安全稳定生产及开发成本的控制都将是巨大的威胁。虽然我国已在海上油气田开发海域成功地铺设了多条海底管道，但是对管道服役状况的评估技术还相对薄弱，因此加强海底管道的安全管理十分必要。

1 海底管道失效原因

海底管道应处于海底地形平坦且稳定的地段，结合沿线海域水动力条件，合理设计管道壁厚、管道的埋深以及管道防护覆盖层等；要加强施工质量监督，严控材料质量；运营中要运用在线检测技术防范海底管道泄漏；另外，还应该定期对海底管道进行内外检测。对海底管道的定期检测主要包括两个方面，一是对管体腐蚀情况的检测,判断管体的承压能力；二是对管体与海床相对位置的检测，弄清管体埋深情况，是否有局部悬空及海床冲淤变化趋势。海底管道的定期检测是指在管道运行期间按海底管道系统规范要求，对易损伤的管段每年进行一次定期检测，其他部分至少每5年进行一次定期检测，管道在运行期间，如果遇到地震、大风暴或遭受严重的机械损伤，还应进行特殊检测。

1.1 腐蚀

作为海底管道失效最主要的原因，对海底管道的腐蚀分为管外腐蚀和管内腐蚀两种。管外腐蚀主要指的是电化学腐蚀，在海底土壤还有海水等电解质溶液当中，金属管道的表面会由于失去离子而发生腐蚀。这种腐蚀不均匀，管材的不均匀会使管道各处电位存在差异，低电位区受腐蚀较轻，高电位区受腐蚀则比较严重。除了电化学腐蚀，管外腐蚀还包括海生物腐蚀、化学腐蚀、大气腐蚀等类型。土壤和海水的含盐度、含氧量、海流流速、海洋生物浓度、电阻、温度等因素会影响管外腐蚀速度。所谓管内腐蚀是所输送油气中含有的硫、水、氧这些杂质跟铁发生化学反应从而使管内发生化学腐蚀，如果油气中含有硫化氢，管道会发生氢致开裂或硫化氢应力腐蚀开裂，从而使管道在低应力下发生脆断，这是非常危险的一种情况，油气中硫、水、氧的含量会直接影响管内腐蚀的速度。海底管道在腐蚀作用下常以局部穿孔的形式造成破坏。

1.2 机械破坏、第三方活动

第三方的海上活动也可能会破坏海底管道，位于海上工程施工范围区、航道区或渔业活动区的管道若埋设不深或由于波流冲刷而出海底，就会很容易受到航锚和船上落物撞击或渔网拖挂作用，位于平台附近和海上工程施工范围内的管道部分受平台上落物撞击和施工作用的危险性也非常大，这些作用都会在一定程度上损伤管道，甚至严重的时候还会造成管道断裂等严重问题。

1.3 波流冲刷作用

如果海底管道埋的不够深，就会在波流反复冲刷作用下逐渐出海底，从而呈悬跨的状态，这样一来，在波流流经悬跨管道的时候就会在管道的后部释放旋涡从而导致管道振动，如果旋涡释放频率和悬跨管道自振频率相近，管道就会发生涡激共振，在很短的时间里就会使管道发生疲劳甚至造成强度破坏。

1.4 管道附件失效

海底管道上的机械连接器、法兰、卡子、阀门、垫片、接头等附件也会因腐蚀、老化或其它原因而导致失效，使海底管道无法正常控制甚至发生泄露。除此之外，设计不合理和操作失误也是造成海底管道失效的原因，相对于其它几种原因这两种原因是比较容易避免的，因为它们主要是由于人为因素造成的管道失效。很多情况下，海底管道失效的原因都不是简简单单的一种，常常可能是几种情况共同作用引起的，海底管道失效的原因与海底管道运行环境和运行年限有密切的关系。有些海底管道已经服役了很长时间，那么管道附件老化和腐蚀可能是导致其失效的主要原因，而有些海底管道则是铺设在砂质海床上，因此海床运动和波流冲刷可能是导致其失效的主要原因。

1.5 焊缝缺陷和管道的材料缺陷

所谓焊缝缺陷是指管道在制造和施工过程中焊接质量不过关，存在着夹渣、裂纹或气孔等缺陷。而管道的材料的缺陷则是指管材在制造过程中存在的质量问题，比如材料内部存在着偏析、气泡、夹杂物或表面存在着裂纹、划伤等。管道的材料缺陷和焊缝缺陷处在外力作用下很容易产生应力集中现象，而它们也常常是管道发生疲劳破坏和强度破坏的潜在危险点。

防止海底管道失效的对策

2.1 合理设计

海底管道设计过程是有效防止管道失效最重要的环节，在一定程度上可以通过合理的设计来防止波流冲刷和腐蚀等造成的海底管道失效，比如在设计中可以采用用砂袋或混凝土对管道进行外部防护、给悬空管道加固定支撑、将海底管道埋设等方法来防止管道底部被波流冲刷淘空而发生涡激振动；采用在管内流体内加缓蚀剂、管外涂防腐层、增加管壁厚度、阴极保护法等方法来防止管道发生腐蚀。

2.2合理选线

防止海底管道失效应首先从选线开始， 作为海底管道工程的前期工作，选择海底管道线路时，要避开海床起伏较大、具有活动断层或软弱土层和冲淤严重的区域，还要尽可能的避开渔业活动区、矿业活动区和船运航道，以降低管道因遭受渔网拖挂、外物撞击等破坏的概率。应尽可能的选择在海底地形稳定而平坦的区域。

2.3 管理措施

应建立健全的HSE管理体系；根据各单位的特点制定适宜的应急预案，并且每年都要对有关人员进行重复的培训和演习；根据港口溢油应急设备配备要求，配备相应的溢油应急设备（吸油带、围油栏、燃烧型围油栏、撇油器拖油网等）；溢油动态跟踪预报系统；还可与周边邻近地区具有溢油防治资源的港口、码头进行区域协作，可依协议的规定借用彼此的溢油防治资源等。积极宣传《海域法》严格按照海域功能进行海洋保护、开发利用，确保在海底石油管线区禁止抛锚和捕捞作业，从而降低外力作用造成的海底石油管道的泄漏风险。

2.4 严控材料质量

这里所说的材料包括牺牲阳极块、混凝土等防护材料，还包括法兰、闸门、垫片等附件以及管道钢材。在用于海底管道工程前，要对这些材料进行认真的检测，以免将性能不满足要求和有质量缺陷的材料用于工程中，为海底管道失效埋下隐患。

2.5 加强施工质量监督

海底管道施工质量的好坏直接关系到海底管道的安全。海底管道施工质量包括很多方面，除了管道是否铺设在预定设计位置、管道埋深是否达到设计要求、管道焊缝质量外，混凝土保护层和管道防腐涂层的厚度是否达到设计要求等也都属于管道施工质量范畴。严格执行施工验收标准、加强对海底管道施工质量监督能够使因管道施工质量问题而引起的管道破坏得到有效的减少。

结语：

波流冲刷、腐蚀、机械破坏、材料和焊缝缺陷、第三方活动还有管道附件失效等是海底管道失效的主要原因，可以通过合理设计、合理选线、加强施工质量监督、严控材料质量等措施来防止海底管道发生失效。提高海底管道的安全性,确保海底管道在役期间安全运行。

参考文献：

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