海上平臺工藝管線的腐蝕與檢測

（湛江中海石油檢測工程有限公司，湛江 524057）

由于海上平臺所處的環(huán)境比較惡劣，主要表現(xiàn)在風(fēng)大、降雨量大以及海洋大氣中濕度大、鹽含量高等方面，所以工藝管線腐蝕的程度較陸地嚴(yán)重，腐蝕原因也較復(fù)雜，因此有必要針對不同的腐蝕機(jī)理及位置，制定一套科學(xué)合理的檢測方案，再根據(jù)檢測的結(jié)果，做出進(jìn)一步的評估。

1 工藝管線的腐蝕機(jī)理及位置

由于工藝管線的外部和內(nèi)部腐蝕機(jī)理不同，把工藝管線腐蝕劃分為外部腐蝕和內(nèi)部腐蝕，下面分別對腐蝕的機(jī)理和位置進(jìn)行簡單的介紹。

1.1 工藝管線的外部腐蝕

工藝管線外部腐蝕劃分為裸管腐蝕和保溫層下腐蝕。

1.1.1 裸管腐蝕

海洋大氣區(qū)環(huán)境是個(gè)非常復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，由于大氣中含有較高的鹽分，極易產(chǎn)生大氣腐蝕，大氣腐蝕是電化學(xué)腐蝕的過程，是一種綜合作用的結(jié)果。通常碳鋼的大氣腐蝕速率取決于濕度、溫度、降水量、凝露大氣組成、鹽含量以及大氣污染等方面［1]；還有外來雨水和海上生產(chǎn)平臺污水等方面的侵蝕，另外，海洋大氣中的霉菌和微生物也是造成腐蝕的一個(gè)重要因素，對于比較隱蔽的處于較潮濕位置的裸管線，也較易腐蝕。由于裸管腐蝕在外面，所以較易發(fā)現(xiàn)。裸管腐蝕的典型圖片如圖1和2所示。

圖1 大氣造成的管線腐蝕

圖2 外來污水經(jīng)常滴在放套壓管線上的腐蝕

1.1.2 保溫層下腐蝕

保溫層下腐蝕是由于里面含有的腐蝕性物質(zhì)（如潮濕的空氣）不能及時(shí)散去，在保溫層和管道之間形成腐蝕環(huán)境而造成的腐蝕。保溫層下腐蝕通常和大氣濕度、溫度、凝露大氣組成以及保溫層的完好程度等有一定的關(guān)系，和大氣腐蝕有一定的相似處，屬于電化學(xué)腐蝕范疇，常見的易產(chǎn)生保溫層下腐蝕的有以下位置［2]：

（1）保溫層易脫落、易破損、已經(jīng)損壞的或者保溫不良的部位，如：管端部位；管道的吊架和其他支架；閥門和附件（絕熱層表面不規(guī)則的）部位；螺栓連接的管道墊板；蒸汽伴熱管道的滲漏部位。

（2）法蘭和其他管道附件保溫層終止的部位。

（3）垂直管道的保溫層終止部位。

（4）填充物已經(jīng)變硬、分離、脫落的部位。

（5）已知絕熱系統(tǒng)存在破裂的管道系統(tǒng)的低點(diǎn)，包括長且無支承管道的低點(diǎn)。

（6）高合金鋼管道系統(tǒng)中隔熱層下的碳鋼或低合金鋼法蘭、螺栓和其他組件。

（7）易受雨水、滴漏、蒸汽侵蝕或者沖洗甲板等污水或者藥劑飛濺到的部位。

（8）凸出管道保溫層且與管道工作溫度不同的盲管和連接件部位。

對于操作溫度頻繁變化引起冷凝和空氣中潮濕介質(zhì)的二次汽化管道，以及操作溫度通常高于120℃，且間歇使用的碳鋼管道；操作溫度在65～204℃之間的奧氏體不銹鋼管道［3]（這種管道系統(tǒng)易產(chǎn)生氯離子的應(yīng)力腐蝕開裂）；防腐層遭到破壞或者防護(hù)質(zhì)量變差的管道都應(yīng)該重點(diǎn)檢測。

保溫層下腐蝕的典型圖片如圖3和4所示。

1.2 工藝管線的內(nèi)部腐蝕

工藝管線的內(nèi)部腐蝕通常有電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕兩大塊，腐蝕的因素與溫度、壓力、PH值、流速、流體成分、防腐劑的使用情況以及管道材質(zhì)等有關(guān)，油氣田產(chǎn)出物的腐蝕介質(zhì)多，如原油中有機(jī)硫化物，天然氣中的二氧化碳、硫化氫，生產(chǎn)水中的鹽類等。

1.2.1 電化學(xué)腐蝕

（1）微生物腐蝕 微生物腐蝕比較典型的有蝕硫酸鹽還原菌腐蝕、硫氧化菌腐蝕、腐生菌腐蝕以及鐵細(xì)菌腐蝕［2]。

（2）電偶腐蝕 由于腐蝕電位不同，造成同一流體中異種金屬接觸處的局部腐蝕，即電偶腐蝕，亦稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。當(dāng)材料表面有腐蝕產(chǎn)物部分脫落時(shí)，就會造成裸露出的金屬和覆蓋的金屬之間發(fā)生電偶效應(yīng)，當(dāng)腐蝕產(chǎn)物覆蓋的部位面積相對較大、脫落的面積相對較小時(shí)，就會產(chǎn)生大陰極小陽極的電偶腐蝕。影響因素除腐蝕氣體分壓、溫度、p H值、流速、介質(zhì)組成和管材材料等因素外，腐蝕產(chǎn)物的晶粒結(jié)構(gòu)及其致密性對腐蝕的過程也起著不可忽視的作用，異種材質(zhì)連接處經(jīng)常發(fā)生電偶腐蝕。

（3）垢下/沉積物的腐蝕 垢下腐蝕除細(xì)菌腐蝕外，腐蝕的主要原因是：CO2、Cl－等腐蝕性介質(zhì)在疏松的垢共同作用下產(chǎn)生閉塞效應(yīng)，形成腐蝕微電池，引起局部酸化或者堿化，導(dǎo)致局部穿孔。CO2的存在會大大地加速閉塞電池內(nèi)環(huán)境的惡化，大大加快穿孔的速度，Cl－是閉塞效應(yīng)形成的催化劑。這種腐蝕在容器里相對多些，比如鍋爐、熱交換器等。

1.2.2 物理腐蝕

物理腐蝕以沖刷腐蝕（簡稱沖蝕）為主，是由大量固態(tài)或液態(tài)顆粒的碰撞作用導(dǎo)致的金屬表面脫落。其特征是產(chǎn)生帶有方向性的凹槽、圓孔、波紋和凹陷。沖蝕通常發(fā)生在渦流區(qū)域，如管道系統(tǒng)中方向改變處或者控制閥的下游發(fā)生汽化的部位。沖蝕通常隨流體中高速流動的固態(tài)或液態(tài)顆粒的增加而增加。對于塑性材料來說，撞擊角在15°～30°時(shí)，沖蝕最為嚴(yán)重；對于脆性材料來說，正面撞擊（α＝90°）沖蝕最為嚴(yán)重。沖蝕和電化學(xué)腐蝕共同作用比沖蝕或電化學(xué)腐蝕單獨(dú)作用能導(dǎo)致更多的金屬損耗。這種腐蝕類型發(fā)生在高流速、強(qiáng)渦流的區(qū)域。下列位置在檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)特別注意：

（1）控制閥的下游，特別是當(dāng)發(fā)生汽化時(shí)。

（2）孔板的下游。

（3）泵出口的下游。

（4）流向改變的位置，如彎頭的內(nèi)側(cè)和外側(cè)。

（5）管道結(jié)構(gòu)件（如焊縫、溫度計(jì)插孔和法蘭）的下游產(chǎn)生渦流的部位，特別是在對流速非常敏感的系統(tǒng)［3]。

內(nèi)部腐蝕的典型圖片如圖5和6所示，為同一部位的腐蝕圖片，該段管線為某平臺油相生產(chǎn)管匯出口第一彎頭，分析為沖刷腐蝕。

2 檢測的方法

一般腐蝕后的明顯特征就是壁厚減薄，通常用超聲波測厚儀來檢測，還可以采用超聲導(dǎo)波等檢測手段。

2.1 超聲波測厚儀檢測

超聲波測厚儀建議使用美國產(chǎn)的泛美37DL，因?yàn)樵搩x器可顯示底波反射波形，不容易誤讀誤判。

每個(gè)工藝管線系統(tǒng)都應(yīng)通過測厚點(diǎn)進(jìn)行厚度測量監(jiān)控，對于失效率高、危害等級高、腐蝕速率高或易于發(fā)生局部腐蝕的系統(tǒng)，通常測厚點(diǎn)更多，監(jiān)控也更頻繁。具體監(jiān)控部位可以參考文中第1部分，在某些情況下，可排除測厚點(diǎn)或者減少測厚點(diǎn)的數(shù)量，例如工廠風(fēng)管線、純凈無腐蝕的碳?xì)浠衔锕艿阑蜻\(yùn)輸高純度產(chǎn)品的高合金管道等。

涉及到測厚的管件通常有三通、變徑頭、彎頭以及管帽等，這些管件中測厚點(diǎn)選取在易受沖蝕的部位，比如三通的底部、管帽的底部以及彎頭外彎底部。由于超聲波測厚儀檢測的是一個(gè)點(diǎn)，所以在選好測厚部位后，對于那些易腐蝕高風(fēng)險(xiǎn)的部位要多點(diǎn)監(jiān)控。如圖7，把該部位劃分成若干小的單元格，為方便記錄數(shù)據(jù)最好每個(gè)單元格編上號碼，對每個(gè)單元格測厚，根據(jù)檢測結(jié)果分析該部位腐蝕情況；直管段可以參考圖8相隔90°選取4個(gè)測厚點(diǎn)。

涉及監(jiān)控點(diǎn)測厚的試塊一定要統(tǒng)一，材質(zhì)要與測厚的材質(zhì)統(tǒng)一，使用的耦合材料要統(tǒng)一，測厚儀器也要統(tǒng)一，否則容易造成很大的偏差，沒有辦法跟蹤監(jiān)控。

2.2 超聲導(dǎo)波檢測

相比超聲波測厚儀檢測，超聲導(dǎo)波檢測的范圍和距離更大，而且受保溫層的影響較小。如果管道內(nèi)壁有大面積的腐蝕時(shí)，會造成信號的衰減，從而影響一次檢查的有效距離；超聲導(dǎo)波一次檢查的距離不宜有過多的彎頭，對于多種形貌的管段，檢測的可靠性會受到影響；超聲導(dǎo)波檢測發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力、檢測的范圍不僅與頻率有關(guān)，還與管子的特征有一定的聯(lián)系。對于超聲導(dǎo)波的局限性了解之后，對于現(xiàn)場檢測有很大的幫助，所以在使用超聲導(dǎo)波時(shí)，建議結(jié)合超聲波測厚儀一起使用，發(fā)現(xiàn)有問題的地方再用超聲波測厚儀去找去測。

圖9 現(xiàn)場圖片

下面以我公司在某平臺一段工藝管線檢測中運(yùn)用超聲導(dǎo)波技術(shù)為例進(jìn)行說明。對井口管線某一段管線做超聲導(dǎo)波檢測，超聲導(dǎo)波檢測圖片及數(shù)據(jù)圖譜如圖9和10所示，導(dǎo)波檢測管道結(jié)構(gòu)特征見表1。

表1 導(dǎo)波檢測管道結(jié)構(gòu)特征列表

借助于wavepro分析軟件的頻率掃查功能和管道展開圖的聚焦功能，通過對超聲導(dǎo)波檢測數(shù)據(jù)圖譜分析，結(jié)論如下：

（1）檢測范圍（－0.2～＋3 m）信噪比一般，管道整體情況一般。

（2）檢測點(diǎn)正向1.65，1.82以及2.1 m處存在疑似腐蝕信號，用超聲波測厚儀在該幾處位置周向檢測后得最小壁厚分別為 15.78，15.92，15.65 mm，比周圍其它正常壁厚小了約2 mm。

2.3 其他檢測方法

對于保溫層無法拆除的管線，可以運(yùn)用低頻脈沖渦流檢測；大口徑管線還可以采用C掃描檢測，這里就不再具體介紹了。

3 剩余壽命的評估

3.1 確定腐蝕速率

腐蝕速率計(jì)算公式為：腐蝕速率（mm/年）＝首次與末次壁厚的差（mm）/末次與首次的時(shí)間差（年）。腐蝕速率的單位通常為mm/年。

3.2 管道的剩余壽命

舉例：平湖油氣田原油生產(chǎn)管匯出口管線，選取位置為管匯出口第一彎頭12點(diǎn)位，管線編號為8－PH－1302－A0－H3，材質(zhì)為 A106－B，通過設(shè)計(jì)資料查到設(shè)計(jì)壁厚為8.18 mm，腐蝕余量為3 mm，2010年所測厚度為6.98 mm，2011年所測厚度為6.61 mm。

年度腐蝕速率（mm/年）＝（6.98 mm－6.61 mm）/（2010年－2011年）＝0.37 mm/年

要求的最小壁厚（mm）＝8.18 mm－3 mm＝5.18 mm

剩余壽命（年）＝（6.61 mm－5.18 mm）/0.37 mm·年－1＝3.9年

為了保證安全生產(chǎn)，建議3年后更換，并在最后一年做重點(diǎn)監(jiān)測。

4 結(jié)語

對于工藝管線腐蝕的檢測，首先要根據(jù)流體的種類、溫度、壓力等級以及已經(jīng)使用年限等條件，依次篩選出高失效高風(fēng)險(xiǎn)、低失效高風(fēng)險(xiǎn)、高失效低風(fēng)險(xiǎn)以及低失效低風(fēng)險(xiǎn)的管線，再根據(jù)工藝管線易腐蝕的部位（包含內(nèi)部和外部易腐蝕的管段），結(jié)合文章介紹的檢測經(jīng)驗(yàn)，可在工藝管道的質(zhì)量控制中發(fā)揮很好的作用。

［1]王建雷，耿鉑.淺海鋼質(zhì)平臺的腐蝕與控制［J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2008，25（4）：60.

［2]蔣波，杜翠薇，李曉剛，等.典型微生物腐蝕的研究進(jìn)展［J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2008，25（4）：1－3.

［3]SY/T 6553—2003 在用管道系統(tǒng)檢驗(yàn)、修理、改造和再定級［S].