工業(yè)煤氣管道局部腐蝕檢測及復(fù)合材料修復(fù)方法

楊煜廣 顧素蘭 何 磊

（上海金藝檢測技術(shù)有限公司）

工業(yè)煤氣管道局部腐蝕檢測及復(fù)合材料修復(fù)方法

楊煜廣*顧素蘭 何 磊

（上海金藝檢測技術(shù)有限公司）

隨著使用年限的增加，工業(yè)煤氣管道尤其是高爐煤氣管道由于管道內(nèi)壁局部腐蝕引起的泄漏事故時(shí)有發(fā)生。主要針對高爐煤氣管道的局部腐蝕缺陷，介紹了一種有效的檢測方法，并結(jié)合實(shí)例介紹了采用復(fù)合材料在不停輸情況下對管道缺陷進(jìn)行修復(fù)的方法。

煤氣管道 局部腐蝕 檢測 修復(fù) 超聲波 碳纖維

0 前言

工業(yè)煤氣管道數(shù)量較多，其煤氣介質(zhì)包括高爐煤氣（BFG）、 焦?fàn)t煤氣（COG）、 轉(zhuǎn)爐煤氣（LDG）和CRG等。大部分管道中煤氣介質(zhì)的壓力遠(yuǎn)低于0.1 MPa，未納入特種設(shè)備的壓力管道管理范疇。

由于煤氣成分復(fù)雜，主要包括H2，CO，CO2，CH4，O2， N2，H2S， NH3，HCN， NO，還有水、 氯化銨、萘、焦油等。其中，CO2、H2S等氣體與煤氣冷凝水結(jié)合易形成酸性腐蝕環(huán)境[1]，特別是高爐煤氣管道，極易造成管道的內(nèi)壁腐蝕。管壁表面尤其是腐蝕孔洞及周圍區(qū)域的管壁內(nèi)表面，往往有一層很厚的（1～3 mm左右）、疏松多孔的腐蝕產(chǎn)物。這些腐蝕產(chǎn)物與管壁基體沒有明顯的分界面，用工具可以很容易地將這些黃褐色腐蝕產(chǎn)物從管內(nèi)壁剝下。將腐蝕產(chǎn)物從管內(nèi)壁剝除后，裸露的管壁不是平整光滑的，而是呈 “蜂窩狀”和 “潰瘍狀”，通常在一個(gè)相當(dāng)大的凹坑內(nèi)有許多密集的小凹坑或小蜂窩。

通過對管道內(nèi)壁腐蝕情況觀察可知，管道內(nèi)壁腐蝕既有大面積的 “均勻腐蝕”，也有嚴(yán)重的 “局部凹坑腐蝕”，而 “局部凹坑腐蝕”的危害更為嚴(yán)重。內(nèi)壁腐蝕是最具有破壞性和隱藏性的管道腐蝕形態(tài)之一，常常使得管道在整體失重還很小的情況下，形成穿孔產(chǎn)生泄漏。

近年來，由管道局部腐蝕引起的穿孔泄漏情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了管道的安全運(yùn)行，因此，有必要定期對管道進(jìn)行局部腐蝕檢測。對于管道內(nèi)壁的局部腐蝕，普通的巡檢無法從外觀上判斷，只有采用專業(yè)的檢測手段才能實(shí)現(xiàn)。

1 檢測方法

由圖1可見，管道內(nèi)壁的 “局部凹坑腐蝕”呈點(diǎn)狀分布，如采用常規(guī)的超聲測厚，較難檢測到點(diǎn)狀腐蝕的嚴(yán)重區(qū)域。因此，采用超聲C掃描技術(shù)進(jìn)行檢測，可以在不停機(jī)的情況下對煤氣管道點(diǎn)狀的局部腐蝕進(jìn)行精確定位和定量。

圖1 煤氣管道內(nèi)壁的局部腐蝕

超聲C掃描檢測技術(shù)是一種利用超聲波的聲學(xué)特性并結(jié)合運(yùn)動(dòng)編碼信息，通過電腦集成化系統(tǒng)，對超聲信號進(jìn)行一系列的分析處理，獲得缺陷在不同深度層面上的二維聲學(xué)圖像的先進(jìn)檢測方法，圖2所示為超聲C掃描檢測系統(tǒng)。從所顯示的二維圖像上可以直觀地看到在一定深度層面上缺陷的形狀、位置、分布及取向。根據(jù)缺陷圖像和所選擇的掃描參數(shù)可以得到缺陷在層面各個(gè)方向上的尺寸，包括長度、寬度及單個(gè)分散缺陷的大小、密集缺陷的分布范圍等。此種方法檢測可對所檢區(qū)域進(jìn)行100%檢測，檢測點(diǎn)狀局部腐蝕的有效性和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高。

應(yīng)用此方法，對某高爐煤氣管道進(jìn)行了檢測，該管道規(guī)格為?4 000 mm×10 mm，材料為碳鋼，檢測面積為1 500 mm×330 mm，如圖3所示。檢測采用的超聲C掃描檢測系統(tǒng)，由Pocket UT主機(jī)、Motorized（automated）X-Y scanner自動(dòng)爬行掃查器組成。使用該系統(tǒng)檢測時(shí)，自動(dòng)噴水耦合、自動(dòng)爬行掃查。超聲C掃描檢測結(jié)果詳見圖4，檢測數(shù)據(jù)分析可見表1。

圖2 超聲C掃描檢測系統(tǒng)

圖3 煤氣管道檢測現(xiàn)場

圖4 超聲C掃描檢測2D圖

表1 檢測數(shù)據(jù)分析匯總

從數(shù)據(jù)分析來看，檢測部位局部腐蝕減薄量已超過管道公稱壁厚的20%，且腐蝕減薄量達(dá)到并超過公稱壁厚20%的點(diǎn)面積之和，占所檢面積的22.4%。

2 在線修復(fù)方法

對于檢測到的內(nèi)壁嚴(yán)重腐蝕的煤氣管道，應(yīng)進(jìn)行修復(fù)。由于生產(chǎn)原因，煤氣管道常需要進(jìn)行不停輸修復(fù)。

煤氣管道常規(guī)的修復(fù)方法包括焊接修復(fù)、帶壓堵漏、鋼板局部托補(bǔ)、環(huán)氧樹脂包覆及整體更換等。這些方法都有各自的局限性，如焊接修復(fù)方法通常在停輸狀態(tài)下進(jìn)行，對于焊縫泄漏及薄壁管體缺陷修復(fù)，在線焊接修復(fù)存在巨大的安全隱患；帶壓堵漏是一種臨時(shí)性的補(bǔ)救方法；鋼板局部托補(bǔ)修復(fù)，會增加管道自重，影響管道應(yīng)力分布及支架沉降；環(huán)氧樹脂包覆老化速度快，會導(dǎo)致管道短期內(nèi)再次泄漏的發(fā)生；整體更換成本高，需要停機(jī)，影響連續(xù)生產(chǎn)。上述幾種修復(fù)方法的特點(diǎn)可見表2。

現(xiàn)綜合考慮待修復(fù)管道的實(shí)際情況，選擇碳纖維復(fù)合材料包覆修復(fù)。碳纖維復(fù)合材料包覆修復(fù)主要是利用碳纖維復(fù)合材料的高強(qiáng)度特性，采用粘接樹脂在含缺陷的管道部位纏繞一定厚度的纖維層，樹脂固化后與管道結(jié)成一體，從而恢復(fù)含缺陷管道的承載能力。碳纖維復(fù)合材料彈性模量高，且與鋼的彈性模量較接近，有利于碳纖維復(fù)合材料盡可能多地承載管道壓力，降低含缺陷處管道的應(yīng)力水平，補(bǔ)強(qiáng)層與管道具有非常好的變形協(xié)同性。通過對含缺陷管道進(jìn)行碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)，可以起到降低缺陷處的應(yīng)力、降低缺陷處的應(yīng)變以及恢復(fù)管道承壓能力的作用。碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)具有不需要?jiǎng)踊鸷附?、工藝簡單、施工迅速、操作安全、使用壽命長、可實(shí)現(xiàn)不停輸修復(fù)以及成本相對較低等優(yōu)勢。

本文應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料修復(fù)方法，對某煤氣管道局部腐蝕進(jìn)行了修復(fù)，詳見圖5～圖7。修復(fù)流程：管道外部涂層及打磨修光處理——管道外部纏繞浸潤了粘接膠的碳纖維復(fù)合材料——管道外部防腐及抗老化處理。

圖5 管道修復(fù)前

圖6 使用纏繞碳纖維復(fù)合材料修復(fù)管道后

表2 幾種修復(fù)方法的特點(diǎn)

圖7 管道修復(fù)后的外部防腐處理

管道外部涂層及打磨修光處理，需徹底地除掉管道表面所有松動(dòng)（或翹起）的氧化皮、疏松的銹、舊涂層及其它污物。清理后管道表面幾乎沒有肉眼可見的油、油脂、灰土、松動(dòng)的氧化皮、疏松的銹和舊涂層。

其中，本案例采用的是單向碳纖維復(fù)合材料，共纏繞三層，里、外二層環(huán)向纏繞，中間層為軸向纏繞。單向碳纖維復(fù)合材料技術(shù)指標(biāo)可見表3。纏繞碳纖維布時(shí)，必須反復(fù)滾壓，使粘接膠充分浸透碳纖維復(fù)合材料，在碳纖維復(fù)合材料和粘接膠之間不得留有氣泡，以確保無鼓泡現(xiàn)象出現(xiàn)。

修復(fù)后的管道長期暴露在室外，在紫外線的照射下，易使修復(fù)材料耐腐蝕性變差，且易老化，影響修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的使用壽命。為了使管道能安全運(yùn)行20年，當(dāng)復(fù)合材料完全固化后，還要進(jìn)行抗紫外線、抗老化涂層處理，這樣可有效防止材料老化和紫外線的影響，使修復(fù)部位具有期望的使用壽命。

表3 單向碳纖維復(fù)合材料技術(shù)指標(biāo)

3 結(jié)論

針對高爐煤氣管道的局部腐蝕問題，應(yīng)用超聲C掃描檢測技術(shù)，可有效地提高腐蝕缺陷的檢出率。同時(shí)應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料包覆修復(fù)方法，可實(shí)現(xiàn)煤氣管道局部腐蝕缺陷的快速、不停輸修復(fù)，且不需要?jiǎng)踊鸷附?，保證了煤氣管道的安全可靠運(yùn)行。

[1]王發(fā)賢，王曉梁.鋼廠高爐煤氣管道泄漏原因分析及修復(fù) [J].化工安全與環(huán)境，2012（14）：14-15.

2017-04-24）

國內(nèi)首創(chuàng)碳纖維耐腐蝕泵在大連花園口投產(chǎn)

2017年8月24日，由大連富鼎碳素裝備有限公司自主研發(fā)并生產(chǎn)的碳纖維耐腐蝕泵通過遼寧省技術(shù)監(jiān)督局組織的專家審核和產(chǎn)品抽樣檢驗(yàn)，取得全國工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證，按訂單首批100多臺產(chǎn)品正在加緊生產(chǎn)。這標(biāo)志著國內(nèi)以碳纖維復(fù)合材料制造耐腐蝕泵等化工設(shè)備并形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，花園口“國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)新材料基地”取得新突破。

大連富鼎碳素裝備有限公司介紹，自2011年開始，富鼎公司建設(shè)碳纖維復(fù)合材料裝備生產(chǎn)線項(xiàng)目，在國內(nèi)首次研制生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料耐腐蝕泵。碳纖維復(fù)合材料耐腐蝕泵是在采用國外先進(jìn)的水力模型技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入具有重量輕、強(qiáng)度高、耐酸腐蝕、振動(dòng)阻尼小等優(yōu)點(diǎn)的新材料體系和特殊工藝，為國內(nèi)首次研制，其生產(chǎn)技術(shù)已獲國家專利。據(jù)悉，碳纖維復(fù)合材料被譽(yù)為21世紀(jì)的“新材料之王”，具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對鋼鐵、鋁合金等傳統(tǒng)材料的替代，被列入我國《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，國家重點(diǎn)支持。（錢松）

國內(nèi)首套多塔流程CO/H2深冷分離裝置成功開車

最近，由杭州杭氧股份有限公司石化工程公司研發(fā)設(shè)計(jì)、制造的屬于陽煤集團(tuán)壽陽化工有限責(zé)任公司的20萬t/a煤制乙二醇項(xiàng)目CO/H2深冷分離裝置多塔流程順利調(diào)試成功，并生產(chǎn)出合格的CO產(chǎn)品。之前此類裝置一直依賴從國外進(jìn)口，其成功運(yùn)行標(biāo)志著國內(nèi)第一套自主研發(fā)的多塔流程CO/H2深冷分離裝置由杭氧公司實(shí)現(xiàn)了自有技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。CO/H2深冷分離裝置多塔流程主要用于煤制乙二醇，合成醋酸、甲酸，煤制合成氣、焦?fàn)t氣，以及費(fèi)托合成等。將化工尾氣進(jìn)行CO/H2深冷分離，得到的CO純度能夠達(dá)到99%以上，回收率高，可滿足多種化工產(chǎn)品的合成氣要求。（江鎮(zhèn)海）

Detection of Industrial Gas Pipeline Local Corrosion and Repair Method of Composite Material

With the increase of service life,leakage accidents of industrial gas pipelines,especially blast furnace gas pipelines,had occurred because of local corrosion on the inner wall.In view of the local corrosion defects of blast furnace gas pipeline,an effective detection method was introduced.Combined with a practical example,the method of repairing the pipeline defects under the condition of continuous transmission was introduced.

Gas pipeline;Local corrosion;Detection;Repair;Ultrasonic;Carbon fibre

TQ 050.9

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.10.014

Yang Yuguang Gu Sulan He Lei

*楊煜廣，男，1971年生，工程師。上海市，201900。