蔡 亮

（中航油京津冀物流有限公司，天津 300300）

0 引言

長輸管道內(nèi)腐蝕是多種腐蝕綜合作用的結(jié)果，最主要是電化學(xué)腐蝕和微生物腐蝕。電化學(xué)腐蝕對正常環(huán)境的管道內(nèi)表面造成的損傷并不嚴(yán)重，但在彎管、閥門、低點(diǎn)位置、站內(nèi)管網(wǎng)盲管段等特殊部位，電化學(xué)腐蝕危害性遠(yuǎn)高于正常環(huán)境[1]。特別是與微生物（Microbiologically Influenced Corrosion，MIC）腐蝕聯(lián)合作用下，這類管段腐蝕速率要高于正常環(huán)境下幾倍甚至幾十倍。微生物腐蝕是指在腐蝕性材料表面的生物膜中的微生物存在或活動(dòng)誘發(fā)的腐蝕，能夠引發(fā)微生物腐蝕的微生物包括與管道內(nèi)表面直接接觸的生物膜局部環(huán)境中的細(xì)菌、古細(xì)菌和真菌。針對輸送成品油管道、輸送俄羅斯原油管道和輸送酸性氣體管道，因硫含量較高，具備發(fā)生微生物腐蝕的條件。以美國標(biāo)準(zhǔn)NACE TM0212-2012，介紹了美國在管道內(nèi)微生物腐蝕方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國國家標(biāo)準(zhǔn)和管道工程實(shí)踐進(jìn)行了對比分析，研究成果對于提高我國管道腐蝕防護(hù)技術(shù)水平具有重要意義。

1 管道內(nèi)微生物腐蝕檢測評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)簡介

美國腐蝕工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NACE TM0212-2012《Detection Testing and Evaluation of Microbiologically Influenced Corrosion on Internal Surfaces of Pipeline/管道內(nèi)表面微生物腐蝕檢測和評價(jià)》在2012年6月23日首次發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了管道內(nèi)微生物種類、微生物腐蝕機(jī)理/取樣方法以及微生物腐蝕確認(rèn)性檢測方法以及監(jiān)測、緩解措施。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23258-2020《鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕控制規(guī)范》規(guī)定了長輸管道內(nèi)腐蝕控制措施、材料選擇、化學(xué)劑加注、內(nèi)襯涂層和管理評價(jià)等。本研究重點(diǎn)針對這兩項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開展對比分析。

2 管道內(nèi)微生物腐蝕環(huán)境

NACE TM0212闡述了管道內(nèi)微生物腐蝕的環(huán)境情形。輸送天然氣、成品油、原油的液體管道，微生物腐蝕可能發(fā)生在經(jīng)常性存水位置。管道系統(tǒng)設(shè)施如儲罐、過濾分離器和收發(fā)球筒均能造成水聚集，成為適合發(fā)生微生物腐蝕的環(huán)境條件。管道設(shè)計(jì)中包含可能積水位置，例如地形低點(diǎn)、穿越處或站內(nèi)管網(wǎng)盲管段，也會(huì)成為管道內(nèi)微生物腐蝕環(huán)境。管道內(nèi)水來源主要是試壓過程中的殘留水。管道內(nèi)的水可能以液態(tài)形式存在，也可能是氣相中的水凝結(jié)或吸附在管道內(nèi)表面。微生物可以存在微小體積水分子內(nèi)，因此輸送干氣管道或者認(rèn)為不含水管道在沉積物形成水薄膜的位置也會(huì)發(fā)生微生物 腐蝕。

歐洲魯爾油氣公司調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，管道內(nèi)微生物腐蝕多發(fā)生在站內(nèi)管網(wǎng)特殊部位（彎頭、彎管、閥門）和管道干線易積液部位，在管道運(yùn)營中后期，微生物腐蝕也有逐漸加速的趨勢。國內(nèi)外管道行業(yè)針對管道內(nèi)微生物腐蝕環(huán)境的認(rèn)知基本一致，即低點(diǎn)位置、穿越處或站內(nèi)管網(wǎng)盲管段，是管道內(nèi)腐蝕/微生物腐蝕的重點(diǎn)區(qū)域。

3 管道內(nèi)微生物腐蝕特征

NACE TM0212規(guī)定了管道發(fā)生微生物腐蝕的特征，顯微鏡測定出腐蝕沉積物中存在鐵細(xì)菌和錳細(xì)菌時(shí)，表明存在微生物腐蝕。驗(yàn)證MIC是管道內(nèi)腐蝕原因，應(yīng)滿足下列條件：

（1）相對其他腐蝕區(qū)域的試驗(yàn)樣本，特定區(qū)域內(nèi)微生物（細(xì)菌或真菌）數(shù)量和活性增加；

（2）腐蝕區(qū)域內(nèi)支持微生物存活的化學(xué)指標(biāo)異常，例如硫酸鹽還原細(xì)菌（Sulfate-reducing Bacteria，SRB），點(diǎn)蝕沉積物中硫化物或硫含量增加，酸性細(xì)菌（Acid-Producing Bacteria，APB）和有機(jī)酸含量增加。

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)未見管道發(fā)生微生物腐蝕的具體特征和文字描述?？筛鶕?jù)管道現(xiàn)場開挖情況，結(jié)合NACE TM0212提出的驗(yàn)證條件，確認(rèn)管道是否發(fā)生微生物腐蝕。

4 管道內(nèi)微生物腐蝕影響因素

NACE TM0212闡述了管道內(nèi)微生物腐蝕的影響因素：

（1）新進(jìn)入管道的水分，并為微生物活動(dòng)的提供能量源進(jìn)而影響微生物腐蝕過程；

（2）流體速率，相對管道中部高流速，壁面處低流速或靜置狀態(tài)有利于形成生物膜；

（3）采取注入抑制劑/殺菌劑、周期性清管可能改變生物膜生產(chǎn)過程或者改變微生物腐蝕機(jī)理及發(fā)生位置；

（4）管道分輸操作造成運(yùn)行工況波動(dòng)，影響微生物腐蝕程度。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23258未涵蓋管道內(nèi)微生物腐蝕的影響因素相關(guān)內(nèi)容，側(cè)重通過實(shí)施工藝控制措施、管輸介質(zhì)處理、定期清管等預(yù)防管道內(nèi)腐蝕/微生物腐蝕。選定控制措施僅為原則性規(guī)定，即根據(jù)各腐蝕控制措施的相互關(guān)聯(lián)和影響、適用性、可行性和經(jīng)濟(jì)學(xué)確定。應(yīng)借鑒NACE TM0212在分析微生物腐蝕影響因素基礎(chǔ)上，采取針對性預(yù)防減緩 措施。

5 管道內(nèi)微生物腐蝕試樣制取

NACE TM0212在第5章規(guī)定了管道內(nèi)微生物腐蝕取樣設(shè)備及要求，第6章規(guī)定了管道內(nèi)微生物腐蝕取樣程序，這兩部分是本標(biāo)準(zhǔn)核心內(nèi)容，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23258中未見規(guī)定。測試方法規(guī)范化是保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)科學(xué)性和準(zhǔn)確性的基本條件，也是確定管道內(nèi)微生物腐蝕特征的重要依據(jù)，以下列出部分技術(shù)條款以供借鑒參考。無菌樣品采集容器要求：

（1）可采用玻璃或塑料材質(zhì)，不得含有抑制微生物存活的化學(xué)物質(zhì)；

（2）如測定樣品化學(xué)成分，容器盛裝磷酸鹽緩沖液或林格氏溶液用于保存樣品的溶液；

（3）玻璃樣品收集容器應(yīng)進(jìn)行高溫滅菌，即在100kPa、121℃進(jìn)行蒸汽加熱至少20min。在清洗消毒后可多次重復(fù)使用。塑料樣品收集容器只能使用1次。

微生物腐蝕取樣程序要求：

（1）用于評估管道一定周期內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)和腐蝕速率，通常是測試一段時(shí)間內(nèi)收集的多個(gè)樣品。采樣頻率不低于每5天1次，一般需要更長的采樣頻率和持續(xù)時(shí)間；

（2）為確定是否存在微生物腐蝕及嚴(yán)重程度，樣品檢測結(jié)果應(yīng)結(jié)合其他腐蝕檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，例如管道運(yùn)行參數(shù)、清管周期、輸送介質(zhì)成分、腐蝕掛片/探針試驗(yàn)數(shù)據(jù)、管道厚壁檢測數(shù)據(jù)等；

（3）采集試樣注意關(guān)注管道內(nèi)表面情況，包括沉積物（氧化皮）位置分布，潮濕/干燥，顏色紋理分層情況等，觀測管道內(nèi)壁腐蝕形貌：腐蝕坑形狀、尺寸和深度；

（4）檢測拆除管段腐蝕試樣時(shí)應(yīng)注意微生物試驗(yàn)樣本是否改變或者污染，如管段經(jīng)過多次搬運(yùn)，且長時(shí)間暴露在空氣、陽光下，已發(fā)生脫水、氧化或者受到污染，不允許進(jìn)行微生物樣本取樣；

（5）借助腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的腐蝕掛片進(jìn)行微生物生物膜取樣，掛片位置應(yīng)滿足流速和微生物附著要求，一般安裝在管道六點(diǎn)時(shí)鐘位置。定期拆除掛片，測試微生物數(shù)量，監(jiān)測生物膜發(fā)展趨勢。

6 管道內(nèi)微生物腐蝕監(jiān)測

NACE TM0212-2012規(guī)定微生物腐蝕監(jiān)測固定位置收集，監(jiān)測方法包括常規(guī)掛片、擴(kuò)展分析掛片、腐蝕監(jiān)測探針等。常規(guī)掛片監(jiān)測暴露時(shí)間約6個(gè)月，然后從管道內(nèi)拆除進(jìn)行分析，包括清洗、稱重、確定重量損失，檢查點(diǎn)蝕和機(jī)械損傷。擴(kuò)展分析掛片應(yīng)放置在腐蝕情況最嚴(yán)重的區(qū)域，安裝和拆除與常規(guī)掛名相同。腐蝕監(jiān)測探針類型包括電阻（ER）、線性極化電阻（LPR）、電化學(xué)電位噪聲（EPN）和電流噪聲等。GB/T 23258-2009規(guī)定在管道腐蝕比較嚴(yán)重的位置宜設(shè)置腐蝕監(jiān)測點(diǎn)，在線腐蝕監(jiān)測方法包括腐蝕掛片、腐蝕測試短節(jié)、電阻探頭、線性極化探頭、電感探頭、電化學(xué)噪聲探頭、氫探頭、場信號法、在線超聲波壁厚監(jiān)測系統(tǒng)等, 應(yīng)根據(jù)不同的操作環(huán)境、安裝和操作方式等選用。

可以看出，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)腐蝕監(jiān)測技術(shù)類型更加多樣化，但未指出適用于微生物腐蝕監(jiān)測的專用技術(shù)。結(jié)合美國標(biāo)準(zhǔn)做法，重點(diǎn)針對掛片和腐蝕探針確定應(yīng)用于微生物腐蝕監(jiān)測的技術(shù)條件（安裝區(qū)域、暴露時(shí)間、分析方法等）。

7 管道微生物腐蝕減緩措施

NACE TM0212提出合理開展管道設(shè)計(jì)、維護(hù)和操作活動(dòng)，可以驗(yàn)證MIC緩解措施的有效性，例如定期清除可以去除MIC存在的生物膜，注入生物抑制劑只能減少活性微生物的數(shù)量。管道內(nèi)腐蝕控制措施對于預(yù)防和緩解MIC也是有效性。國外液體管道內(nèi)腐蝕減緩措施主要有：（1）控制輸送介質(zhì)中的水和腐蝕性物質(zhì)；（2）加緩蝕劑或滅菌劑；（3）采用內(nèi)涂層或內(nèi)襯，采用耐腐蝕合金鋼；（4）定期清管，破壞微生物腐蝕環(huán)境；（5）特殊位置安裝排水管；（6）輸送工藝優(yōu)化（設(shè)計(jì)最優(yōu)的介質(zhì)輸送速率、溫度）。

可以看出，國內(nèi)外內(nèi)腐蝕減緩措施基本相同，建議在設(shè)計(jì)階段考慮微生物腐蝕可能性，通過輸送工藝條件優(yōu)化以及特殊位置安裝排水管去除積水，從根本上杜絕微生物腐蝕條件。

8 結(jié)論和建議

我國在管道微生物腐蝕檢測、預(yù)測和控制方面還處于初級階段，應(yīng)未雨綢繆，防患于未然，借鑒美國標(biāo)準(zhǔn)NACE TM0212-2012在以下方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于改進(jìn)我國標(biāo)準(zhǔn)。

（1）管道內(nèi)微生物腐蝕環(huán)境是低點(diǎn)位置、穿越處或站內(nèi)管網(wǎng)盲管段。在管道施工階段，加強(qiáng)試壓水排放和干燥質(zhì)量控制，投產(chǎn)階段，油氣站場設(shè)備采取多次排污放空作業(yè)，盡可能消除管道內(nèi)積水；

（2）根據(jù)管道實(shí)際運(yùn)行情況，測定微生物活性、數(shù)量以及SRB、APB等化學(xué)指標(biāo)，驗(yàn)證管道是否發(fā)生微生物腐蝕；

（3）國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23258應(yīng)補(bǔ)充管道內(nèi)微生物腐蝕取樣設(shè)備及要求，管道內(nèi)微生物腐蝕取樣程序等內(nèi)容，完善腐蝕掛片和探針用于微生物腐蝕檢測技術(shù)的做法；

（4）在設(shè)計(jì)階段考慮微生物腐蝕可能性，通過輸送工藝條件優(yōu)化以及特殊位置安裝排水管去除積水，從根本上杜絕微生物腐蝕條件。