高強(qiáng)  陳振華  沈光霽  姜艷華 冷有全  莊楠  馬霖  劉振斌 

中國(guó)石油管道公司

摘要：凍土區(qū)管道陰極保護(hù)、3PE防腐層的剝離、區(qū)域陰極保護(hù)運(yùn)行維護(hù)、長(zhǎng)輸埋地保溫管道的腐蝕控制等是管道腐蝕防護(hù)中的難點(diǎn)問(wèn)題。結(jié)合腐蝕防護(hù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析了問(wèn)題原因，介紹了相關(guān)措施和防護(hù)要點(diǎn)；提出了當(dāng)前急需提升的技術(shù)領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：油氣管道；陰極保護(hù)；3PE防腐層；保溫層腐蝕；展望

腐蝕已成為油氣管道失效的第二大致因，嚴(yán)重威脅管道的安全運(yùn)行。美國(guó)管道安全局調(diào)查顯示，美國(guó)45%的管道退役是由于外腐蝕嚴(yán)重造成的。隨著管道建設(shè)大發(fā)展和外部環(huán)境的變化，腐蝕問(wèn)題也呈現(xiàn)出多樣化，對(duì)管道腐蝕防護(hù)工作提出了新的挑戰(zhàn)。筆者結(jié)合中石油管道公司近年來(lái)腐蝕與防護(hù)工作中存在的主要問(wèn)題及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了歸納和總結(jié)。

1  油氣管道腐蝕與防護(hù)的難點(diǎn)問(wèn)題

1.1  凍土區(qū)管道陰極保護(hù)運(yùn)行維護(hù)

漠大原油管道（漠大線）穿越我國(guó)北方高寒凍土區(qū)，沿線分布有季節(jié)性凍土和島狀多年凍土，土壤結(jié)構(gòu)及其隨季節(jié)變化特別復(fù)雜，對(duì)管道陰極保護(hù)的運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)了較大的影響。漠大線在一年中土壤電阻率變化區(qū)間為50～10000 Ω▪m。在常年凍土區(qū)內(nèi)，較高的土壤電阻率會(huì)對(duì)陰極保護(hù)電流造成屏蔽；在季節(jié)性凍土區(qū)內(nèi)，管道沿線土壤成分、含水量及凍結(jié)深度的不同，導(dǎo)致沿線的土壤差異較大，造成陰極保護(hù)電流分布不均勻。

此外，季節(jié)的變化還會(huì)引起陰極保護(hù)系統(tǒng)回路電阻變化較大，系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)設(shè)置也需要隨之改變；在冬季低溫條件下，常溫型的硫酸銅參比電極會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰而發(fā)生電位漂移，最大電位漂移達(dá)到400 mV，嚴(yán)重影響恒電位儀的運(yùn)行。中石油管道分公司借鑒國(guó)外凍土區(qū)管道運(yùn)行管理的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，制定了多年凍土區(qū)陰極保護(hù)運(yùn)行維護(hù)規(guī)范，用于指導(dǎo)凍土區(qū)陰極保護(hù)的運(yùn)行和評(píng)價(jià)。開(kāi)發(fā)了性能穩(wěn)定的防凍型參比電極，設(shè)計(jì)了低溫型陰極保護(hù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，用于冬季管道保護(hù)電位數(shù)據(jù)采集；明確了凍土區(qū)管道陰極保護(hù)電源設(shè)備、輔助陽(yáng)極及附屬設(shè)施及的維護(hù)要求，規(guī)定了系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量?jī)?nèi)容和頻次。

1.2  3PE防腐層的剝離

3PE防腐層因其具有優(yōu)良的絕緣性能和抗機(jī)械損傷性能，已成為我國(guó)埋地鋼質(zhì)管道防腐層的主流。然而，近幾年國(guó)內(nèi)外均發(fā)現(xiàn)了3PE防腐層剝離的問(wèn)題。2010年，墨西哥國(guó)家石油公司對(duì)一條僅運(yùn)行5年的3PE防腐層管道的調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，13處管段中有12處管段存在3PE剝離，主要位于管體與FBE底漆界面。3PE防腐層剝離通常是大面積的，其形式大多表現(xiàn)為：防腐層外觀良好，用小刀將其劃透后，防腐層自動(dòng)從管體剝離，僅有少數(shù)粉末或無(wú)粉末留存，鋼管表面無(wú)腐蝕。然而，防腐層一旦剝離破損就可能出現(xiàn)兩種極端情況。一是大面積剝離，進(jìn)水，此時(shí)管道會(huì)大面積暴露在電解質(zhì)環(huán)境中，導(dǎo)致管道難以得到充分的保護(hù)；二是，剝離導(dǎo)致陰極保護(hù)電流屏蔽，形成閉塞腐蝕電池，有自催化特征，對(duì)管線的危害極大。

對(duì)于3PE防腐層剝離的原因，目前尚未定論。美國(guó)交通運(yùn)輸部的一項(xiàng)研究表明：殘余應(yīng)力是導(dǎo)致3PE防腐層失效的主要因素；導(dǎo)致熔結(jié)環(huán)氧粉末底漆與鋼材之間粘結(jié)力降低的原因包括：鋼材表面預(yù)處理不當(dāng)；涂料涂覆工藝不當(dāng)；環(huán)氧粉末底漆配方不當(dāng)?shù)�。�?guó)內(nèi)針對(duì)3PE防腐層剝離的問(wèn)題正在研究探索階段。對(duì)于3PE防腐層剝離檢測(cè)，也沒(méi)有針對(duì)性的手段，這也是國(guó)內(nèi)外業(yè)界的一致性難題。目前，主要依賴于開(kāi)挖調(diào)查發(fā)現(xiàn)3PE防腐層的剝離失效問(wèn)題。

1.3  區(qū)域陰極保護(hù)中的運(yùn)行維護(hù)

目前，中石油管道分公司的新建站場(chǎng)都安裝了區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)，一些老站場(chǎng)也在陸續(xù)增補(bǔ)。站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)比干線管道要復(fù)雜得多。由于站場(chǎng)埋地金屬結(jié)構(gòu)物復(fù)雜，接地系統(tǒng)龐大，干擾屏蔽問(wèn)題突出，嚴(yán)重影響區(qū)域陰極保護(hù)的應(yīng)用效果。2013年至2016年，我公司開(kāi)展了站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)有效性評(píng)價(jià)專項(xiàng)工作，發(fā)現(xiàn)了區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)中的一些共性問(wèn)題。

（1）保護(hù)電位分布不均，有時(shí)甚至同時(shí)存在過(guò)保護(hù)和欠保護(hù)的問(wèn)題；

（2）多回路系統(tǒng)及站外陰極保護(hù)系統(tǒng)之間的干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)輸出異常（見(jiàn)圖1）；

（3）埋地金屬結(jié)構(gòu)物密集區(qū)域內(nèi)的電流屏蔽；

（4）站內(nèi)測(cè)試點(diǎn)的電位無(wú)法全面反映站內(nèi)各區(qū)域管道的保護(hù)狀況；

（5）柔性陽(yáng)極斷路的問(wèn)題。由于站內(nèi)埋地金屬物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且柔性陽(yáng)極本身接地良好，定位柔性陽(yáng)極斷點(diǎn)是目前的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題（見(jiàn)圖2）。

圖1 多回路陰極保護(hù)電源

圖2  柔性陽(yáng)極斷點(diǎn)查找現(xiàn)場(chǎng)

從多年經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，區(qū)域陰極保護(hù)應(yīng)用成功與否主要取決于輔助陽(yáng)極的選型和布局。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)中，深井陽(yáng)極和柔性陽(yáng)極已成為區(qū)域性保護(hù)輔助陽(yáng)極的主要形式，且效果較好，但柔性陽(yáng)極由于施工量較大，僅適宜新建站場(chǎng)；對(duì)于后期增加陰極保護(hù)的站場(chǎng)，只要地質(zhì)條件符合要求，應(yīng)優(yōu)先考慮采用深井陽(yáng)極；分布式淺埋陽(yáng)極或犧牲陽(yáng)極則更適宜于在埋地金屬密集區(qū)做熱點(diǎn)保護(hù)。

1.4  長(zhǎng)輸埋地保溫管道的腐蝕控制

原油管道保溫輸送可大幅減少年耗電量和耗油量，但采用防腐保溫層的管道，其外腐蝕問(wèn)題就會(huì)尤為突出。20世紀(jì)80年代，我國(guó)建成的花格線、中洛、膠青等保溫管道，外腐蝕失效問(wèn)題十分突出，且發(fā)展極快。2000年，花格線年腐蝕穿孔超過(guò)20次，且自1992年以來(lái)呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

保溫層往往存在屏蔽陰極保護(hù)電流的問(wèn)題，一般有兩種情況：一是在地下水位高的區(qū)域，水、CO2及陰極保護(hù)電流都可以進(jìn)入保溫層，但僅限于保護(hù)保溫層破損處的管體，隨著深處水膜厚度逐漸減薄，電阻率升高，當(dāng)電阻率達(dá)到108 Ω▪m，保護(hù)電流基本不會(huì)到破損點(diǎn)的深處；二是在干濕交替變化環(huán)境，枯水季節(jié)時(shí)，外部水流通道失去后，已進(jìn)入保溫層的水與外部土壤電解質(zhì)絕緣，此時(shí)保護(hù)電流也無(wú)法進(jìn)入保溫層下的管體。屏蔽易形成自催化的閉塞電池，其腐蝕速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)金屬的自然腐蝕速度（見(jiàn)圖3）。

圖3  保溫層進(jìn)水圖片

雖然標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)聚氨酯泡沫閉孔率有嚴(yán)格要求，但僅限于工廠預(yù)制。在管道補(bǔ)口處，保溫層通常采用現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡或預(yù)制沫瓦，很難保證施工質(zhì)量。從國(guó)內(nèi)一些保溫管道以及長(zhǎng)呼線的內(nèi)外檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，外腐蝕問(wèn)題主要集中在補(bǔ)口位置。2015年至2016年，中石油管道分公司開(kāi)展了保溫管道腐蝕調(diào)查和研究，針對(duì)保溫層補(bǔ)口進(jìn)水問(wèn)題，設(shè)計(jì)了管道防腐保溫層補(bǔ)口結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了用于現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的聚氨酯保溫層發(fā)泡模具，應(yīng)用結(jié)果表明修復(fù)后的防腐保溫層具有較好密封性。同時(shí)還設(shè)計(jì)了補(bǔ)口處保溫層含水率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫層進(jìn)水的快速、準(zhǔn)確響應(yīng)。

2  總結(jié)與展望

腐蝕與防護(hù)是油氣管道完整性管理的重要組成部分，貫穿管道的全生命周期。雖然我國(guó)腐蝕與防護(hù)技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，形成了較為全面的，標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)體系，但行業(yè)內(nèi)仍存在一些瓶頸問(wèn)題亟待解決。從當(dāng)前來(lái)看，腐蝕與防護(hù)技術(shù)急需提升以下幾個(gè)方面。

（1）外防腐層和陰極保護(hù)是相輔相成的，在材料和方法的選型上應(yīng)注重兩者的兼容性；

（2）外腐蝕直接評(píng)價(jià)應(yīng)注重對(duì)外腐蝕防護(hù)系統(tǒng)有效性的整體評(píng)估，從單個(gè)缺陷的評(píng)價(jià)，提高到對(duì)于含缺陷段的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估；定性的指標(biāo)也應(yīng)該逐步定量化，提高檢測(cè)與評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性；

（3）在雜散電流干擾日益復(fù)雜的情況下，管道公司應(yīng)與干擾源側(cè)運(yùn)營(yíng)主體建立有效的溝通機(jī)制，做到防治結(jié)合，全面管控；

（4）以管道公司或整個(gè)行業(yè)為平臺(tái)，建立腐蝕失效數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)失效數(shù)據(jù)的積累，幫助管道運(yùn)營(yíng)者及時(shí)掌握失效原因和風(fēng)險(xiǎn)，做出準(zhǔn)確的決策。 

作者簡(jiǎn)介：高強(qiáng)，男，1979年生，高級(jí)工程師，2001年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)任中國(guó)石油管道公司管道處科長(zhǎng)。 

《管道保護(hù)》2017年第4期（總第35期）