曲杰1 王志濤2 唐建華1 吳昊1

1.中海油能源發展裝備技術有限公司； 2.中國石油集團工程技術研究院

摘 要：海底管道按照腐蝕部位不同，分為管道內壁腐蝕和外壁腐蝕，國際上常用的海底管道防腐設計包括外防腐涂層、內防腐和陰極保護技術。介紹了海底管道檢測技術國內外研究和應用情況，重點闡述了海底管道外防腐檢測技術的發展和應用前景。

海底管道最經濟有效的外部腐蝕控制措施是涂層防護和陰極保護。有兩種原因導致涂層金屬腐蝕。一是涂層本身存在缺陷，如針孔等；二是在運輸、安裝和運行過程中涂層被損壞，使金屬暴露于腐蝕環境。這些缺陷導致大陰極小陽極現象，加速涂層破損處腐蝕（圖 1）。

目前海底管道采用犧牲陽極陰極保護技術，但如果犧牲陽極存在設計缺陷、管道延壽都會導致陽極消耗后過早失去作用（圖 2），因此需要定期進行檢測或更換。而如何檢測海底管道的外防腐狀況是預防管道發生外部腐蝕或泄漏的關鍵。

1 國內檢測技術應用現狀

目前國內主要采用聲學調查設備對管道路由位置、埋設狀況及周邊地形地貌進行定期檢測，無法判斷管道的陰極保護狀況。南海一些非掩埋深水管道，水下能見度較高，通過潛水員或ROV（水下機器人）定期檢測位于海床面管道上的陽極，來了解和掌握海底管道陽極工作狀態（圖 3）。

海底管道陽極檢測技術包括外觀檢查和電位測量。外觀檢查包括以下幾方面：①犧牲陽極的安裝情況；②犧牲陽極的消耗情況；③犧牲陽極的電連接情況；④犧牲陽極附著海生物情況。清理陽極表面后，還應檢查其表面是否發生鈍化、是否遭受不規則腐蝕 以及海生物的影響。測量選定陽極電位，判斷陽極是否在設計消耗范圍內，因為陽極鈍化和海生物附著都會導致陽極保護電位超出正常范圍。上述接觸式電位測量技術，僅能提供測量點的電位，不能提供連續的電勢分布，而且需要清理測量點陽極表面，測量的數據不能為陽極電流輸出和剩余壽命提供依據。

目前，國內海底管道陽極檢測技術僅局限于非埋設海底管道設施。對掩埋的海底管道，傳統的接觸式陽極檢測技術受查找和開挖難度以及水下能見度的影響無法有效開展，導致該領域一直處于檢測盲區。通過分析近幾年海底管道內檢測數據，部分海底管道確實存在不同程度的外部腐蝕，主要是由于涂層和陽極失效所導致的。因此，海底管道外防腐檢測技術是當前急需解決的技術難題。

2 國內外新技術發展現狀

國外在海底管道安全檢測技術方面起步較早，有很多技術值得我們學習和借鑒，除傳統的接觸式海底管道陽極檢測技術外，一些新的管道外防腐檢測技術已成功應用到海洋領域，如金屬磁記憶法、電位分布測量法和電場梯度測量法等。

（1）金屬磁記憶法

金屬磁記憶法由俄羅斯杜波夫教授在20世紀90年代初提出，杜波夫教授用特制的磁力檢測計檢測了鐵磁構件的表面應力集中，通過實驗結果，總結出磁記憶的產生是金屬磁現象物理本質和材料位錯過程導致的。通過磁記憶檢測可以發現缺陷甚至材料組織的不均勻性（圖 4）。對于管道，即管道的缺陷（制造缺陷、焊接缺陷、機械缺陷和腐蝕缺陷等）會引起管道應力局部增大，導致該位置磁特性發生相應變化，這種變化通過磁力計可以探測到。

目前，該技術在陸地管道得到了推廣應用，國外也有海底管道應用案例，但是公開信息不多。

2013年，我國中海油能源發展裝備技術有限公司在中海油海底管道800米環路實驗室進行了水下金屬磁記憶檢測技術試驗，獲得了成功。 2014年該技術成功應用于渤海某海底管道，為國內掩埋海底管道非接觸式檢測技術的推廣奠定了基礎。

但是金屬磁記憶檢測技術是通過已經發生外壁腐蝕的海底管道來間接評價陰極保護系統的可靠性，無法對管道涂層和陽極狀況進行直接評價。

（2）電位分布測量法

管道沿線電位分布測量，即密間隔電位測試（Close Interval Potential Survey， CIPS）是判斷管道陰極保護有效性的主要技術，在陸上埋地管道檢測中得到廣泛應用，國外也已經應用在海底管道領域，檢測示意如圖 5所示。

檢測時，測量船上搭載的自動電位記錄儀的一端留有帶絕緣層的金屬導線與平臺立管絕緣法蘭以下的管道進行電連接，另一端與搭載在水下拖魚或ROV上的測量電極相連接，從而構成電位測量回路。由測量船控制拖魚或ROV沿管道路由上方進行巡檢，實現海底管道沿線電位分布測量，典型的電位分布數據曲線如圖 6中曲線 2所示。根據測量結果，對比表 1和表 2，判斷管道的陰極保護是否有效。

電 位 分 布 測 量 技 術 國 內 相 關 標 準 包 括 G B /T 21448–2017《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》、 GB/T 21246–2016《埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法》、 SY/T0087.1–2018《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準 埋地鋼質管道外腐蝕直接評價》等。

電位分布測量法不適合接點相距較遠的管道。因而除非海底管道距離平臺或登陸端較近，否則不具備適用條件。

（3）電場梯度測量法

電場梯度測量法也稱為直流電位梯度測量法（Direct Current Voltage Gradient， DCVG），是目前應用比較廣泛的陸上埋地管道外防腐層檢測技術之一，屬于非接觸檢測技術，已寫入國內標準SY/T0087.1–2018《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準 埋地鋼質管道外腐蝕直接評價》。

將其用于海底管道檢測原理為：在施加了陰極保護的海底管道上，如果管道防腐層有破損，陰保電流將通過海水介質到達防腐層存在破損的金屬管道處，在破損處區域形成電位梯度場，如圖 7所示。電流越大、距離防腐層破損點越近，電位梯度越集中。

測量時，測量船下放ROV，并控制ROV沿管道上方巡檢，由ROV上攜帶的CTC電極測量并記錄海底管道沿線電場梯度數值，如圖 8所示。根據測量數據，繪制電場梯度數值VS測試距離數據曲線（圖 6中曲線 1），從而判斷管道外防腐層缺陷位置、大小，以及犧牲陽極的位置。

采用遠參比電極及CTC電極系統還可以同時測量/計算管道沿線的電位分布及電場梯度（圖 9）， ROV水下一次行進即可獲取多組數據。通過電位分布數據及電場梯度數據的對比與驗證，提高檢測的準確性。

3 結束語

國家對海底管道安全和海洋環境保護高度重視，對管道安全管理提出了更高的要求。目前國內海底管道缺乏有效的檢測技術，需要研究機構、企業和政府一起聯合推進管道檢測技術的發展，實現對海底管道的全面檢測，從而為能源安全和海洋環境安全提供保障。

作者：曲杰， 1977年生， 大學本科，中海石油技術檢測有限公司總工程師，主要從事海底管道檢測工作。