安塞油田输油管道腐蚀检测技术研究与应用

工程设计及标准 石 油 化 工 自 动 化，2 0 0 9 ，1： 1 4 AUT0M ATI ON 1 N PETR0一 CHEM I CAI I NDUS TRY 安塞油 田输油管道腐蚀 检测技术研究与应用 陈琛 ，吕 旭 ，郭发荣 ， 刘玉梅 ，董 昭 ( 中国石油长庆油 田分公司 第一采油厂 ， 陕西 延安7 1 6 0 0 0 ) 摘 要 ： 安塞油 田输油管道大部分位于环境敏感区， 管道腐蚀检测技术对于安塞油 田输油管道的安全管理具有重要意义。在对 国内外管道腐蚀检测技术调研的基础上， 优选 出一套适合安塞油田输油管道的腐蚀检测及评价技术 ， 并应用该技术对不同区块、 不同 介质、 不同年限的 1 4 k m输油管道开展了腐蚀检测 ， 在此基础上展开了剩余强度、 剩余寿命评价， 取得了一定的结论和认识。 关键词 ： 输油管道； 腐蚀； 防腐层检测； 评价 中图分类号 ： T H 8 7 8 2 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 7 7 3 2 4 ( 2 0 0 9 ) 0 1 0 0 1 4 0 6 Re s e a r c h a n d Appl i c a t i o n o n Co r r o s i on Ev a l u a t i o n Te c h no l o g y o f Oi l Tr a ns pO r t a t i O n Pi pe l i ne i n t h e Ans a i Oi l f i e l d Che n Ch e n，Lv Xu，Gu o Fa r on g，Li u Yume i ，Don g Zha o ( Pe t r o Ch i n a Ch a n g q i n g Oi l f i e l d B r a n c h，F i r s t Oi l Ex t r a c t i o n Pl a n t ，Ya n a n ，7 1 6 0 0 0，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e m o s t p a r t of t r a ns p or t a t i o n o i l pi pe l i ne i n t he Ans a i Oi l f i e l d l o c a t e s i n t h e c i r c u m s t a n c e s e ns i t i ve a r e a，t he c o r r os i o n e va l u a t i on t e c hn ol o g y o f t he p i pe l i ne p l a y s i m p or t a nt r o l e i n t he s a f e t y o f t h e An s a i Oi l f i e l d o i l t r a n s p o r t a t i o n l i n e Ba s e d o n t h e i n v e s t i g a t i o n o f d o me s t i c a n d i n t e r n a t i o na l p i pe l i n e c o r r o s i o n e v a l u a t i o n t e c hn o l o g y，a c o r r o s i o n d e t e c t i o n a n d e v a l u a t i o n t e c hn o l o g y whi c h i s s u i t a bl e f o r t h e An s a i Oi l f i e l d h a s b e e n s e l e c t e dTh e 1 4 k m o i 1 t r a ns p o r t a t i o n p i pe l i n e wi t h t he d i f f e r e n t a r e a ，d i f f e r e n t me d i u m a n d d i f f e r e n t s e r v i c e nu mb e r o f y e a r s h a s be e n c a r r i e d o u t c o r r o s i o n t e s t ， t h e n t h e r e s i d u e s t r e n g t h，r e s i d u e l i r e e v a l u a t i o n i S c a r r i e d o ut ，t h e n c o n c l u s i o n a n d kn o wl e d g e h a s b e e n a c h i e v e d Ke y wo r ds ：o i l t r a ns p or t a t i o n pi p e l i n e；c o r r os i o n；a nt i c or r o s i on l a y e r de t e c t i o n；e v a l u a t i o n 1 引 言 安塞 油 田输油 系统 主要采 用计 量站 、 转油 站和 集油 站三 级布 站和 管道输 送工 艺 ， 目前有各 类 站点 1 7 2 座 ， 各类输油管线 1 6 5条。输油管线平均输油 压力 1 2 MP a ， 平均输液 2 1 5 m。 d 。 该 油 田主要生 产 区域 位 于 “ 四河 三 库 ” 的环 境 敏感 区， 输油管道大多数沿公路伴河敷设， 1 3 3条 输 油管道 跨河 或 穿河 ， 一旦 发 生 泄 漏 ， 易造 成 较 大 的水源环 境污 染和 严重 的社会 负 面影 响 。 该油 田每年发生管道泄露 1 O次以上 ， 其 中腐 蚀 占 5 O 以上 。为全 面了解安塞油 田输油管 线 的腐蚀 状 况 ， 提早 发 现并 及 时 治理 管 道泄 漏 隐 患 ， 防止管 网因腐蚀穿 孔而 引起泄漏 、 爆炸 等事 故 ， 同时为 了通 过对局 部腐蚀严 重 管段 的治理 ， 提高管线 的使用寿命 ， 实现输油管线经济 有效使 用 ， 技术人员 开展 了输油管道腐蚀检测及 评价技 术 研 究 。 2 输 油管道 腐蚀 检测 技术 优选 2 1 安塞 油 田输 油管 道 防腐措 施 输油管道一般为埋地敷设 ， 外防腐层及外部管 体主要发生土壤腐蚀、 细菌腐蚀 、 应力腐蚀和杂散 电流腐蚀等 。此外 ， 由于输送介质的影响 ， 在 内涂 层保护不力的情况下 ， 也会产生内腐蚀 ， 如 H。 S应 力腐蚀 、 氢腐蚀、 多相流腐蚀等。 为了降低埋地输油管道外壁腐蚀带来的危害 ， 通常采用外防腐层与阴极保护共同组成 的防护系 统。NA C E 1 9 9 3年年会第 1 7号论文指 出：“ 正确 涂敷的防腐层应该为埋地构件提供 9 9 的保护需 求 ， 而余下的 1 才由阴极保护提供 。 ” 收稿 日期 ： 2 0 0 8 0 8 2 4 。 作者简介 ：陈琛( 1 9 7 2 一) ， 女 ， 陕西武功人 ， 1 9 9 4年毕业 于 西安石油大学石油工程专业 ， 现在长 庆油 田分公司第 一采油厂 采 油工艺研究所工作 ， 任集输工程 师。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 陈琛等 安塞油 田输油管道腐蚀检测技术研究与应用 该油田输油管道采用环氧煤沥青涂料普通级 防腐 ， 硬质 聚氨酯 泡沫塑料 聚乙烯黄夹克结 构保 温 ， 保 温层 厚 3 0 mm， 黄 夹 克 厚 1 5 mm。除 部 分 净化油管道 ， 绝大部分输油管道无阴极保护系统 。 2 2 输油 管道 防腐 层检 测技 术优 选 根据该油 田输油 管道外 防腐技 术现状 ，结合 国 内外 管道 外腐 蚀检 测技 术现 状 ， 从 检 测 内容 的全 面性 、 准确性 出发 ， 确 定外 防腐 层 检 测 采 用 多 频 管 中 电流 法 ( P C M) 检 测 ， 见表 1 所 列 。 表 1 国内外管道外 防腐检 测技术对比 该技术利用发射机从埋地管道的某一点 向管道 供入交流信号， 当信号电流在埋地导 电的管 中传输 时， 周围便产生 了相应 的电磁场 ，它与管 中电流的 大小成正比， 利用接收机从地表的磁场分量可准确 测定管道信号电流的大小。当防腐层性能均匀时， 管道中的电流 与距离 x满足关系式 I o e - ( 为信号供入点电流 ； a为衰减系数) 。若存在电流的 异常衰减段， 证明存在防腐层破损点或管道分支点 ， 再使用“ A字架” 精确定位。如图 1 所示 ， 曲线 1为 防腐层完好时检漏信号曲线； 曲线 2为防腐层 A点 有漏点时的检漏信号 曲线 。此外， 根据各个检测点 的间距 X 和 电流 强度 记 录 ， 经 对数 转换后 得 到以 分贝( d B ) 表示的电流值 I a 一 2 0 l o g J +K， 根据电 流衰减率Y一( 一 ) ( X2 一X ) 值的大小给出 管道防腐层的质量评级。 这 是 目前 国 内外 应用 比较 成熟 的一 种 检 测方 法 ， 工程测量中所使用 的仪器轻便 ， 操作也 比较简 单 。由于检测磁场是电流感应所产生， 受到磁场叠 加及介质影响， 对相邻多条管道难 以分辨 。 图 1 多频 管 中电流 法检 测 原理 2 3管体 腐蚀检 测 技术 优选 国内外 管体腐蚀检测技术有漏磁法 内检测技 术 、 超 声 波 内检测 技术 、 超声 导 波技术 、 管道壁 厚数 据分析法 。由于 内检测技术 目前只能检测管径 大 于 2 7 3 mm 管道 ， 所 以只能采 用后 两种 技术 。 2 3 1 管 道壁 厚数 据 分析 法 主要是对管道防腐层破损点管体壁厚检测数 据进行统计分析， 确定该段管体腐蚀剩余壁厚。在 对整条管线进行分析时， 最小剩余壁厚一般取多个 防腐层破损点最小剩余壁厚值。 利用超声波测厚仪对防腐层破损点开挖管体 进 行测厚 ， 测试前 先 对 防腐 层 破损 点处 进行 管体 开 挖 ， 剥 离 防 腐 层、 保 温 层， 然 后 在 破 损 点 附 近 5 0 0 mm段 按 照 圆周 0 。 ， 9 0 。 ， 1 8 0 。 ， 2 7 0 。 位 置 分 别测 试 6个截面累计 2 4个数据 ， 一般取最小值为该段 管线 的剩余壁厚值 。 2 3 2超声 导波 技术 在固体材料中通常存在两种基本 的波型 ， 即纵 波与横波 。当超声传播介质被局限在棒状或管状 的边界内， 边界对超声波产生反 复不断 的反射 ， 这 样 就 能形 成超声 导 波 。 超 声 导 波 检测 时 ， 由主机 发 射 出 2 3种 扭 转 波 、 纵波和 横波 ， 其传 播主 要依赖 于 声波 的频率 和 材 料 的 厚 度 ， 在 遇 到 管 道 壁 厚 发 生 变 化 的 位 置 ， 无 论 壁 厚 增 加 或 减 少 ， 一 定 比例 能 量 都 被 反 射 回探 头 ， 直 到 能 量 消 耗 完 毕 。 当遇 到 管 道 的焊 缝 、 壁 厚 增 加 处 ， 如 果 这 些 特 征是 轴 向对 称 的 ， 此 时反射 的声波缺陷是对称 的， 且信号 1高度远大 于信号 2 。在 有腐蚀 的 区域 ， 入射声 波 的散射发 生模式转 换 ， 信号 出现频 率变 化 ， 并且 表现 为信 号 曲线是不连续 、 非对称 的。根据频 率变化 和 曲 线 的形 状 ， 来判 断缺 陷的大小 和方 位 ， 信号 1和 信号 2比值 确 定 了腐 蚀 面 积 的 大 小 ， 如 图 2 所 示 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工 自动化 度 l 2 图 2超 声导 波检测 管道 缺 陷波型 超声导波技术可 以检测腐蚀 、 裂纹缺陷 ， 大 面 积冲蚀和焊缝异常。检测精确度大于或等于壁厚 横 截面 的 3 9 9 6 。最大 可在 一 个 点对 两 侧 累计 6 0 m 的管道进 行 1 0 0 检测 。 2 4 管 道腐 蚀环境 调查 技术 优选 埋地 钢质 管道经 过地 区的土壤 环境 调查 ， 是进 行管道外腐蚀分析的因素， 也是考察管道安全状况 的重要 因素 。按 照现 行 国家 与行 业 有 关 规 范 的要 求 ， 土壤电阻率、 土壤腐蚀速率与杂散 电流是反 映 土壤腐蚀性的主要因素 。 土壤电阻率按照国家标准推荐的四级法检测 ， 检测仪器为 Z C 8接地电阻测试仪 ； 土壤腐蚀速率 采用电阻法( E R) 和线 性极化法 ( L P R) 结合的方 法 ， 检测仪器为 MK9 3 0 0腐蚀速率测试仪； 杂散 电 流采用管地电位法和管中电流感应测试法 ， 代表仪 器为 S c m和 S ma r t l o g g e r 检测仪。 3 输 油管道 腐蚀 检测 技术应 用 按照不同层位、 不同年限等原则优选 了 1 4条 有代表性 的输油管道开展了腐蚀检测 ， 每条管线测 试 1 k m。管线资料见表 2所列 ， 根据 G B T 9 7 1 1 2 1 9 9 9 L 3 ， 管 线壁厚 与设 计值 最 大允 许偏 差 为 0 5 mm， 取最 大值 。 表 2 安塞油 田开展腐蚀检测输油管线统 计表 续 表2 3 1 管道 外覆 盖层检 测 3 1 1 防腐层整体质量检测 利 用 英 国 雷 迪 公 司 RD 4 0 0一P C M 仪 器 对 1 4 k m管 线进 行检 测 ， 并 借鉴 NAC E采用 电流 衰减 率 的方 法对 管 道外 覆 盖 层 质量 状 况 进 行评 价 。评 价标 准见表 3所列 。 表 3 防腐层质量分级评价标 准 采 用 R D 4 0 0 一P C M 对 1 4 k m 外 输 管 线 进 行 防腐层 整体 质 量检 测 评价 ， 防腐 层 整体 质 量一 般 ：防腐 层 质 量在 I级 的 达 到 4 7 ， 防腐 层 质量 级 的 达 到 3 2 1 5 ， 防腐 层 质 量 级 的达 到 1 5 7 2 ， 见表 4所 列 。 表 4 1 4 k m输油管道防腐层质量 检测评价结果统计表 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 陈琛 等 安塞油田输油管道腐 蚀检测技术研 究与应 用 3 1 2 防腐层破损点检测 利用 R D 4 0 0 一P C M 检测 该点管 地点 位梯度 值， 当检测 出该点梯度值为 4 0 6 0 d B时 ， 判 断该 点防腐层有破损 ， 当梯度值大于 6 0 d B时判断该点 防腐 层破损 严 重 。 以王 十六 转 外 输 管 线 出 站 1 k m 段 检 测 结 果 为例 ， 采用 P C M+A字架检测 ， 输出电流 6 0 0 mA， 检测方 向顺油流， 检测漏点 4个 ， 现场开挖 3个 ， 都 发现了防腐层破损 ， 见表 5所列。 表 5 王十六转外输管线防腐层破损点统 计表 3 2 管体 腐蚀 检测 3 2 1 管体壁厚数据分析 利用超声波测厚仪对 1 4条管线 3 6个开挖点 的管体壁厚进行 了检测， 确定了腐蚀剩余壁厚 t 数 值 ， 见 表 6所列 。 表 6 1 4条输油管线 f 测试结果 3 2 2 超声导波缺陷检测 利用英 国 P I 公司超声导波检测仪器 Te l e t e s t 分别对 8条管线 的管桥进行 了检测 ， 共发 现 1 0个 腐蚀异常点 。表 7为导波检测数据 。 表 7 坪营线 跨越 导波检测结果 由于导波不能准确测定异常信号点管体壁厚 ， 因此在部分导波异常信号位置进行了管体壁厚测 试 ， 测试数据为评价整条管线或管桥的腐蚀状况提 供 了可靠依据 。 3 3 管道腐蚀环境检测与评价 3 3 1 土壤腐蚀性测试 采用 Z C一 8接地电阻测试仪和 MK9 3 0 0 快速腐 蚀速率检测仪 ， 分别对 1 4 k m管线沿线土壤电阻率 和土壤腐蚀速率进行 了检测 ， 每公里检测 3处。从 检测结果可以看出， 土壤电阻率主要 以 1 级为主， 其 他均处于 2级以下 ， 土壤腐蚀速率均处于 1级以下。 表 明土壤腐蚀性较弱， 见表 8 ， 表 9 所列 。 表 8 1 4 k m输油 管线 沿途土壤电阻率检测结果 表 9 土壤腐蚀性 分级评价标准 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油化工 自动化 3 3 2 杂散 电流测 试 对坪桥集输站外输管线等 7条管线分别进行 了杂散电流测试 ， 其 中只发现贺一转外输管线、 坪 桥集输站外输管线有较强的杂散电流， 其他管线均 未 发现杂 散 电流 。 在对坪桥集输站外输管线出站 1 k m处共采集 数据 1 8 8 3 个 ， 每 1 S 采集 一个数 据 。电位波 动范 围 为 ( 一1 1 9 9 ， 一6 5 5 ) mV， 平 均 电位 一9 1 0 mV； 该 处有 轻微 的间歇性动态杂散 电流干扰 。 4 管体 腐蚀评 价 4 1 管 道腐 蚀速 率评价 腐蚀速率计算原理 ： 腐蚀现象本质上具有统 计 变量 的特性 ， 根 据 腐 蚀试验 数据 的统 计分 析 原 理 ， 对管线腐蚀速率进行分析 。 先 根据 N 个 检测 点最 大管 壁减 薄量 7C计算 均 值 z 和方差 S ： z 一 岢 厂可一 s 一 一 因测得的数据有 限， 还须将其进行极大似然估 计 。根 据 在 9 o 的 置 信 度 下 的 t分 布 系 数 t 。 9 0 N - ， 管线 使用年 限 T a ， 计算 管线腐蚀 速率 ( mm a ) 为 ： 一 ( z +t 。 9 0 N 1 s 二 _ ) T ( 3 ) 在整体腐蚀速率计算 中， 取管道最小实测壁 厚减去公称壁厚。在内腐蚀速率计算过程中， z取 管道无外腐蚀的最小实测壁厚减去公称壁厚。 以贺一转外输 管线 为例 ， 该管线使用 7 年 ， 检测 3 处 为 ： 0 1 9 1 T l l n ， 0 2 2 I I 1 i i 1 ， 0 1 9 r n r n 。通过上 述 公 式计 算 得 ： z 一 0 2 一 0 0 0 0 3 i n l i 1 一 0 2 0 0 6 mi l l 一 0 0 2 8 6 I 1 1 m a 4 2管道剩 余强 度评 价 以 贺 一 转 壁 厚 局 部 减 薄 为 例 ， 根 据 s Y T6 4 7 7 2 0 0 0推荐的方法计算该管段剩余强度_ 4 。 评 价结果 如表 1 O 所 列 。 表 1 0 1 4 k m 输 油 管 线 剩 余 强 度 评 价 结 果 续 表 1 0 4 3 管道剩余寿命预测 根据可靠性原理 ， 利用概率统计方法对 1 4 k m 输油管线剩余寿命进行预测。管道的寿命取决于 最大腐蚀程度 ， 根据 腐蚀试验数据的统计分析 ， 最大腐蚀深度符合 I型极大值分布 ， 相应的腐蚀剩 余寿命应符合 I型极小值分布 。 假设在一定时间 内最大腐蚀深度为 z ， 均值 为 ， 标准差为 ， 则 I型极大值分布的概率密度 函数 ： ) 一 e x p ( 一 ) R ( 4 ) 式 中 r尺寸参数 ； 足 位置参数 。 设腐蚀余量为 ， 当 -z C 2时， 可靠度函数： R e x p I - e x p ( 一 等 ) 假设 为一定值， 在预测可靠寿命 N，内： 一 N ， ( 6) Cx o 由式( 5 ) 可建立可靠度与压力管道耐腐蚀可靠 寿命 的关 系如下 ： 一 万 丽 ) 将管道根据不同地段划分为低风险、 中风险和 高风险 3 种类型， 不同管段可接受失效概率 ( P一 1 一R ) 分另 4 取 2 3 x 1 0 ， 0 1 x 1 O 一， 0 1 1 0 一， 得到不 同的剩余寿命 ， 如表 1 1 所列。 可 由已测 数 据求得 ： 一 s N 瑶 。 ( 9 ) C 一 T 口 ( 1 0 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 陈琛等 安塞油 田输油管道腐蚀检测技术研究与应用 式中 2 。 。 9 0 置信度下的 ； ( 分布系数； N 实 测数 据个 数 ； T 管线 已使 用年 限 。 表 1 1 1 4 k m输油管线剩余寿命评价结 果 5 结束 语 a )根据安 塞 油 田输 油 管道 现 状 和 国 内外 管道 腐蚀检测技术现状 ， 确定外防腐层检测采用多频管 中电流法 ， 管体腐 蚀采用壁厚数据统计分析法 ， 并 配合导波测试。现场应用多频 管中电流法检测防 腐层破损点验证准确率达到 1 0 0 ， 超声导波测试 只能定性判断腐蚀缺陷点 ， 定量测定仍需要配合超 声 波 测试 ， 导致 实用 性 有 限 。 b )安塞油 田管道腐蚀 环境 检测评价 结果表 明 ， 输 油管 道沿 线 土 壤腐 蚀性 较 弱 ， 影 响外 腐 蚀 的 环境因素主要是杂散 电流。防腐层整体质量较好， 管体腐蚀主要表现为内腐蚀 。为了有效延长管道 使用寿命 ， 需要对杂散电流严重的管段增加排流装 置 ， 在腐蚀严重的含水原油管道添加缓蚀剂 。根据 管 道 防腐 层 质量 和管 体腐 蚀评 价结 果 ， 需 要 对整体 质量 4级 以下的防腐层进行更换 ， 对剩余寿命小于 3年的管段进行管体更换 ， 对于剩余 寿命大于 5年 的管 道定 期开 展腐 蚀 检测 。 C ) 安塞油 田输油管道腐蚀检测与评价技术 的 现 场应 用 ， 可 以提 前 发 现 管 道局 部 泄 露 隐患 ， 为 管 道整体更换提供科学依 据。依据评价结果采取 的 管 道局 部治 理措 施 可 以消除 安全 隐患 ， 并 可通过 局 部治理提高整条管线使用 寿命 。该 技术在安塞油 田经济 安全 使用 中具 有 良好 的推 广应用 前 景 。 参考文献 ： 1 张慧敏 ， 潘家祯 ， 孙 占梅 现有埋地管道腐 蚀检测方 法 比较 J 上海应用技术学院学报 ， 2 0 0 4 ， ( 6 ) ： 1 0 4 1 1 0 2 宋生奎， 宫敬 ， 才建 ， 等 油气管 道 内检 测技 术研究 进展 J 石 油工程 建设 ， 2 0 0 5 ， ( 4 ) ：1 01 4 3 GB T 9 7 1 1 21 9 9 9 ， B级钢管交货技术条件E s 4 S Y T 6 4 7 72 0 0 0 ， 含 缺陷油 车输送管道剩余 强度评价方 法第 一 部分 ：体积型缺陷E s ( 上接 第 1 3页) 号 ， 原来 是 UV O 1 1 3 0 1 ， UV- 0 1 1 3 0 2关 闭 ， 现 在是 UV一 0 1 1 3 0 I ， UV一 0 l 1 0 3 2 ， P V一 0 1 0 1 0 2关 闭 ， 既增 加了可靠性又增加了可用性 。 全球 的化 工装 置 因为 电磁 阀等 执 行元 件 的误 动作引起的停车占停车总次数 的比例非常高， 在国 内 的石 油化 工装 置 ， 几 乎 每年 都有 因 电磁