埋地管道的腐蚀与防护综述刘凯Word下载.docx

1、LIU Kai,MA Li-min,CHEN Zhi-dong,ZOU De-fu（Shenyang Academy of Instrumentation Science,Shenyang110043,ChinaAbstract:The corrosion of buried pipeline was divided into internal corrosion and external corrosion.The influential factors of inter-nal corrosion and external corrosion were summarized.The det

2、ection technology and the anticorrosion meas ure of internal corrosion and ex-ternal corros ion were introduced.Key words:buried pipeline;corrosion;detection technology;anticorrosion0引言腐蚀是引起埋地管道破坏和失效的主要原因之一,埋地管道的腐蚀情况不能直接观察到,发生泄漏等情况时不容易及时发现且不便维修,所以,如何防止管道的腐蚀破坏一直是管道工程中重要的环节。腐蚀防护技术是关系到埋地管道可靠性和使用寿命的关键因素

3、,研究管道的腐蚀与防护技术,对延长管道的使用寿命以及保证工业生产的顺利进行具有重要意义。1埋地管道的腐蚀埋地管道所处的环境复杂,其腐蚀影响因素各异。祝馨从埋地管道所处的环境、防护效果的影响、钢管的材质和制造因素、管道在操作运行中的使用应力4方面对埋地管道的腐蚀因素进行了分析1。吴江从电化学腐蚀、化学腐蚀、杂散电流腐蚀、微生物腐蚀4个方面对埋地管道的腐蚀因素进行了分析2。文中从内腐蚀、外腐蚀2个方面对埋地管道的腐蚀进行分析。1.1内腐蚀管道的内腐蚀是由管道输送的介质含有腐蚀性成分引起的。输送的介质不同,腐蚀的因素也就不同。以四川天然气输气管网南干线为例,其输送的天然气含H2S、CO2高,含水量高

4、,粉尘多,导致管道频繁出现穿孔和爆管事故3。目前,国内外对CO2或H2S单独作用下腐蚀的研究比较充分,而对H2S、CO2共存体系中,尤其是高温高压条件下多相流动介质中H2S、CO2腐蚀的研究比较少,对于实际工况条件下有针对性的研究就更少,尚无法满足实际防腐应用的需要4。中原油田集输管线主要输送高含水原油,含水量一般在76%以上,其产出水矿化度很高,一般为81041.4105mg/L,最高达3.6109mg/L,并且含有大量的CO2、SRB及TGB,p H值为5.56.5,管道结垢严重,而且,形成的垢层较疏松;因垢下缺氧,又为厌氧的硫酸盐还原菌繁殖创造了条件。在这些因素的相互作用下,与单一因素相

5、比较,腐蚀作用数倍甚至数十倍地增加。管网的腐蚀主要集中在管线内壁底部,表现为点蚀和坑蚀,严重的呈连片的沟槽状。该集输管线主要以垢下腐蚀为主,CO2、S2-、Cl-以及SRB、TGB是引起管道腐蚀的主要因素,Cl-对腐蚀起着催化和促进作用5-6。管道的内腐蚀不仅是多个外部因素共同作用的结果,而且还与管道本身的材质和制造因素以及管道在运行中的使用应力等有关1。1.2外腐蚀1.2.1土壤腐蚀土壤是具有固、液、气三相的毛细管多孔性的胶质体,土壤的空隙被空气和水充满,水中含有一定量的盐使土壤具有离子导电性;土壤物理化学性质的不均匀性和金属材质的电化学不均匀性,构成了埋地管道的电化学腐蚀条件,从而会产生土

6、壤腐蚀1。土壤腐蚀与管道材质、土壤盐分、土壤含水量、土壤含气量、土壤温度有关。除上述因素外,土壤电阻率、土壤氧化还原电位、土壤酸度、土壤微生物、土壤有机质、杂散电流、气候条件都会对金属在土壤中的腐蚀产生不同程度的影响7。1.2.2杂散电流腐蚀杂散电流是在地下流动的防护系统设计之外的对金属管道产生腐蚀破坏作用的电流。杂散电流腐蚀包括直流杂散电流腐蚀和交流杂散电流腐蚀。直流杂散电流腐蚀原理与电解腐蚀类似,其破坏区域比较集中,破坏速度比较大,对管道造成的腐蚀作用比自然腐蚀严重得多;交流杂散电流是管道附近高压电力线产生的二次感应交流电叠加在管道腐蚀电化学电池上产生的腐蚀,其腐蚀量较小,但集中腐蚀性强1

7、,8。2007年第4期管道技术与设备PipelineTechniqueandEquip ment2007No.4收稿日期:2007-05-28直流杂散电流主要来源于直流电气化铁路、直流电解设备接地极、阴极保护系统中的阳极地床等9。杂散电流的流动过程形成了2个由外加电位差建立的腐蚀电池,一个是电流流出铁轨进入管道处,铁轨是腐蚀电池的阳极,发生腐蚀,管道为阴极,不腐蚀;另一个是电流流出管道返回铁轨处,管道是腐蚀电池的阳极,发生腐蚀,铁轨是阴极,不腐蚀。1.2.3套管腐蚀在国内的长输管道工程建设中,大量采用了穿越套管。穿越管段套管（尤其是金属套管的腐蚀较复杂,而且对常规阴极保护具有屏蔽效果。套管腐蚀

8、可分为常规腐蚀和异常腐蚀,如表1所示10。表1套管腐蚀的主要形式分类腐蚀类型金属套管（相连金属套管（不相连绝缘材料套管正常环境腐蚀可能可能可能屏蔽腐蚀部分屏蔽部分屏蔽部分屏蔽异常电偶腐蚀可能可能不太可能缝隙腐蚀可能可能可能杂散干扰可能很小可能不太可能1.2.4冲刷腐蚀对于水底裸管穿越,或者由于河流对河床的冲刷和下切作用,导致穿越段管道裸露在河流中时,会产生冲刷腐蚀。它与流体力学密切相关,当流速较低时,腐蚀性产物积聚在管道表面,形成蚀坑,导致穿孔发生。当流速较高时,由于腐蚀产物及时剥离,蚀坑反而难以形成,但是此时冲刷和腐蚀存在明显的协同加强作用,一方面加速管道的腐蚀性反应物进入管壁内,另一方面加

9、速管壁的腐蚀产物向原油中扩散11。2埋地管道的腐蚀检测埋地管道非开挖检测包括智能内检测技术和外检测技术。内检测主要对管道内壁的几何形状（如椭圆度、弯曲、环焊缝、壁厚的腐蚀减薄等进行检查。复杂流体管道的内腐蚀存在严重的局部性和突发性,与介质的腐蚀性和流体的流动特性密切相关,其腐蚀机理研究及危害源的定量分析、数值模拟结合实验研究已取得实质性的进展。对于外检测,现有的研究有泄漏检测技术、外防腐涂层检测技术等。实际应用中,许多场合不具备内检测条件,外检测技术具有更加良好的灵活性和实用性12。2.1内腐蚀检测技术管道发生腐蚀后,通常表现为管道的管壁变薄,出现局部的凹坑和麻点。管道内腐蚀检测技术主要是针对

10、管壁的变化来进行测量和分析的。在没有开挖的情况下进行的管道内腐蚀检测,一般采用漏磁通法、超声波法、涡流检测法、激光检测法和电视测量法等。其中,激光检测法和电视测量法需和其他方法配合,才能得出有效准确的腐蚀数据。而涡流检测法虽然可适用于多种黑色金属和有色金属,例如探测蚀孔、裂纹、全面腐蚀和局部腐蚀,但涡流对于铁磁材料的穿透力很弱,只能用来检查表面腐蚀。而且,如果在金属表面的腐蚀产物中有磁性垢层或存在磁性氧化物,就可能给测量结果带来误差。另外,由于涡流法的检测结果与被测金属的电导率有密切关系,为了提高测量精度,还要求被测体系最好保持恒温。所以,现在国内外使用较为广泛的管道腐蚀检测方法是漏磁法和超声

11、波检测法13。漏磁法腐蚀检测具有以下特点14:（1受管道几何形状和缺陷形状的影响;（2受管径和壁厚以及被检测管道材质的影响;（3信号大小与缺陷之间缺乏准确的对应关系,检测精度受到限制;（4如采用线圈式传感器,检测结果受速度的影响;（5可以用于不同介质,受介质内杂质影响不大,适应性强;（6耗电量低,结构简单;（7能测到很深的缺陷直至穿孔。超声波法腐蚀检测具有以下特点14:（1受输送介质限制,难以用于气管道检测;（2存在检测盲区,无法检测到即将穿孔的缺陷;（3对管壁表面平整度要求高,检测结果受管内杂质特别是蜡层影响大;（4每个探头要提供高频、高压脉冲,因此耗电量比漏磁法大;（5检测精度高,在其可测

12、的厚度范围内可达0.1mm;（6可得到定量的检测结果,可直接分辨内、外腐蚀;（7不同的管道材质对检测结果基本无影响。2.2外腐蚀检测技术埋地钢质管道的外腐蚀保护一般由绝缘层和阴极保护组成的防护系统来承担。通过对阴极保护参数的检测,可以判断管道防护层的损坏程度,从而得到管道受腐蚀的情况。基于这一原理研究出的方法,其检测参数大都是管/地电位的测量和管内电流的测量13。国内外现有的外覆盖层检测方法有6种,即Pearson检测法、交流电流衰减法、直流电位梯度法（DCVG、管中电流电压法（也称直流电流电压法、变频-选频法、密间隔电位法（CIPS。其中,Pearson检测法、交流电流衰减法、直流电位梯度法

13、主要用于检测外覆盖层破损点;管中电流电压法、变频-选频法主要用于检测外覆盖层绝缘电阻;密间隔电位法通过检测管道保护电位来间接评价外覆盖层状况。这6种方法都通过向管道施加额定交/直流电信号,或借助管道的阴保电信号,并在管道正上方检测信号的变化情况,进而分析评判管道外覆盖层的状况。原理和特点如表2所示15。2.3检测技术应与安全评价技术相结合管线的安全性评价主要包括剩余强度、剩余寿命和经济性评估3方面的内容。只有将管线的检测技术与安全评价技术有机的结合,才能充分发挥技术检测的功效,检测只是手段,安全性评价才是检测的最终目的13。3埋地管道防腐蚀措施3.1内腐蚀控制措施3.1.1缓蚀剂第4期刘凯等:

14、埋地管道的腐蚀与防护综述37投加缓蚀剂是一种经济有效的防腐措施。李勃在室内复配筛选实验的基础上进行了端点加药试验。经监测,加缓蚀剂后杀菌率达95%以上,缓蚀率达75%以上,取得了较好的防护效果4。表2埋地钢质管道外覆盖层检测方法原理特点一览表方法名称检测原理特点应用情况Pears on检测法对管道施加交流电信号,检测沿线交流电位梯度。当电位梯度大于某值时,判断对应部位是否破损。破损点定位精度和检测效率取决于检测间隔距离的大小,不能判断破损程度和剥离,检测结果的准确性取决于操作者的经验。国内外已经普遍应用交流电流衰减法对管道施加交流电信号,检测沿线交流电位梯度,判断破损点位置,通过检测沿线电流,推算绝缘电阻。易受外界电流的干扰。直流电位梯度法借助管道阴保电流,通过测量沿线电位梯度,分析电位梯度场的形状,判断破损点的位置,估算破损点面积和形状等。不受交流电干扰,不需拖拉电缆,受地貌影响小,操作简单,准确度高,但不能判断剥离。在国内的应用属于起步阶段管中电流电压法通过测量阴保电流的衰减和电位偏移,来计算外覆盖层绝缘电阻。易受到客观条件,如杂散电流干扰、测试桩设置等的制约。适用于人员与车辆较少的野外或郊区等易于开挖