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石油管道腐蚀检测评价技术研究

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石油 管道 腐蚀 检测 评价 技术研究
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● 应 用 与 开 发石 油 管 道 腐 蚀 检 测 评 价 技 术 研 究徐 海 军(西 安 石 油 大 学 机 械 工 程 学 院 , 西 安 710065)摘   要 : 任 何 防 腐 措 施 都 存 在 失 效 的 可 能 ,腐 蚀 是 不 可 避 免 的 。 尽 早 准 确 地 发 现 管 道 腐 蚀 出现 的 区 域 、 时 间 及 破 损 状 况 ,通 过 管 道 腐 蚀 检 测 评 价 技 术 理 论 及 工 程 事 例 来 对 管 道 的 运 行 、 维修 和 更 换 方 案 ,提 供 理 论 依 据 ,这 对 石 油 管 道 的 腐 蚀 治 理 具 有 很 好 的 指 导 意 义 。关 键 词 : 石 油 管 道 ; 腐 蚀 检 测 ; 评 价中 图 分 类 号 : 2  文 献 标 志 码 : B  文 章 编 号 : 1001- 3938 (2008) 01 - 0047- 030  前   言截 止 2003年 底 ,我 国 油 气 输 送 管 道 累 计 长 度45 865 居 世 界 第 六 位 )。 随 着 西 气 东 输 、 陕 京二 线 、 忠 武 线 、 中 俄 输 气 管 道 、 土 库 曼 斯 坦 和 西 伯利 亚 至 中 国 的 输 气 管 道 等 管 道 工 程 的 相 继 建 成 、建 设 ,我 国 油 气 输 送 管 道 业 进 入 了 快 速 发 展 时 期 。文 献 [ 1 ]报 道 ,管 道 的 使 用 寿 命 、 安 全 运 行 、建 设 和 修 理 费 用 ,综 合 看 是 由 防 腐 决 定 的 。 统 计资 料 表 明 ,腐 蚀 因 素 是 管 道 发 生 事 故 的 主 要 原 因 ,占 事 故 总 数 的 70% ~ 90%。 据 俄 罗 斯 气 公 司 统 计 , 1998~ 2004年 由 于 应 力 腐 蚀 原因 而 造 成 的 管 道 事 故 ,占 公 司 事 故 总 数 的 1 /3。美 国 阿 拉 斯 加 北 部 普 拉 德 霍 湾 地 区 油 田 的 管 道 由于 腐 蚀 原 因 ,使 不 得 不 宣 布 油 田 关闭 。 目 前 ,我 国 多 数 油 气 输 送 管 道 已 进 入 “ 中 老年 期 ” ,到 了 事 故 多 发 阶 段 ,对 于 新 建 管 道 的 防 腐问 题 更 要 特 别 重 视 。1  石 油 管 道 存 在 的 问 题(1)地 下 管 网 位 置 不 清 ,分 布 状 况 不 明 ,发 生事 故 经 常 找 不 到 故 障 管 段 的 具 体 位 置 ,延 误 了 事故 处 理 ,使 事 故 损 失 扩 大 。(2)管 道 的 腐 蚀 与 防 护 状 态 不 清 楚 ,隐 患 部位 和 程 度 不 明 确 ,缺 乏 量 化 数 据 ,管 道 更 换 、 维 护 、维 修 缺 乏 科 学 依 据 ,造 成 不 必 要 的 投 资 浪 费 。 据介 绍 ,胜 利 油 田 临 盘 首 站 至 济 南 末 站 70 油 管 道 因 腐 蚀 穿 孔 而 决 定 全 线 更 换 。 当 新 建 管 道投 入 使 用 ,旧 管 道 挖 出 时 ,人 们 才 发 现 90%以 上的 管 段 是 完 好 的 。(3)原 有 管 道 资 料 不 完 整 ,因 地 理 环 境 复 杂 ,废 弃 而 未 挖 出 的 管 道 多 ,可 用 管 段 和 废 弃 管 段 没有 准 确 的 资 料 。2  腐 蚀 检 测 评 价 技 术2. 1  视 综 合 参 数 异 常 评 价 法 ( 技 术 把 管 体 腐 蚀 与 疲 劳 损 伤 评 价 作 为 埋 地管 道 地 面 检 测 工 作 的 首 要 任 务 ,采 用 “ 一 体 化 ” 的原 位 检 测 技 术 ,并 利 用 综 合 参 数 对 被 检 测 管 道 进行 整 体 评 价 。2. 1. 1  法 模 型被 检 测 管 道 的 物 理 模 型 断 面 如 图 1所 示 。2. 1. 2  法 的 主 要 特 点(1)以 视 电 阻 率 作 为 检 测 管 体 腐 蚀 与 疲 劳 损伤 的 基 本 物 理 量 ,在 信 噪 比 足 够 高 的 情 况 下 还 可以 对 管 体 腐 蚀 程 度 进 行 量 化 ;(2)采 用 视 电 容 率 和 绝 缘 电 阻 两 个 参 数 对 防腐 (保 温 )层 的 防 护 性 能 进 行 评 价 ,比 其 它 地 面 检测 方 法 有 效 而 且 准 确 ;(3)不 需 要 “ 预 先 设 置 ” 管 体 电 阻 、 电 感 、 电 容或 者 防 腐 层 材 料 的 介 电 常 数 和 损 耗 角 正 切 等 必 须参 与 计 算 的 物 理 量 ;(4)与 “ 金 属 蚀 失 量 评 价 技 术 ” 配 合 使 用 ,可以 得 到 事 半 功 倍 的 效 用 。·74·焊 管 · 第 31卷 第 1期 · 2008年 1月  h— 管 道 中 心 埋 深         R c— 防 腐 (保 温 )层 的 外 半 径R b— 管 体 外 半 径 ε 0 — 管 道 围 土 介 质 的 介 电 常 数d— 管 壁 厚 度 R a— 管 体 内 半 径 , R a = R b - — 管 材 的 电 导 率 σ J — 管 内 介 质 的 电 导 率μ G— 管 材 的 磁 导 率 μ 0 — 管 道 围 土 介 质 的 磁 导 率σ F— 防 腐 层 的 电 导 率 ε J — 管 内 介 质 的 介 电 常 数μ F— 防 腐 层 的 磁 导 率 ε F— 防 腐 层 的 介 电 常 数μ J — 管 内 介 质 的 磁 导 率 σ 0 — 管 道 围 土 介 质 的 电 导 率防 腐 (保 温 )层 的 厚 度 , R c - R   被 检 测 管 道 的 物 理 模 型 断 面2. 2  金 属 蚀 失 量 评 价 技 术 ( 2. 2. 1  法 原 理在 稳 定 激 励 电 流 小 回 线 周 围 建 立 起 一 次 磁 场 ,瞬 间 断 开 激 励 电 流 便 形 成 了 一 次 磁 场 “ 关 断 ” 脉冲 。 这 一 随 时 间 陡 变 的 磁 场 在 管 体 中 激 励 起 随 时间 变 化 的 “ 衰 变 涡 流 ” ,从 而 在 周 围 空 间 产 生 与 一次 场 方 向 相 同 的 二 次 “ 衰 变 磁 场 ” ,二 次 磁 场 穿 过接 收 回 线 中 的 磁 通 量 随 时 间 变 化 ,在 回 线 中 激 励 起感 生 电 动 势 ,最 终 观 测 到 用 激 励 电 流 归 一 化 的 二 次磁 场 衰 变 曲 线 — — — 瞬 变 响 应 ,如 图 2所 示 。2. 2. 2  金 属 蚀 失 量 评 价 流 程金 属 蚀 失 量 评 价 流 程 如 图 3所 示 。3  腐 蚀 检 测 评 价 工 程 实 例3. 1  不 开 挖 检 测不 开 挖 检 测 采 用 管 道 外 腐 蚀层 检 测 仪 、 C - 管 道 检 测 仪 、 位 仪 、 探 地 雷 仪 、 2综 合 地 球 物 理 数 据 采 集 系 统 ,应 用 综 合 参 数异 常 评 价 法 及 瞬 间 变 电 磁 阀 ,在 非 开 挖 、 管 道 不 停输 的 情 况 下 对 服 役 埋 地 管 道 进 行 检 测 。近 几 年 ,用 此 方 法 对 大 庆 、 胜 利 、 大 港 等 油 田及 长 输 油 气 管 道 进 行 了 检 测 评 价 ,检 测 管 道 近1 000 检 测 结 果 符 合 率 均 在 78. 57%以 上 ,取得 了 良 好 效 果 。 检 测 评 价 与 开 挖 验 证 结 果 见表 1。表 1  检 测 评 价 与 开 挖 验 证 结 果 对 照 表管 道 名 称 开 挖 部 位 /m 评 价 结 果 开 挖 验 证 结 果齐 鲁 石 化 辛 店 - 西 夏 输 水 管 道 6 186 综 合 评 价 等 级 五 级 蚀 斑 透 出 防 腐 层 。胜 利 油 田 孤 东 输 气 管 道 14 475 综 合 评 价 等 级 三 级 防 腐 层 外 观 完 好 ,外 层 沥 青 玻 璃 布 浸 水 剥 离 ,沥青 有 脆 化 现 象 ,黏 结 力 尚 可 。胜 利 油 田 东 辛 寒 柳 线 小 青 河 测 试 桩 南 320 综 合 评 价 等 级 五 级 沥 青 玻 璃 布 严 重 失 效 ,外 腐 蚀 层 与 腐 蚀 产 物 融 为一 体 。大 港 油 田 白 1站 - 板 16站 输 气 管 道 340 综 合 评 价 等 级 五 级 防 腐 层 有 4处 鼓 起 、 脆 化 ,极 易 剥 离 。哈 阿 外 输 线 8号 深 坑 腐 蚀 活 性 区 腐 蚀 产 物 呈 深 黄 - 棕 红 色 ,接 近 管 体 部 位 呈 棕 黑色 ,板 结 、 易 剥 离 。胜 利 油 田 丁 义 线 17 800 腐 蚀 活 性 区腐 蚀 区 长 84 长 椭 圆 形 ,腐 蚀 严 重 处 长 68 宽 35 腐 蚀 产 物 为 黑 色 和 暗 红 色 坚 硬物 质 。胜 利 油 田 孤 东 输 气 管 道 16 398~ 16 406 腐 蚀 活 性 区 管 顶 有 腐 蚀 现 象 ,腐 蚀 产 物 呈 层 状 堆 积 ,以 棕 黄和 黑 色 为 主 ,夹 杂 红 棕 色 和 白 色 。大 港 油 田 西 注 水 398 腐 蚀 活 性 区 管 体 腐 蚀 严 重 ,腐 蚀 产 物 为 黑 色 和 棕 色 坚 硬 物 质 。·84· 焊   管                                   2008年 1月  3. 2  不 开 挖 管 道 剩 余 壁 厚 检 测金 属 蚀 失 量 检 测 技 术 利 用 美 国 的 32及 20发 射 机 。 通 过 金 属 蚀 失 量 检测 技 术 原 理 ,在 信 噪 比 足 够 高 的 情 况 下 ,可 以 划 分出 被 检 测 管 段 所 对 应 的 时 窗 。 在 划 分 出 的 瞬 变 响应 时 窗 范 围 内 ,通 过 反 演 模 拟 的 手 段 ,确 定 瞬 变 时间 常 数 ,继 而 得 出 被 测 管 段 的 管 壁 厚 度 。大 港 油 田 一 站 至 中 一 转 集 输 管 道 500 检 测 工 作 完 成 后 ,将 整 段 管 道 全 部 挖 出 与 检 测 结 果对 比 ,取 得 53个 有 效 验 证 点 ,其 中 46个 测 点 检 测值 与 实 际 值 误 差 小 于 5% ,符 合 率 为 86. 8%。 据 不完 全 统 计 ,至 2006年 4月 ,在 66处 开 挖 验 证 的 管壁 厚 度 检 测 结 果 中 (不 包 括 上 述 53个 验 证 点 ) ,有58处 与 实 际 管 壁 厚 度 (采 用 0. 01 的 超 声测 厚 仪 实 测 )的 偏 差 小 于 5%。 所 涉 及 的 管 道 和 验证 情 况 如 下 :管 径 108~ 1 000 厚 5~ 25 心 埋 深 0. 5~ 3. 6 m;管 道 种 类 分 别 有 铸 铁 管 1处 ,无 缝 钢 管 2处 ,直 缝 钢 管 17处 ,螺 旋 缝 钢 管 46处 ;管 内 介 质 分 别 有 水 14处 ,原 油 16处 ,油 水 混 合物 6处 ,天 然 气 11处 ,空 管 19处 ; 采 集 精度 为 2. 88%~ 5. 09%;检 测 壁 厚 相 对 实 际 壁 厚 的 偏差 最 小 为 0. 26% ,最 大 10. 57%;符 合 率 (检 测 壁 厚相 对 实 际 壁 厚 偏 差 不 超 过 5%的 比 率 )为 87. 88%。据 文 献 [ 2 ]、 [ 3 ]报 道 ,河 46配 水 间 — — — 河 三注 管 道 采 用 评 价 ,可 得 到 以 下 结 论 :(1)管 壁 厚 度 技 术 适 用 于 对 在 线 管道 的 面 积 性 腐 蚀 进 行 检 测 ,不 影 响 管 道 正 常 运 行 ,不 挖 开 ,检 测 精 度 良 好 ;(2)对 于 点 蚀 还 不 能 进 行 检 测 ,只 有 腐 蚀 达 到一 定 的 程 度 ,才 有 可 能 检 出 ;(3)由 于 此 方 法 要 求 发 射 线 圈 具 有 一 定 的 大小 ,因 此 ,在 2倍 埋 深 加 上 线 框 边 长 的 范 围 内 如 果存 在 其 它 的 金 属 体 ,接 收 到 的 数 据 就 会 发 生 偏 差 ,对 最 终 的 检 测 结 果 会 造 成 影 响 。 因 此 金 属 蚀 失 量检 测 方 法 与 视 综 合 参 数 异 常 评 价 法 配 合 使 用 可 以更 全 面 的 对 管 道 进 行 调 查 。胜 利 油 田 2005年 采 用 管 道 定 位 (走 向 、 埋 深 )检 测 245 道 定 位 检 测 245 腐蚀 层 破 损 点 定 位 以 及 防 腐 层 状 况 评 价 检 测 234 现 阳 极 倾 向 点 690处 ,查 处 管 道 防 腐 层 破 损 点939处 。 壁 厚 腐 蚀 剩 余 平 均 厚 度 检 测 及 试 验 144 234 腐 蚀 层 性 能 状 况 进 行 了 量 化 分级 ,确 定 更 换 管 段 4 9451 m,确 定 维 修 管 段 44 399m。 2005年 为 油 田 节 约 更 换 管 道 投 资 7 400万 元 。4  结   论金 属 蚀 失 量 检 测 方 法 与 视 综 合 参 数 异 常 评 价法 配 合 使 用 ,可 对 在 线 管 道 腐 蚀 程 度 与 防 腐 状 况 进行 快 速 的 全 面 调 查 ,并 对 所 圈 定 的 腐 蚀 管 段 与 怀 疑腐 蚀 管 段 作 重 点 评 价 检 测 发 现 管 道 缺 陷 ,对 缺 陷 进行 评 价 ,确 定 服 役 中 的 管 道 能 否 安 全 运 行 、 是 否 需要 更 换 。 通 过 实 际 的 现 场 事 例 说 明 了 管 道 服 役 寿命 预 测 的 重 要 意 义 。参 考 文 献 :[ 1 ]洪 乃 丰 . 一 桩 惊 动 世 界 的 腐 蚀 事 例 [ C ]∥ 2006年 山 东石 油 学 会 第 四 届 腐 蚀 与 防 护 技 术 学 术 交 流 会 论 文 集 :胜 利 油 田 腐 蚀 与 防 护 研 究 所 , 2006: 160 - 162.[ 2 ]姬 杰 ,李 付 玉 . 管 壁 厚 度 方 法 在 胜 利 油 田 现河 采 油 厂 的 应 用 效 果 [ C ]∥ 2006年 山 东 石 油 学 会 第 四届 腐 蚀 与 防 护 技 术 学 术 交 流 会 论 文 集 . 山 东 :胜 利 油 田腐 蚀 与 防 护 研 究 所 , 2006: 139 - 142.[ 3 ]李 永 年 ,郭 玉 峰 ,李 晓 松 ,等 . 国 内 外 埋 地 管 道 腐 蚀 状 况物 理 检 测 技 术 现 状 [ J ]. 岩 土 工 程 界 , 2000, 3 (9) : 43 简 介 :徐 海 军 (1981 - ) ,男 ,西 安 石 油 大 学 机 械 工 程 学院 机 械 电 子 工 程 专 业 在 读 研 究 生 ,主 要 研 究 方 向 为 井 下 工程 测 试 、 仪 器 与 工 况 分 析 。收 稿 日 期 : 2007 - 09 - 13编 辑 :谢 淑 霞(上 接 第 46页 )3  结   论集 中 空 气 净 化 系 统 投 入 运 行 后 ,得 到 了 华 油 钢管 公 司 生 产 部 认 可 ,并 顺 利 通 过 验 收 。 验 收 结 果 认为 ,该 系 统 工 作 效 率 高 ,除 尘 效 果 明 显 ,工 作 状 态 稳定 ,具 有 较 高 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 ,值 得 推 广 。作 者 简 介 :唐 骏 (1973 - ) ,男 ,四 川 大 竹 人 ,工 程 师 ,长 期 从事 焊 管 生 产 现 场 的 电 气 技 术 和 安 全 环 保 工 程 研 究 。收 稿 日 期 : 2007 - 08 - 14编 辑 :谢 淑 霞·94·  第 31卷 第 1期                   徐 海 军 :石 油 管 道 腐 蚀 检 测 评 价 技 术 研 究 o ub D : 100123938 (2008) 01200262is a of in p of in p p p p by of ; 0 ta in Q IL D : 100123938 (2008) 01200292of is p in p of p of , p to 0 ; p na D : 100123938 (2008) 01200332 im p of p of p of p is of p p of on p it p p sp p en t s P U L D : 100123938 (2008) 01200362R of p is a of ic R of p be of to of p of p be of K. of p in of to as as of p to p t In Ga s sm D : 100123938 (2008) 01200402of p of in of is to , p of is of It of of p p en l A ur if L IB D : 100123938 (2008) 01200452 im at p m by a of is p p va D : 100123938 (2008) 01200472It is to be In to of p p to p to of of p 89· 焊   管                                   2008年 1月  p om 220 D : 100123938 (2008) 01200502 t p 220 mm p is of p on of of of p of of , of p is of of 220 mm p p p to of 220 mm p p of 00 300 12 D : 100123938 (2008) 01200532of p p of p 00 300 12 mm p p p p is to as of A im at of op is to on of is op is - 60% of of p p of p p V a a D : 100123938 (2008) 01200572is p p p be to In to of p p is of ly of p wate
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