海底管线腐蚀缺陷检测

海底管线腐蚀缺陷检测与评价技术
摘要
作为海上油气运输的大动脉，海底管线发挥着越来越重要的作用。

腐蚀严重影响海底管线的使用寿命，使其损坏率逐年增大，泄漏和断裂破坏事故逐渐增多。

及时对管道的腐蚀缺陷进行检测并发现管道存在的潜在隐患，对于海上油气的安全生产是极为重要的。

本文主要简述了海底管道的腐蚀因素及主要形式，并重点介绍了用于管道腐蚀缺陷检测及评价的多种技术。

Submarine pipeline corrosion defect inspection and
evaluation of technology
Abstract
As the main artery of the offshore oil and gas transportation,The subsea pipeline to play an increasingly important role.Corrosion seriously affect the the service life of the subsea pipeline, so the failure rate is increasing year by year,Leakage and fracture damage accidents increased gradually.Timely inspection of pipeline corrosion defects and found that the pipeline exists a potential hidden dangers，It is extremely important for the safety of offshore oil and gas production.This article briefly described factors of submarine pipeline corrosion and the main form,focus on introduce a variety of techniques of pipeline corrosion defect inspection and evaluation.
关键词：海底管道；腐蚀；内检测技术；腐蚀评价
0.引言
作为海上油气运输的大动脉，海底管线发挥着越来越重要的作用。

腐蚀严重影响海底管线的使用寿命，使其损坏率逐年增大，泄漏和断裂破坏事故逐渐增多。

一旦发生重大泄露，不但造成停产，影响油气生产，而且有可能造成重大的海洋污染，给油田带来重大的经济损失和社会影响。

海底管线一般采用钢质管道，耐腐蚀性较差，修复难度极大且费用较大。

因此，有效防护海底管线的腐蚀、延长海底管线的使用寿命就显得非常必要。

及时对管道的腐蚀程度进行检测并及对其进行评价，对于阻止管道的泄漏及断裂事故的发生，防患于未然，对于海上油气的安全生产是极为重要的。

1.腐蚀因素
海底管线腐蚀是指管线金属材料表面与环境介质发生化学和电化学作用，引起表面损伤或晶体破坏等的现象和过程，是海底管线破坏的主要因素之一。

海底管线腐蚀后，管壁整体或局部变薄，强度降低或发生应力集中，严重时造成管壁穿孔或破坏，导致海底管线不能正常输送，甚至导致海洋环境污染。

海底管线所处环境恶劣，其腐蚀破坏具有很大的随机性和偶然性[]1。

另外，微生物腐蚀是一种微生物引起的电化学反应过程，它也会促进或加速对金属表面的腐蚀，同时可以降低缓蚀剂的作用。

根据目前的研究表明，微生物可能会与周围环境的金属表面之间的相互作用产生不同的效果。

微生物腐蚀出现在几乎所有行业，包括造纸、制糖、牙科、航运以及天然气和石油工业[]2。

在各种因素造成的海洋金属材料腐蚀损失中，生物腐蚀占20%左右。

因此,必须对生物腐蚀予以足够的重视。

2.腐蚀形式
海底管线的腐蚀形式与其所处的海洋环境和采取的防腐蚀措施密切相关，按腐蚀位置不同可以分为管内腐蚀与管外腐蚀。

（1）管内腐蚀
一般发生在油水混输、水交替输送管道，尤其是含硫油气管道中。

主要是管道内介质中挟带的泥沙、杂质等对输油管道的冲刷，其应被称为“磨蚀”[]3。

（2）管外腐蚀
包括海水腐蚀、大气腐蚀(主要发生在海洋的浪花飞溅区)和海底土壤腐蚀，是引起海底管线腐蚀破坏的主要原因。

海底管线管外腐蚀形式与管线所处的海域海水深度和海底地形有关，海水含氧量和含盐量是影响海水腐蚀的主要因素，海水流速及温度也会影响管线的腐蚀速度。

由于海水受到波浪和海流的作用，空气中的氧离子更容易溶解到海水中并扩散到金属表面，从而使海底管线的腐蚀速度加快。

3.海底管线缺陷内检测技术
根据不同的检测原理，常用的管道缺陷内检测方法包括漏磁法、超声波法、惯性法、照相法、电磁声传感器法等。

管道内检测通常要利用各种管道内检测器来完成，由管内流体推动其在管道内移动，在移动过程中利用某种检测原理对管道进行检测。

3.1漏磁检测技术[]4
利用漏磁原理检测管道腐蚀缺陷，是目前常用的检测方法之一，适用于薄壁和中壁厚管道。

置于铁磁性钢材料管道壁表面的磁极，在管道壁内产生沿管道轴向的磁化场，当磁场足够强时，管道壁处于饱和磁化状态，如无缺陷存在，则磁场集中于管壁内，放在管道内表面的磁传感器，不会检测到磁场信号；如果管道壁内存在缺陷，则由其造成的管道壁局部变薄，将使得原本集中分布在管道壁内的磁场，有一部分泄漏出管道壁的内外表面，泄漏磁场被传感器检测到，从而获知缺陷的存在。

在海底油气输送管道腐蚀缺陷检测中，通常使用管道内检测器。

内检测器在管道内传输的高压油气产品，在检测器前、后形成的压差的推动下前进，在前进的同时，完成检测数据采集和记录工作。

在检测结束后，检测器从管道中取出，并将检测器电子包内存储的完整检测数据导入到计算机中，作进行进一步的分析
和处理。

目前新开发的磁化装置,比常规磁铁的磁化能力提高近1倍，新型高效的霍尔传感器，也因尺寸小和检测灵敏度高，使周向分布的传感器数量增加,从而提高了缺陷检测的分辨率，并可分辨出缺陷位于管壁内侧还是外侧。

3.2超声波检测技术
超声波是超声振动在介质中的传播，其实质是以波动形式在弹性介质中的传播的机械振动。

超声波检测是使超声波与被检工件相互作用，根据超声波的反射、透射和散射行为，对被检工件进行缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征并进而对其进行评价的一种无损检测技术[]5。

超声波检测的优点是可准确检测、定位管道缺陷，尤其对微裂纹和轻微未焊透以及材料任意方向上的平面缺陷，采用超声检测比其他几种检测方法更容易，且检测速度快，但超声波在空气中衰减快，检测时需要一定的声波传播介质。

但是采用超声波进行厚度测量时必须在腐蚀监测点附近进行测量。

因为即使是均匀腐蚀的腐蚀速率，也会在不同的距离上产生显著的改变[]6。

超声波检测技术是目前已经十分成熟的技术，在油气管道的无损检测中获得了大量的应用。

3.3超声导波检测技术[]7
超声导波(ultrasonic guided waves)技术是近年来发展出来的一种能够对管道的金属腐蚀情况进行快速、长距离、大范围、相对低成本检测的无损检测方法。

在固体中传播的超声导波，由于本身的特性，沿传播路径的衰减很小，可以沿构件传播几十至百余米远的距离，因此，可以对管道进行较长距离的非接触式检测。

同时，超声导波可以在充液、埋地、带套管或包覆层的管道中传播，克服了传统无损检测方法需要逐点扫描的缺点，故使得检测此类工业管道的费用大大降低。

利用超声导波检测管道，快速、经济且无需剥离外包覆层，是管道检测的一个新兴发展方向。

超声导波与传统超声波技术相比具有两个明显的优势。

首先，在构件的一点
处激励超声导波，由于导波本身的特性(沿传播路径衰减很小)，它可以沿构件传播非常远的距离，最远可达一百余米。

接收探头所接收到的信号包含了有关激励和接收两点间结构完整性的信息，因此，一个完整的发射和接收过程实际上是检测了一条线，而不是一个点。

另一方面，由于超声导波在管材的内、外表面和中部都有质点的振动，声场遍及整个壁厚，因此，整个壁厚都可以被检测到，这就意味着既可以检测管道的内部缺陷也可以检测其表面缺陷。

另外，采用超声导波技术对管道进行检测时，仅需要对安装传感器处的管道防腐层进行剥离，尤其适合检测难以接触到的管体部位，如带夹具、有套管或埋地的管道等。

3.4射线检测技术
射线检测，即射线经过工件时会产生衰减,而当遇到缺陷时，衰减量就发生变化，因而引起底片感光程度的不同，根据底片感光的程度即可判断缺陷的情况。

常用的X射线、γ射线或中子射线进行管道的缺陷检测，是目前管道无损检测方法之一[]8。

3.5 远场涡流检测技术
通过设在远场区的检测线圈，检测出由于管道缺陷引起的感应电压与激励电压相位差变化。

是一种新型检测技术，对于输油管道在线检测具有潜在优势，目前美国和加拿大有关公司正在研究只有单通道和8通道的检测仪。

涡流检测技术中更先进的脉冲涡流技术,它使用一个阶梯函数电压激发探头。

提供了对几个不同频率的响应，测量只是一个步骤的过程[]9。

3.6电子内窥和视频检测技术
通过摄像头观察管道内壁状况，判断管道缺陷情况。

这是目前检测技术的发展方向之一，法国HYTEC流体技术集团，开发了带轴向自推进摄像机的电视监视系统，可对管道内壁和管道中的流体进行检测。

2.海底管线的腐蚀缺陷评价
对腐蚀管道进行评价，根据评价结果做出管道是否继续服役、维修、或跟换的决策，是一项非常重要和必要的工作。

管道的腐蚀缺陷评价主要包括定性评价和定量评价。

4.1管道腐蚀缺陷的定性评价
4.1.1土壤腐蚀性评价
土壤腐蚀性评价一般采用原位极化法和试片失重法测定土壤腐蚀性。

也可采用行业及以上标准所规定的其他土壤腐蚀性测试方法及相应的评价指标。

主要评价指标包括电流密度（原位极化法）和平均腐蚀速度（失重法）。

根据相应的指标来判断土壤的腐蚀性是属于极轻、较轻、轻、中、强之中的哪一类。

4.1.2杂散电流腐蚀评价
根据测量土壤电位梯度的大小，判断直流杂散电流干扰影响严重程度。

来判断腐蚀性强弱。

4.1.3管内介质腐蚀性评价
根据管道的平均腐蚀速度和点蚀速度指标，来判断腐蚀程度是属于低、中、高、严重之中的哪一类。

4.1.4金属腐蚀性评价
根据管道所受腐蚀的最大坑深将腐蚀程度分成轻、中、重、严重、穿孔5种。

根据最大点蚀速度和穿孔年限可将金属腐蚀性分为轻、中、重、严重4类。

4.2管道腐蚀缺陷的定量评价
4.2.1管道剩余强度评价
管道的剩余强度评价是在缺陷定量检测的基础上，通过严格的力学分析计算，给出管道的最大允许工作压力，为管道升、降压操作及管道维修提供决策依据。

若剩余强度评价结果表明腐蚀管道适用于目前的操作条件，则只要建立合适的检测程序，管道可以在目前条件下继续安全运行；若评价结果表明腐蚀管道不
适合目前操作条件，则应对该管道降级使用。

管道剩余强度评价是管道完整性运行管理的主要内容之一。

4.2.2管道剩余寿命预测
预测腐蚀缺陷管道的剩余寿命，实际上是预测管体腐蚀的发展趋势。

对管道壁厚减薄趋势和在满足剩余强度及安全性要求的前提下进行腐蚀管道剩余寿命预测。

5.总结
随着我国对油气需求的不断增大以及陆上、浅海油气资源的日益枯竭，深海石油开发已经成为石油工业的重要前沿阵地。

目前我国海上油田海底管道数量越来越多，服役时间越来越长，己有近1/3 的海管进入中后期服役阶段，因为腐蚀或其他人为或自然原因发生泄漏、断裂事故的可能性越来越大，海管的生产安全问题日益突出。

对海底管道进行检测和评价就显得极为重要。

没有检测就没有评估,检测是评估的基础,评估是检测的目的。

积极的应用各种海底管道腐蚀缺陷的检测技术来及时发现存在的隐患并对其进行相应的评价。

对于海上安全生产具有重要的现实意义。

参考文献
[]1姜信德，李言涛，杜芳林.海底管线腐蚀与防护的研究进展[]J.材料保护，2010，43（4）[]2Aruliah Rajasekar，Balakrishnan Anandkumar，Sundaram Maruthamuthu，Yen-Peng Ting，Pattanathu K. S. M. Rahman.Characterization of corrosive bacterial consortia isolated from petroleum-product-transporting pipelines[]J.Appll Microbiol Biotechnol，2010，85:1175–1188.
[]3尚俊良.港口输油管道腐蚀及防腐[]J.河北化工，2011,34（7）:72-73.
[]4张士华，初新杰，孙永泰，史永晋.海底管线缺陷内检测技术现状与发展趋势研究[]J.装备制造技术，2011，9:142-144.
[]5蒋承君，巨西民.油气管道检测技术发展和现状[]J.内蒙古石油化工，2008，(03) : 83-85. []6 Alec Groysman .Corrosion for Everybody[]M.
[]7孙立瑛，李一博.超声导波技术在管道缺陷检测及评价中的应用[]J.天津城市建设学院学报，2011，17（3):217-220.
[]8曾海龙.基于缺陷相关的腐蚀管道可靠性评价[]D：{硕士学位论文}.兰州:兰州理工大学，2010.
[]9Mohamad Azmi Md Haniffa，Fakhruldin Mohd Hashim.Recent Developments in In-Line Inspection Tools(ILI) For Deepwater Pipeline Applications.IEE Electronic Library.。