浅论海洋油气管道的防腐及维护措施

浅论海洋油气管道的防腐及维护措施

【摘要】本文通过对海洋管道腐蚀形态和电化学腐蚀原理进行分析，详细介绍了防腐涂层和阴极保护并用的复合防腐方法，以及在阴极保护中应用最广泛的牺牲阳极法；海洋管道的维护技术是海底管道安全的重要保障，结合管道损伤的原由和形式，分析研究了相应的修复方法。

【关键词】海洋油气管道；管道腐蚀；阴极保护；维护

0.引言

目前，管道的维护管理、防止泄漏、保证管道安全运行已成为重要课题，随着管道运输业的飞速发展，也引起了世界各国的高度重视。在管道的规划、设计、施工、操作以及维护的各个阶段，都要根据相应的法规采取安全措施。然而，随着管线的增多，管龄的增长以及人为破坏、施工缺陷和腐蚀等问题的存在，管道事故频频发生。严重污染了人类的生存环境，给人们的生命、财产安全造成了巨大的威胁，由于各种原因造成的海上石油泄漏更严重地破坏了海洋生态环境。

由于海水和海泥中有空气、水分和能进行离子导电的盐类存在，使其具有电解质溶液的特征，这为海底管道金属按电化学机理腐蚀提供了必要的客观条件。微电池腐蚀、土壤腐蚀、细菌腐蚀、杂散电流腐蚀是海底管道腐蚀的主要形态。

1.海底管道的腐蚀

造成海底管道腐蚀的腐蚀形态是多种多样的，但目前海泥管道腐蚀主要的腐蚀模式有均匀腐蚀、点蚀、槽状腐蚀、应力腐蚀裂纹四种。

1.1管道腐蚀产生的机理

腐蚀是指金属材料表面和环境介质发生化学和电化学作用，引起表面损伤和晶格破坏等的现象和过程。海底管道是埋设在海床海泥内的钢质管道，其主要的环境介质是海泥，海底管道的腐蚀是钢质管体的海泥腐蚀，属于电化学腐蚀。海底管道在海泥中的腐蚀是一种电化学腐蚀，且大多数属于氧去极化腐蚀，只有在强酸性的海泥中，才发生氢去极化腐蚀。其电极反应为：

阳极反应：金属溶解并放出电子

Fe→Fe2++2e

阴极反应：介质中的离子吸收电子的还原过程

2H++2e→H2↑（强酸性海泥中）

O2+2H2O+4e→4OH-（中、碱性海泥中）

1.2海底管道的腐蚀防护及防腐涂层的选择

现今，全世界数百条海底管线均采用涂层和阴极保护联合应用的方法进行防护。海底输气、输水管线多为单层管，而传输热油管线由于保温的要求多为双层管。为了解决铺设中负浮力问题，较大口径的单层管外还需加混凝土配重层或防护层。

海底管道防腐的基本方法包括：涂层或防腐包覆层的一次防护和电化学阴极保护的二次保护。这两种防腐方法并用可以达到良好的保护效果。

选择海底油气管道涂层的要求有：

（1）涂层应具有较高的抗弯、抗拉伸形变的能力，同时要在受力的情况下，保持与钢管的粘结力，不得产生断裂和剥离。

（2）抗水渗透。

（3）抗阴极剥离。

（4）良好的粘附性。

除以上几点外，海底管道防腐层还要求耐冲击、耐细菌和海生物、电阻抗及耐温等。

涂层的类型：始于海底管道的外防腐涂层主要由下列几种：

（1）熔结环氧涂层。（2）聚乙烯涂层。（3）煤焦油瓷漆涂层。（4）复合涂层。（5）煤焦油环氧涂层。

1.3阴极保护的种类及特点

涂层由于本身的微孔、老化，往往会出现龟裂、剥离，在施工过中难免产生针孔，在安装过程中还会有机械损伤等。所有这些都会使涂层的寿命缩短，所以采用涂层和阴极保护联合防腐可以称补上述缺陷。

所谓阴极保护就是向被保护金属通以一定的电流，使被保护的金属成为阴极而得到保护。根据所提供的电流的方式不同，可分为牺牲阳极保护法和外加电流保护法。在海底管道的特殊环境中，牺牲阳极的阴极保护法使用最为广泛。

2.海底管道的维护措施

目前，已研究出了多种适用于海底管道维修的方式方法。维修的方式有水下

维修和水上维修两种。水下维修是由潜水员在水下作业舱中完成；水上维修是将受损的管道提升到作业船上修复。海底管道维修所采用的方式方法取决于管道管径、水深、海底埋设深度、破坏的程度和类型、破坏的位置、采取的维修措施是应急性的还是永久性的、要求的维修时问以及现有设备和费用等因素。

海底管道破损部位的修复方法。

2.1水面焊接修复

此种修管方法对天气较为敏感，需特别注意管道修复中的突发事件，如天气变化、舷吊失控、气包失灵等情况，这些极易造成管道新的损伤。

2.2水下修复

①水下干式高压焊接修复。此种修管方法须用特种潜水员/干式高压资质焊工，要动员特种设备和仪器，如特种焊机、水下切割工具，水下结构安装定位仪器等。目前国际上只有少数几家公司能进行此种修复作业，时间较长，费用昂贵。另外高压焊接法还受到水深的限制。

②水下机械联接器修复。此种修复方法的优点是在任何深度不需要用到第三方检验合格的焊接程序和焊工，不用特冲设备，修复时间短、节约隽用。但修复中没有焊接，机械连接器虽可以提供机械强度，但耐用年限较短（一般不超过七年），且修复不能保证原有管道的整体性。

③水下机械式三通修复。此种修复方法可适于海水中悬浮质较多，浑浊度较大的海域，也可满足业主的不停输抢修的要求，能达到较高的修管质量，可保证管道原有的整体性。但此种方法容易受海洋环境的影响，且干式舱内气体不易扩散。

④法兰修复与外卡修复。法兰修复主要用于原有管道法兰连接处破损的情况，也有破损的平管段选用法兰连接修复的。法兰修复程序、所用设备与机械连接器修复相似，其优点是节省时间，减少损失。外卡修复主要用于破损较小的管道修复，如腐蚀穿孔修复等。所用船舶较小，费用较低，方便快捷。但仅适用于管道操作压力较低和安全等级较低的管道修复。

⑤水下环氧树脂套筒修复。采用两个半圆的与原始管线钢级相当的管筒套在海底管线的损伤处，然后，将此两半套筒对接并焊接在一起，最后在套筒与海底管线的环隙之间，喷射注满环氧树脂。环氧树脂套筒修理法是英国BG公司最新推出的一种对管线损伤处加强与支撑的修理方法。它不仅适用于修复管线漏失处，而且对于经检验发现的腐蚀坑、裂纹等损伤也适用。

损坏形式及相应的修复方法：

（1）明显的缺陷。较深的缺陷应将损坏管段按圆柱状切除。