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管道研究

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海底管道外防腐检测技术综述

来源:《管道保护》杂志 作者:曲杰 王志涛 唐建华 吴昊 时间:2019-5-16 阅读:

曲杰1 王志涛2 唐建华1 吴昊1

1.中海油能源发展装备技术有限公司; 2.中国石油集团工程技术研究院

 



摘 要:海底管道按照腐蚀部位不同,分为管道内壁腐蚀和外壁腐蚀,国际上常用的海底管道防腐设计包括外防腐涂层、内防腐和阴极保护技术。介绍了海底管道检测技术国内外研究和应用情况,重点阐述了海底管道外防腐检测技术的发展和应用前景。

 

海底管道最经济有效的外部腐蚀控制措施是涂层防护和阴极保护。有两种原因导致涂层金属腐蚀。一是涂层本身存在缺陷,如针孔等;二是在运输、安装和运行过程中涂层被损坏,使金属暴露于腐蚀环境。这些缺陷导致大阴极小阳极现象,加速涂层破损处腐蚀(图 1)。

                

目前海底管道采用牺牲阳极阴极保护技术,但如果牺牲阳极存在设计缺陷、管道延寿都会导致阳极消耗后过早失去作用(图 2),因此需要定期进行检测或更换。而如何检测海底管道的外防腐状况是预防管道发生外部腐蚀或泄漏的关键。


1 国内检测技术应用现状

目前国内主要采用声学调查设备对管道路由位置、埋设状况及周边地形地貌进行定期检测,无法判断管道的阴极保护状况。南海一些非掩埋深水管道,水下能见度较高,通过潜水员或ROV(水下机器人)定期检测位于海床面管道上的阳极,来了解和掌握海底管道阳极工作状态(图 3)。

海底管道阳极检测技术包括外观检查和电位测量。外观检查包括以下几方面:①牺牲阳极的安装情况;②牺牲阳极的消耗情况;③牺牲阳极的电连接情况;④牺牲阳极附着海生物情况。清理阳极表面后,还应检查其表面是否发生钝化、是否遭受不规则腐蚀 以及海生物的影响。测量选定阳极电位,判断阳极是否在设计消耗范围内,因为阳极钝化和海生物附着都会导致阳极保护电位超出正常范围。上述接触式电位测量技术,仅能提供测量点的电位,不能提供连续的电势分布,而且需要清理测量点阳极表面,测量的数据不能为阳极电流输出和剩余寿命提供依据。

目前,国内海底管道阳极检测技术仅局限于非埋设海底管道设施。对掩埋的海底管道,传统的接触式阳极检测技术受查找和开挖难度以及水下能见度的影响无法有效开展,导致该领域一直处于检测盲区。通过分析近几年海底管道内检测数据,部分海底管道确实存在不同程度的外部腐蚀,主要是由于涂层和阳极失效所导致的。因此,海底管道外防腐检测技术是当前急需解决的技术难题。


2 国内外新技术发展现状

国外在海底管道安全检测技术方面起步较早,有很多技术值得我们学习和借鉴,除传统的接触式海底管道阳极检测技术外,一些新的管道外防腐检测技术已成功应用到海洋领域,如金属磁记忆法、电位分布测量法和电场梯度测量法等。

(1)金属磁记忆法

金属磁记忆法由俄罗斯杜波夫教授在20世纪90年代初提出,杜波夫教授用特制的磁力检测计检测了铁磁构件的表面应力集中,通过实验结果,总结出磁记忆的产生是金属磁现象物理本质和材料位错过程导致的。通过磁记忆检测可以发现缺陷甚至材料组织的不均匀性(图 4)。对于管道,即管道的缺陷(制造缺陷、焊接缺陷、机械缺陷和腐蚀缺陷等)会引起管道应力局部增大,导致该位置磁特性发生相应变化,这种变化通过磁力计可以探测到。

目前,该技术在陆地管道得到了推广应用,国外也有海底管道应用案例,但是公开信息不多。

2013年,我国中海油能源发展装备技术有限公司在中海油海底管道800米环路实验室进行了水下金属磁记忆检测技术试验,获得了成功。 2014年该技术成功应用于渤海某海底管道,为国内掩埋海底管道非接触式检测技术的推广奠定了基础。

但是金属磁记忆检测技术是通过已经发生外壁腐蚀的海底管道来间接评价阴极保护系统的可靠性,无法对管道涂层和阳极状况进行直接评价。

(2)电位分布测量法

管道沿线电位分布测量,即密间隔电位测试(Close Interval Potential Survey, CIPS)是判断管道阴极保护有效性的主要技术,在陆上埋地管道检测中得到广泛应用,国外也已经应用在海底管道领域,检测示意如图 5所示。

                

检测时,测量船上搭载的自动电位记录仪的一端留有带绝缘层的金属导线与平台立管绝缘法兰以下的管道进行电连接,另一端与搭载在水下拖鱼或ROV上的测量电极相连接,从而构成电位测量回路。由测量船控制拖鱼或ROV沿管道路由上方进行巡检,实现海底管道沿线电位分布测量,典型的电位分布数据曲线如图 6中曲线 2所示。根据测量结果,对比表 1和表 2,判断管道的阴极保护是否有效。

                

电 位 分 布 测 量 技 术 国 内 相 关 标 准 包 括 G B /T 21448–2017《埋地钢质管道阴极保护技术规范》、 GB/T 21246–2016《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》、 SY/T0087.1–2018《钢制管道及储罐腐蚀评价标准 埋地钢质管道外腐蚀直接评价》等。

电位分布测量法不适合接点相距较远的管道。因而除非海底管道距离平台或登陆端较近,否则不具备适用条件。

(3)电场梯度测量法

电场梯度测量法也称为直流电位梯度测量法(Direct Current Voltage Gradient, DCVG),是目前应用比较广泛的陆上埋地管道外防腐层检测技术之一,属于非接触检测技术,已写入国内标准SY/T0087.1–2018《钢制管道及储罐腐蚀评价标准 埋地钢质管道外腐蚀直接评价》。

将其用于海底管道检测原理为:在施加了阴极保护的海底管道上,如果管道防腐层有破损,阴保电流将通过海水介质到达防腐层存在破损的金属管道处,在破损处区域形成电位梯度场,如图 7所示。电流越大、距离防腐层破损点越近,电位梯度越集中。

                

测量时,测量船下放ROV,并控制ROV沿管道上方巡检,由ROV上携带的CTC电极测量并记录海底管道沿线电场梯度数值,如图 8所示。根据测量数据,绘制电场梯度数值VS测试距离数据曲线(图 6中曲线 1),从而判断管道外防腐层缺陷位置、大小,以及牺牲阳极的位置。

采用远参比电极及CTC电极系统还可以同时测量/计算管道沿线的电位分布及电场梯度(图 9), ROV水下一次行进即可获取多组数据。通过电位分布数据及电场梯度数据的对比与验证,提高检测的准确性。


3 结束语

国家对海底管道安全和海洋环境保护高度重视,对管道安全管理提出了更高的要求。目前国内海底管道缺乏有效的检测技术,需要研究机构、企业和政府一起联合推进管道检测技术的发展,实现对海底管道的全面检测,从而为能源安全和海洋环境安全提供保障。

 

作者:曲杰, 1977年生, 大学本科,中海石油技术检测有限公司总工程师,主要从事海底管道检测工作。

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