近幾十年來，全球海洋油氣開發(fā)如火如荼，海底油氣管道作為連續(xù)、大量輸送油氣資源最快捷、最安全可靠、最經(jīng)濟(jì)的方式，擔(dān)負(fù)著海上油氣集輸?shù)闹匾蝿?wù)，也被稱為海洋油氣工程的“生命線”。自1954年美國Brown&Root海洋工程公司在墨西哥灣鋪設(shè)了第一條海底管道以來，全球各大海域已經(jīng)形成龐大的海底管道網(wǎng)絡(luò)。墨西哥灣已建成長約37000km的海底管道，連接該海域3800多座大小平臺和沿岸的油氣處理設(shè)施。挪威北海到英國的Langeled管道是全球最長的海底管道，全長1200公里，2007年投入運(yùn)營。中國自1985年在渤海埕北油田建成第一條海底輸油管道以來，已在不同海域鋪設(shè)了總長超過6000km的海底管道。隨著海底管道鋪設(shè)數(shù)量的增加和使用年限的增長，海底管道發(fā)生事故的概率也不斷增加。根據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，每1000km的海底管道每年出現(xiàn)損傷和泄漏的概率為2%，其中，47%的海管事故來自于腐蝕。

    1997年7月，墨西哥灣Eugene島附近立管因腐蝕發(fā)生穿孔破壞，泄漏原油引發(fā)大火。2006年8月，Alaska的普拉德霍灣（Prudhoe Bay）的原油管道銹蝕導(dǎo)致原油泄漏，原油日減產(chǎn)40萬桶，導(dǎo)致國際油價一度上升。 2007年，中國南海潿洲12-1至11-4原油管道腐蝕發(fā)生泄漏，油田停產(chǎn)近200天。2008年12月22日，阿塞拜疆里海海底管道腐蝕泄漏，形成了幾公里的污染帶，損失慘重。

    海底管道一旦發(fā)生腐蝕破壞造成油氣泄漏，不僅會造成海上油田停產(chǎn)，而且會造成嚴(yán)重的海洋環(huán)境污染，并且這種污染難以清除，污染影響甚至?xí)掷m(xù)幾十年，對海洋生態(tài)造成難以估量的破壞。因此，有效地控制海底管道腐蝕，定期檢查海底管道的運(yùn)行狀況，成為海上油氣生產(chǎn)的重要保障措施。

    海底管道腐蝕

    一、什么是海底管道腐蝕

    海底管道通常為鋼質(zhì)管道，海底管道腐蝕主要指金屬腐蝕，也就是金屬表面受到周圍介質(zhì)的物理、化學(xué)和電化學(xué)作用所引起的表面損傷、重量減輕等現(xiàn)象。

    海底管道腐蝕分類

    根據(jù)海底管道所處的環(huán)境和管道輸送介質(zhì)的特性，海底管道存在著內(nèi)腐蝕和外腐蝕兩種情況。

    1.內(nèi)腐蝕

    內(nèi)腐蝕一般發(fā)生在輸送含油污水、含硫油氣或油水混合物的管道內(nèi)壁。海底管道輸送的介質(zhì)主要有原油、天然氣、地層水及其混合物，其中，二氧化碳和酸性氣體是引起海底管道內(nèi)腐蝕的主要原因。從我國海上油氣田的生產(chǎn)特點(diǎn)來看，二氧化碳是引起海底管道內(nèi)腐蝕的主要原因。二氧化碳不僅會造成大面積的全面腐蝕，還會導(dǎo)致點(diǎn)狀、臺地狀、蜂窩狀、燒瓶狀等局部腐蝕，并且管道的腐蝕具有“傳染性”，一旦管道的某個點(diǎn)出現(xiàn)腐蝕，腐蝕將“以點(diǎn)帶面”，很快地蔓延開來。

    2.外腐蝕

    外腐蝕主要來源于海底管道所處的海水環(huán)境，主要有海水腐蝕和海底土壤腐蝕。外腐蝕的形式與管線所處海域海水中溶解的氧量、海水的深度和海底地形有關(guān)。此外，被掩埋的海底管線還面臨著海底沉積物的腐蝕。海底沉積物的類型、PH值、硫酸鹽還原菌含量、氧化還原點(diǎn)位等均會影響其腐蝕性。

    海底管道如何防腐

    海底管線一旦鋪設(shè)完工，開始投入生產(chǎn)，將長期處于低溫高壓的海底環(huán)境中，承受著海水不斷的侵蝕。海底管道的鋪設(shè)成本相對于陸地管道，是極其高昂的。如果發(fā)生腐蝕，不僅維修費(fèi)用高昂，而且油田停產(chǎn)造成的損失也是巨大的。因此，預(yù)防海底管道的腐蝕工作意義重大。那么，該如何防止海底管道的腐蝕呢？

    一、內(nèi)防腐技術(shù)

    內(nèi)防腐主要用于防止或抑制海管內(nèi)表面的腐蝕和破壞。

    1.使用防腐鋼材和緩蝕劑

    采用不銹鋼管、鋼塑復(fù)合軟管等耐腐蝕材料或碳鋼加緩蝕劑等技術(shù)來控制內(nèi)防腐。對于已經(jīng)運(yùn)行的管線，則通過加注緩蝕劑來控制內(nèi)部腐蝕。緩蝕劑是一種可以防止或減緩腐蝕的化學(xué)物質(zhì)，需要根據(jù)管道內(nèi)不同輸送介質(zhì)進(jìn)行配置。添加緩蝕劑等化學(xué)防腐劑是目前最主要的海底管道內(nèi)防腐技術(shù)。

    2.內(nèi)防腐層技術(shù)

    內(nèi)防腐涂層是一種物理防腐，是涂于管體內(nèi)部的薄膜涂層。利用涂層將輸送介質(zhì)同管道內(nèi)壁隔離，既可以防止管內(nèi)腐蝕，又起到降低摩擦阻力、提高輸送量。常用的內(nèi)防腐涂層技術(shù)有：

    （1）環(huán)氧粉末內(nèi)涂層噴涂技術(shù)

    環(huán)氧粉末涂料是一種完全不含溶劑、以粉末形態(tài)噴涂并熔融成膜的新型涂料。良好的環(huán)氧粉末噴涂可以延長管道的使用壽命，減少管線的日常維修和維護(hù)，降低運(yùn)維費(fèi)用。

    （2）液體環(huán)氧涂料內(nèi)噴涂技術(shù)

    液態(tài)環(huán)氧涂料以環(huán)氧樹脂為主要成膜物質(zhì)，環(huán)氧樹脂含量不低于25%，涂料中環(huán)氧樹脂含量高，防腐層粘結(jié)力大，機(jī)械強(qiáng)度高，涂敷時固化速度快，涂層密實(shí)，可以得到性能優(yōu)良的防腐層。

    （3）管道內(nèi)防腐層補(bǔ)口技術(shù)

    管道補(bǔ)口處是管道焊縫的熱影響區(qū)、管道內(nèi)壁腐蝕的敏感區(qū)。目前常用的管道內(nèi)防腐補(bǔ)扣技術(shù)有：內(nèi)涂層補(bǔ)口機(jī)補(bǔ)口技術(shù)、內(nèi)襯短管補(bǔ)口技術(shù)、機(jī)械壓接內(nèi)補(bǔ)口技術(shù)等。

    二、外防腐技術(shù)

    在選擇海底管道外防腐層時，需要考慮防腐層的耐水、溶解氣、鹽的滲透性以及附著力等性能，此外，還應(yīng)考慮管道服役時間。

    1.熔結(jié)環(huán)氧粉末外防腐層技術(shù)

    熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料是一種以空氣為載體進(jìn)行輸送和分散的固體涂料，將其施涂于經(jīng)預(yù)熱的鋼鐵制品表面，熔化、流平、固化后形成一道均勻的涂層。

    3.襯塑管道防腐

    襯塑管道是一種以普通碳素鋼管作為基體，內(nèi)襯具有穩(wěn)定化學(xué)性能的防腐材料的復(fù)合管道。

    4.外防腐補(bǔ)口防腐技術(shù)

    節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口是油氣管道防腐最薄弱的環(huán)節(jié)之一，補(bǔ)口涂層性能的優(yōu)劣直接影響整條長輸管道的使用壽命。

    三、陰極保護(hù)

    陰極保護(hù)的基本原理是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過剩狀態(tài)，使金屬各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，這樣金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液。有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)這一目的，即外加保護(hù)電流和犧牲陽極。

    1.外加保護(hù)電流

    根據(jù)管道涂層破損率來設(shè)計(jì)計(jì)算外加電流大小。管道運(yùn)行初期，涂層破損率小，所需保護(hù)電流密度也很小，隨著時間的延長，涂層破損逐漸增大，所需保護(hù)電流密度也隨之增大。

    2.犧牲陽極

    犧牲陽極就是管道外側(cè)連接一種更容易失去電子的金屬或合金。當(dāng)發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，更容易被腐蝕的是管道外的金屬，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)管道的目的。

    犧牲陽極法簡單易行、性能可靠、不需外部電源、造價較低。目前，海底管道均采用犧牲陽極保護(hù)法。鋁合金、鋅合金和鎂合金均可作為犧牲陽極材料，其中鋁-鋅-銦系合金最為常用。手鐲式陽極通常卡箍或焊接在鋼管上，要求陽極腐蝕產(chǎn)物容易脫落，表面腐蝕均勻。

    防腐檢測技術(shù)

    為了保證海洋油氣順利產(chǎn)出，需要定期檢驗(yàn)海底管道，既可以防止管道腐蝕，又可以保證管道安全運(yùn)行、延長管道使用壽命。

    一、根據(jù)檢測的不同時間

    按照不同的檢測時間可以分為：投產(chǎn)前檢測、定期檢測和特殊檢測。

    1.投產(chǎn)前檢測

    新建海底管道的投產(chǎn)前檢測，可檢測出可能存在的原始缺陷，保證管道工程建設(shè)質(zhì)量。

    2.定期檢測

    在海底管道運(yùn)行期間，每隔2-4年對管道進(jìn)行的檢測，有的規(guī)范甚至要求每年一次。定期檢測是海底管道完整性管理的主要方式。

    3.特殊檢測

    運(yùn)行期間發(fā)生地震，大風(fēng)暴或遭受嚴(yán)重的機(jī)械損傷后進(jìn)行的檢測。

    二、根據(jù)檢測部位分類

    根據(jù)檢測位置不同，可分為內(nèi)部檢測和外部檢測兩種。

    1.海底管道內(nèi)部檢測包含清管和檢測兩部分工作。

    （1）海底管道清管

    通常利用各類清管器按照先后順序清理管道內(nèi)壁。管道清理順序?yàn)椋号菽骞芮颉⒆拥那骞芮颉⒆拥匿撡|(zhì)清管球和測量清管球等。檢測前清管，可將附著在管內(nèi)壁上的污垢、蠟狀沉積物和水合物等清掃干凈，使得檢測傳感器探頭可以與管壁緊貼，以便獲得真實(shí)數(shù)據(jù)。

    （2）內(nèi)腐蝕檢測

    目前通過智能清管器無損測量管線厚度是應(yīng)用最廣泛的內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)，但檢測費(fèi)用較高，國內(nèi)檢測技術(shù)尚不成熟，市場被美、德等國的兩三家跨國公司高度壟斷。常見的智能清管器包括：變形檢測清管器、漏磁式檢測器、超聲波檢測器等。

    變形檢測清管器用于檢測管道幾何變形、斷面變形、屈曲和皺折變形等。

    超聲波檢測器：利用超聲波從管子內(nèi)外表面之間反射波的時間差來測定管壁腐蝕和厚度的。

    漏磁式檢測器，使用磁鐵將磁通引入管壁或焊縫，傳感器裝在兩磁極之間，探測因管壁減薄或腐蝕等引起的各種漏磁現(xiàn)象。

    2.海底管道外部檢測，內(nèi)容包括海底管道地貌狀況及海底管道埋深、有無裸露懸空、有無發(fā)生位移及外力破壞、外部防腐狀況等等。

    外部檢測主要包括兩類方式，一類是工程物探方式，如使用淺剖面儀以及多波束水深測量系統(tǒng)，側(cè)掃聲吶系統(tǒng)、磁力探測等方法進(jìn)行常規(guī)海底管線外部檢測；另一類就是潛水檢測方式，由潛水員、ROV進(jìn)行水下作業(yè)。

    海管的外檢測方法包括水下目視檢測、水下磁粉探傷、水下常規(guī)超聲縱波探傷、常規(guī)超聲橫波探傷、渦流探傷、超聲衍射時差法、漏磁探傷、水下交流場檢測、水下射線探傷和目視檢測等技術(shù)。

    新型檢測與防腐技術(shù)

    一、新型檢測技術(shù)

    1.Magna水下檢測系統(tǒng)

    是一個部署有遠(yuǎn)程操作潛水器（ROV）的自行檢測工具，它利用電磁聲換能器或EMATs，實(shí)現(xiàn)了在深度達(dá)1萬英尺的水下從外部檢測管道。

    2.DiscoveryTM 海管監(jiān)測工具

    該技術(shù)可以用于診斷管線壁厚變化，可以準(zhǔn)確診斷管線內(nèi)充填物是水合物、結(jié)蠟、瀝青質(zhì)還是結(jié)垢，該技術(shù)已經(jīng)在墨西哥灣深水項(xiàng)目中成功應(yīng)用。

    二、新型防腐技術(shù)

    1.新型不銹鋼管材

    使用耐腐蝕材質(zhì)的海底管道，提高管道抗腐蝕能力，能夠有效地延長海底管道的使用壽命。目前海底管道使用的耐腐蝕材質(zhì)主要有B10/B30、HDR雙相不銹鋼、304或316不銹鋼等。

    2.補(bǔ)口防腐新技術(shù)

    （1）高密度開孔聚氨酯補(bǔ)口新技術(shù)

    高密度開孔聚氨酯泡沫層材料無污染、強(qiáng)度高、密度小、保溫性好，在技術(shù)性能以及適用性、經(jīng)濟(jì)性等方面均比傳統(tǒng)的瀝青瑪蹄脂補(bǔ)扣技術(shù)具有優(yōu)勢。

    （2）FBE+改性/復(fù)合聚烯烴節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)

    該結(jié)構(gòu)是在FBE防腐層（0.30~0.64mm）上噴涂一層改性聚乙烯（CMP）保護(hù)層，CMP和FBE屬化學(xué)和機(jī)械粘結(jié)，不會分離，傳統(tǒng)的三層PE有所進(jìn)步，其性能與FBE相似。

    （3）高性能復(fù)合涂層外防腐技術(shù)

    高性能復(fù)合涂層（HPCC）由FBE層、粘結(jié)層和聚乙烯層組成，結(jié)構(gòu)與常用的3PE相同。

    結(jié)束語

    隨著海洋油氣開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，未來不僅會有越來越多的海底管道投入運(yùn)行，而且正在服役的海底管道也面臨著因腐蝕加劇而泄露或遭到外力破壞。海底管道的安全和穩(wěn)定不僅直接關(guān)系到油田生產(chǎn)的穩(wěn)定，一旦面臨泄漏破壞，不僅維修的費(fèi)用高昂，而且對海洋生態(tài)環(huán)境造成的危害巨大。 因此，研發(fā)海底管道防腐、檢測、維修的新技術(shù)和新裝備，保證海底管道安全穩(wěn)定運(yùn)行，已成為海洋石油行業(yè)的一項(xiàng)重要課題。

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責(zé)任編輯：王元

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