劉永和

（中海石油（中國)有限公司深圳分公司，廣東深圳518000）

1 海底管道腐蝕防護系統(tǒng)完整性評價的必要性

海底管道是近海油、氣開發(fā)工程中的一個重要組成部分，海底管道廣泛應用于海洋石油工業(yè)，已經(jīng)成為連續(xù)輸送大量油（氣）最經(jīng)濟、最可靠、最安全、最快捷的運輸方式,是海上油（氣）田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，已經(jīng)覆蓋了東海部分水域和南海、渤海東西部大部分水域。與陸上管道相比，在充滿各種危險的海洋這一特殊環(huán)境中鋪放安裝管道，自然會遇到很大問題，而海底管道具有管理困難、地域跨度廣、要素多、使用年限長等諸多特點，一直以來都是中海油集團公司完整性管理的薄弱環(huán)節(jié)[1]。而根據(jù)大量的理論分析和事故案例表明，海底管道往往發(fā)生事故的重要原因就在于腐蝕。對于海底管道而言，雖然腐蝕破壞的速度較慢，但是腐蝕現(xiàn)象會導致管道壁厚減薄，這樣也就會導致管道結構的完整性出現(xiàn)降低，從而使得海底管道事故的發(fā)生概率大幅度增加。由于海底環(huán)境復雜、多種腐蝕機理并存，一般在評價海底管道風險程度時都要考慮到腐蝕因素。所以，加強海底管道腐蝕防護系統(tǒng)的完整性評價，能夠有效地保障海底管道平穩(wěn)運營和管網(wǎng)安全。

2 海底管道腐蝕類型

2.1 電偶腐蝕

海水的電阻率比較小，是一種良好的電解質(zhì)，在海水中會同時存在宏觀腐蝕電池和微觀腐蝕電池的作用，其中不同金屬在海水中相互接觸、相互摩擦，將會使得那些電位較負的金屬腐蝕速度加快。金屬在腐蝕介質(zhì)中與非金屬導體或者電位更高的另一種金屬進行電連接而引起的腐蝕就是電偶腐蝕。

2.2 空泡腐蝕

在海水溫度下，當海水的蒸汽壓高于周圍環(huán)境的壓力時，就會出現(xiàn)蒸汽泡，海水就會沸騰。海底管道金屬表面被蒸汽泡的破裂而反復沖擊，最后會出現(xiàn)海底管道的局部破壞，當管道外部的金屬被破壞掉之后，新的活化金屬就會直接暴露在帶有強烈腐蝕性的海水中，造成海水腐蝕和機械損失[2]。

2.3 磨損腐蝕

由于海底管道金屬表面和腐蝕流體之間的相對運動導致管道金屬出現(xiàn)腐蝕或者加速破壞，同時還伴隨著機械磨損和機械磨耗的作用，腐蝕速度較快。磨損腐蝕的外表特征往往會帶有顯示有方向性，且呈現(xiàn)出山谷形、圓孔、波紋、構、槽等多種形狀。

2.4 縫隙腐蝕

在電解質(zhì)溶液中,金屬與非金屬之間或者金屬與金屬之間由于存在著縫隙，且縫隙寬度能夠讓腐蝕流體加入到縫隙中但又不能流動，只能處于停滯狀態(tài)，這樣就導致縫隙內(nèi)部腐蝕現(xiàn)象加劇，從而形成腐蝕，這種腐蝕就被稱為縫隙腐蝕。縫隙腐蝕通常在飛濺區(qū)或者全浸區(qū)的部位最為嚴重，縫隙下面會出現(xiàn)快速腐蝕，在海水中都有對縫隙腐蝕敏感的傾向。一旦形成縫隙腐蝕，那么就很難再加以抑制。

2.5 點蝕

在海洋環(huán)境介質(zhì)中，海底管道在運行一定的時間之后，就會在管道表面出現(xiàn)一些麻點或者蝕孔，這些麻點或者蝕孔隨著時間的推移而不斷地向著縱深方向發(fā)展，最終會出現(xiàn)小孔狀腐蝕坑，通常都是由于海洋大氣污染物或者分散的鹽粒引起的，這種現(xiàn)象稱為點腐蝕。當然，海底管道金屬表面的金相性能，如表面缺陷、保護膜的偏析、破裂、夾雜物也很有可能會引起海底管道點蝕。

2.6 沖擊腐蝕

在渦流情況，常有空氣泡卷入海水中，夾雜氣泡的快速流動的海水沖擊金屬表面時，保護膜可能被破壞，金屬便可能產(chǎn)生局部腐蝕。

3 海底管道的完整性生命周期評價

海底管道的生命周期可以繪制成圖表形式,見圖1。圖上呈現(xiàn)兩種對立的力:（1）外部維護力（模型試驗、統(tǒng)計分析、維修、技術診斷、設計、腐蝕防護、保養(yǎng)）。（2）破壞力（由于輸送油氣之類的侵蝕性介質(zhì)而導致海底管道性能退化，以及海洋環(huán)境對于管道的影響）。

圖1 海底管道生命周期圖Fig.1 Undersea pipe lifecycle diagram

3.1 診斷及維修

有關制約因素:在給定時間內(nèi)，工程設備的實際狀態(tài)可以通過技術診斷來得到,所以，技術診斷越有效、越準確，那么預測效果、計算效果、模擬效果也就越好。而相對于完全更換管道的費用相比，通過技術診斷來對缺陷進行清除的費用更高。但是值得注意的是，海底管道運行的時間越長，就越難去確定管道的相關缺陷，諸如管道材料是否存在H2，力學上材料的性質(zhì)等。技術診斷應該包括對管道修理、維護、運行的控制；對管道內(nèi)部和外部環(huán)境因素的風險評價；管道運行技術狀態(tài)評價等。

建議解釋有關技術診斷結果:某些管段無法進行測量或者具有較高的測量誤差;能導致事故的局部腐蝕最低速率評估;與管道有關的重要信息數(shù)據(jù),目前處于缺乏或者過時狀態(tài);已應用的腐蝕防護和運輸能力保障措施的有效性;保障管道安全運行的維修作業(yè)及相關設備的有效性。

3.2 防腐層質(zhì)量綜合評價

目前來說，對于海底管道防腐層的評價標準較多，也較為復雜，但是總的來看，都是評價防腐層絕緣電阻率。防腐層絕緣電阻率的計算結果由于多種因素的限制，使得其與實際情況存在著一定差距，現(xiàn)在評價防腐層的質(zhì)量都采用破損點狀況、絕緣電阻率、電流衰減率來進行的。防腐層質(zhì)量的好壞主要采用防腐層絕緣電阻率來進行直接評判，同時為了對防腐層的評價結果更加完善，還應該考慮到防腐層破損點狀況。以石油瀝青防腐層為例，我們可以按照《埋地鋼質(zhì)管道防腐層修復技術規(guī)范》采用電流-電位法來進行評價[3]，見表1。

表1 電流-電位法評價Tab.1 Current-potentialmethod

3.3 腐蝕管道評估方法

對檢測出的腐蝕缺陷，可以依據(jù)相關標準規(guī)范進行評估，見圖2。

（1）基于分項安全因數(shù)的方法 原始數(shù)據(jù)：規(guī)定的最大缺陷深度、規(guī)定的最大缺陷長度、規(guī)定的最小拉伸強度、管道壁厚、管道外徑。使用超聲智能清管器或者漏磁智能清管器進行內(nèi)部檢測，所得結果即為缺陷尺寸。

基于分項安全因數(shù)，對腐蝕管道的安全工作壓力（許用壓力）進行合理地估算，同時，將所得估算結果與管道最大許用操作壓力進行相應的比較。若最大許用操作壓力高于估算的許用壓力，那么在運行之前，應該降低壓力，使之在估算的許用壓力以下運行。若最大許用操作壓力低于估算的許用壓力，在經(jīng)過防腐保溫和腐蝕清理之后，腐蝕管道就可以直接使用。

（2）基于許用應力設計的方法 原始數(shù)據(jù)：測量的最大缺陷深度、最大缺陷長度、極限拉伸強度，原始壁厚，管道外徑。

對安全工作壓力和失效壓力進行正確的計算，同時將其與海底管道最大許用操作壓力進行相應的比較。若最大許用操作壓力高于安全工作壓力，那么在運行之前，應該降低壓力，使之在安全工作壓力以下運行；若最大許用操作壓力低于安全工作壓力，在經(jīng)過防腐保溫和腐蝕清理之后，腐蝕管道就可以直接使用。

3.4 海底管道腐蝕失效的后果評價

海底管道由于腐蝕而造成的事故，按照破壞程度可分為3種情況，分別是重大程度破壞（影響管道運行時間平均1~3a）、中等程度破壞（影響管道運行時間平均少于1個月）、輕微程度破壞。海底管道由于腐蝕失效而造成的海洋環(huán)境污染，很難用傳統(tǒng)的完整性評價方法進行評估。我們大致給出一個指導性的海底管道腐蝕泄漏污染程度分類評估表，見表2。

表2 海底管道腐蝕泄漏污染程度分類評估表Tab.2 Evaluation sheet of contamination degree of submarine pipeline corrosion

4 結語

總之，加強海底管道腐蝕防護系統(tǒng)的完整性評價對于海底管道平穩(wěn)運營和管網(wǎng)安全極為重要，具有較大的經(jīng)濟效益和社會價值，值得深入探討。

［1］Det Norske Veritas.DNV OSF101海底管道系統(tǒng)規(guī)范［S］.Norway：DetNorske Veritas，2010.

［2］Milne I,Ainsworth R A,Dowling A R,etal.Assessmentof the integrit ofstructures containing defects［J］.International Journalof Pressure Vesselsand Piping，2008,32:3-104.

［3］Ahammed M.Prediction of remaining strength of corroded pressurized Pipelines［J］.International JournalofPressure Vesselsand Piping，2007，122:655-659.