呂廣磊，武國營，單廣斌，苑世寧，孫玉江，謝 哲

(1.中海油安全技術服務有限公司，天津塘沽 300270 2.中國石化青島安全工程研究院，山東青島 266071)

1 保溫層下腐蝕研究概況

保溫層下腐蝕(Corrosion Under Insulation，簡稱CUI)是指發(fā)生在包裹保溫材料的管道或設備外表面上的一種腐蝕現象。石油化工行業(yè)中，由保溫層下的腐蝕造成的損失巨大[1]，嚴重的腐蝕還會導致生產廠的設備出現故障和裝置的非計劃停車，危險有害因素的泄漏，還可能造成人身傷亡事故[2]。而在海洋環(huán)境下的管道保溫層尤其是LNG管道，由于所處的腐蝕環(huán)境更加惡劣，腐蝕問題比較突出，其腐蝕安全直接關系到管線的安全運行[3]。

Bruce、呂曉亮等人[4,5]的研究表明，目前所使用的保溫層下的設備或管道，隨著時間的增加，發(fā)生CUI的概率也隨之增加，現場的檢測也發(fā)現，保溫層內積聚的冷凝水還會促進設備或管道的腐蝕。Geary W.、Kane R.和Norsworthy R.[6-8]的研究表明，水是引起保溫層下腐蝕的關鍵因素，而海洋環(huán)境條件下的腐蝕介質中所含的氯離子濃度更大，使得該環(huán)境下的腐蝕現象尤為突出。中國石化青島安全工程研究院發(fā)明的保溫層下涂層腐蝕模擬實驗裝置[9]，可針對具體的不同保溫層和涂層進行模擬實驗，模擬不同溫度和濕度交替變化條件下的涂層腐蝕情況。姜瑩潔等人[10]的研究表明，對保溫層下20號鋼腐蝕起主要作用的因素包括：腐蝕介質濃度、環(huán)境內氧含量和溫度，但溫度起主要作用，干濕交替環(huán)境下的腐蝕較冷熱交替和恒溫環(huán)境的腐蝕更為嚴重。

在預防保溫層下腐蝕的研究方面，國內外主要集中在對保溫材料的設計、選擇及研制等方面[11,12]，還有帶保溫層缺陷的分析與檢測[13,14]等領域。在不拆保溫層的情況下對保溫層下腐蝕的檢測主要是采用脈沖渦流和X射線檢測的方法[15,16]，但該方法檢測的誤差較大，對現場要求高等特點，無法滿足現場的實際需求。

通過保溫層下腐蝕檢查，可以掌握設備、管線的腐蝕環(huán)境和外腐蝕情況，及時發(fā)現并處理腐蝕嚴重或存在安全隱患的設備、管道，最大限度的降低外腐蝕帶來的風險；同時，對腐蝕規(guī)律進行綜合分析，可以掌握保溫層下腐蝕的趨勢與動態(tài)，以判斷腐蝕控制技術措施的實施效果，為下一步腐蝕管理與防腐蝕技術的選擇提供支持。

2 腐蝕檢測技術

目前海上平臺采用X射線技術對保溫管線下的腐蝕進行檢測，但該技術的缺點為：精度相對較低、效率低、成本高、不適合密排管線等，所以在海上平臺具有一定的局限性。

本文提出采用紅外熱像儀+γ射線對保溫管線進行檢測，即：先通過紅外熱像儀對保溫管線進行粗檢，根據溫度場的分布情況，初步確定腐蝕危險等級，并對不可接收的風險點進行標記，然后采用伽瑪射線檢測儀器對標記好的位置進行精確的檢測，根據檢測結果評估保溫管線的危險等級，進一步制定詳細的解決方案。

2.1 紅外熱成像技術應用

紅外熱成像運用光電技術檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，將該信號轉換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形，并可以進一步計算出溫度值。利用紅外熱像儀的這一原理，可以在不搭建腳手架的情況下對平臺現場的保溫管線進行掃描檢測，從而快速發(fā)現腐蝕薄弱環(huán)節(jié)。見圖1。

在利用紅外熱成像檢測技術時對溫度差有要求，溫差越大效果越好，精度越高，而水是造成保溫管線外腐蝕的主要原因，相比于干燥的保溫層，其熱量會保留更久一些，所以，推薦在日落后的2～3 h內對保溫管線進行檢測[17]。

圖1 用紅外熱像儀初步判斷保溫層破損部位并標記

2.2 γ射線技術應用

γ射線檢測是利用γ射線的穿透性和直線性來檢測的方法。γ射線檢測可用于各類保溫層下腐蝕情況測厚及診斷分析。γ射線與照相底片結合可使底片感光，也可用特殊的接收器來接收。但被檢測物質的密度對射線檢測效果的影響比較大，當射線穿過密度較大的物體后射線的強度便會降低，利用照相底片所接受的感光量較小，利用儀器接受的信號就較弱，檢測的精度隨之也會降低[18]。見圖2。

圖2 保溫管線伽瑪射線檢測

粗掃包覆管細掃內鋼管檢測過程分兩步：第一步為粗掃，目的是確定包覆管及內鋼管的位置分布情況；第二步為精確確認壁厚信息。其優(yōu)點是檢測過程不受溫度的限制，精度可達0.2 mm，放射劑量小，安全距離小于1 m。

3 光纖在線監(jiān)測技術

3.1 技術特點

分布式光纖測溫系統(tǒng)不僅具有普通溫度傳感器的優(yōu)點，還具有對光纖沿線各點溫度的分布式監(jiān)測能力，光纖既是傳輸信息的導體，又是分布式測溫的傳感器。它能夠連續(xù)測量光纖沿線所在處的溫度，最大測量距離超過20 km，每個連續(xù)測溫分段和空間定位精度均達到400 mm的高分辨率，特別適用于需要大范圍、連續(xù)式溫度測量的場合。

3.2 工作原理

分布式光纖管道泄漏監(jiān)測預警系統(tǒng)，是一套以分布式光纖測溫系統(tǒng)為核心的自動“測控”系統(tǒng)，運用了現代光通信、光傳感、自動測量及控制、計算機等高新技術以及相關的專用分析軟件和通訊網絡組成的實時在線監(jiān)測體系，可對管道泄漏進行實時智能監(jiān)測預警，真正實現預防為主、防患未然。系統(tǒng)采用先進的拉曼光時域光纖測溫技術，其具有定位精確，測量精度高，測溫精度不受光纜應力變形影響等特點。

分布式光纖測溫系統(tǒng)是依據后向拉曼(Raman)散射效應：激光脈沖與光纖分子相互作用，發(fā)生散射，散射有多種，其中拉曼散射是由于光纖分子的熱振動，它會產生一個比光源波長長的斯托克斯光(Stokes)和一個比光源波長短的反斯托克斯光(Anti-Stokes)，反斯托克斯光信號的強度與溫度有關，斯托克斯光信號與溫度無關。從光波導內任何一點的反斯托克斯光信號和斯托克斯光信號強度的比例中，可以得到該點的溫度。利用光時域反射技術(OTDR)通過光纖中光波的傳輸速度和背向光回波的時間對這些熱點進行定位。利用這一原理可以實現對沿光纖溫度場的分布式測量。見圖3。

圖3 分布式光纖測溫原理

由于分布式光纖測溫系統(tǒng)的測溫元件和信號傳輸線全部為光纖，所以現場無需供電，不受電磁干擾和雷擊損壞，本安防爆，性能可靠，使用壽命超過20年以上。

3.3 技術優(yōu)勢

與傳統(tǒng)傳感器相比較，該技術具有許多優(yōu)勢，主要包括：①連續(xù)分布式測量，實現實時監(jiān)測；②抗電磁干擾，實現現場無電檢測；③本征防雷，可抵抗高電壓和高電流的沖擊；④測量距離遠，適于遠程監(jiān)控；⑤靈敏度高，測量精度高；⑥壽命長、成本低、系統(tǒng)簡單。

4 腐蝕防護技術

本文提出采用光固化纖維增強復合片材替代原保溫管線的鋁皮，該材料的優(yōu)點為：本身強度較大，可以避免因踩踏、撞擊等造成的外保護層破壞，從而減少因外保護層破損導致的腐蝕；接縫處采用密封結構，很好的將保溫層與外界隔離，從而避免因溫差及濕度差造成的保溫棉吸水及蒸汽造成的腐蝕。

4.1 光固化纖維增強復合片材

片材厚度≧0.8 mm，重量1.4 kg/m2，片材兩面分別由上下兩層透明塑料薄膜包覆，使用時下層(粘貼面)薄膜不揭下來，將片材連同上層薄膜直接粘貼、纏繞、包裹在待防護保溫層上并壓緊(可使用工具滾壓)，也可預制成型后現場直接固定，方便、快捷。

4.2 片材施工

4.2.1片材纏繞

搭接時揭開上層薄膜，將片材搭接在一起，蓋回揭開的上層薄膜并壓緊(可使用工具滾壓)，粘貼時注意不能直接踩踏在片材上，以免破壞片材，部分特殊區(qū)域，為了防止位移、提供張力而減少片材皺褶及固化收縮，建議采用透明膠帶固定。搭接處截面圓弧平滑過渡，搭接寬度不得少于50 mm。盡量錯開相鄰段間搭接口，使其不在同一直線上，以防止多重搭接。

4.2.2片材固化

片材可在陽光或紫外燈照射下快速固化成型，固化時保留上層透明薄膜將使固化后片材表面更為光滑、堅硬、致密和美觀。一般固化時間為5～20 min，也可通過不同程度的遮光措施延長固化時間。

室外施工時，需待陽光較弱或采取搭棚遮光方式，以免因固化太快，施工難以進行；在無陽光照射的場合處使用時，必須配備高壓紫外燈或相應的短波長燈具。為了美觀，可在固化前使用模具擠壓或在片材固化后涂刷各種合適的色彩涂料。

多層片材粘貼可能會因厚度太大，紫外線難以穿透而造成底層片材固化不良，建議適當延長固化時間。使用飛利浦HPA-400S燈組固化時，照射距離約20～40 cm，單層片材區(qū)域固化時間約5～10 min，雙層區(qū)域固化15～20 min，三層區(qū)域固化25～30 min，并適當縮短照射距離，四層或以上(包括多層搭接處)須分層固化。

4.2.3分段施工/防護層補口

分段施工或管道補口時，為防止上一段片材因已固化而導致與下一段片材搭接不良或致密性不足，可于上一段片材的末端用鍍鋁薄膜或黑色膠帶等不透光材質遮蓋，以防止其固化，待下一段片材施工時再揭開。

4.2.4施工條件

a)溫度5～40 ℃，且基材表面溫度高于露點3 ℃以上，相對濕度85%以下。

b)潮濕表面、返潮天氣、大風天、現場灰塵過大時禁止涂裝作業(yè)。

c)良好的通風、照明、配電及安全防護條件，嚴禁煙火。

5 結論

紅外熱像技術+γ射線測厚技術是一種新型保溫層下腐蝕不拆保溫檢測的組合技術，較其他不拆保溫檢測技術具有精度高、安全性高等優(yōu)點，可廣泛應用于不同溫度、不同直徑范圍內管道的檢測，對于現場包覆層工藝管道的腐蝕管理、降低包覆層工藝管道的風險及檢維修費用和提供維修決策至關重要；光纖在線監(jiān)測技術可很好的對保溫管線下腐蝕進行監(jiān)測，掌握其腐蝕規(guī)律；光固化纖維增強復合片材具有強度大、耐撞擊、踩踏等優(yōu)點，可替代原外防護層。