胡康,王營

(中石化西北油田分公司 油氣運銷部，新疆 輪臺 841600)

國內(nèi)的輸油及輸氣管線在施工過程中，在管線穿跨越及設(shè)有固定支墩的關(guān)鍵位置往往采用鋼質(zhì)套管對管線保護。但是由于不同階段的施工不同，套管的連接方式也不盡相同，常見的連接方式有電焊連接、絕緣板連接、兩端密封連接。針對施加了陰極保護的管線，套管的連接方式及防腐處理方式對陰極保護帶來一定影響。通過調(diào)查中石化西北油田內(nèi)套管內(nèi)的管線發(fā)現(xiàn)，多處管線出現(xiàn)不同程度的腐蝕現(xiàn)象，個別管線出現(xiàn)了腐蝕穿孔的現(xiàn)象[1-2]。本文分析了套管對陰極保護電流產(chǎn)生屏蔽的原因，根據(jù)現(xiàn)場情況提出合理的解決方案，為其他管段的套管腐蝕治理提供參考。

1 套管對電流產(chǎn)生屏蔽作用

對于埋地管線常用陰極保護的形式對管線上的腐蝕進行控制，由陰極、陽極、導(dǎo)通介質(zhì)、離子通路構(gòu)成一個回路[3]，但是陰極保護電流在流動過程中是不可控的，電流往往向電阻低的方向流動。對于含有套管的管段，該處的電阻發(fā)生了變化，陰極保護電流優(yōu)先到達(dá)套管表面，這樣就產(chǎn)生一定的屏蔽作用[4]。套管對管道的電流屏蔽情況主要分為斷路屏蔽、耦合屏蔽和短路屏蔽[5]。

1)斷路屏蔽。斷路屏蔽就是套管與管道表面之間的電阻足夠大，可認(rèn)為是斷路狀態(tài)，陰極保護的電流對套管的外表面進行保護，使得電流無法到達(dá)管道表面。

2)耦合屏蔽。耦合屏蔽是針對套管與管道之間進行電位測量，通過測量發(fā)現(xiàn)套管與管道上均能測到電位，但是套管內(nèi)電位不穩(wěn)定，這種情況往往被認(rèn)為是耦合屏蔽。

3)短路屏蔽。短路屏蔽指套管與管道之間通過填充低電阻導(dǎo)電介質(zhì)的形式使得兩者導(dǎo)通，套管上的電流可以通過介質(zhì)傳遞到管道表面，使得管道表面能有一定的電位保護。

2 常見腐蝕案例及分析

2.1 案例一

西北油田某重油管線于2003年投產(chǎn)，由于早期國標(biāo)中對管道腐蝕泄漏的要求較低，給管道安全運行埋下隱患。近年來隨著管道使用年限的增長，管道泄漏事故頻發(fā)，2018年3月30日，該管線在中間站位置發(fā)生了管道穿孔漏油事故。

2.1.1原因分析

對于該事故管道，由于套管和管道之間未填充任何物質(zhì)，輔助陽極電流可以流到套管卻不能穿透空隙到達(dá)管道上，因而陰極保護被屏蔽，起不到保護管道的作用。與此同時，由于管道端部沒有采用任何密封方式，地下水或其他電解液聚集到管道外壁形成微小原電池，產(chǎn)生腐蝕點，加速管道外壁的局部腐蝕，使管道穿孔造成泄漏事故發(fā)生。現(xiàn)場陰極保護示意如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場陰極保護示意

2.1.2整改措施

按照最近GB/T 21448—2017《埋地鋼制管道陰極保護技術(shù)規(guī)范》[6]的要求，考慮管道腐蝕整改建議如下：

1)向?qū)щ娞坠軆?nèi)注入如泥漿等可固電解質(zhì)[7]，不宜注入水，因為水容易在旱季干涸。

2)向套管內(nèi)注入絕緣且氣密性良好的物質(zhì)[3，8]，如瀝青膠、明膠等?？梢詫⒐芫€與外界絕緣，使得管道外壁不發(fā)生電化學(xué)腐蝕的同時，陰極保護也不起作用，該方法必須要做好端面密封工作。管道腐蝕解決方案如圖2所示。

圖2 管道腐蝕解決方案示意

2.2 案例二

西北油田某凝析油管線于2003年投產(chǎn)使用，采用外加強制電流形式對該管線進行腐蝕保護，但是由于當(dāng)初施工中某些不規(guī)范的原因，套管與管線直接連接，造成套管與管道接觸位置腐蝕較嚴(yán)重的情況。

2.2.1原因分析

1)電位分布不均勻。固定支墩滿足了防止管道應(yīng)力變形的要求，但與此同時也增大了套管與管道連接處發(fā)生腐蝕穿孔的風(fēng)險。對長輸管道電位的研究表明，綿延數(shù)千米的管道在含氧量不同的介質(zhì)中引起的管道沿線周圍電位分布不均勻[9]，在土壤中含氧量較多處電位偏高，在混凝土固定支墩內(nèi)部的管道電位偏低，形成宏觀腐蝕電池，增大管道腐蝕概率。從微觀考慮，當(dāng)固定支墩處于干濕交替的區(qū)域，混凝土中毛細(xì)孔吸水、失水交替進行，使內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)與管道的自腐蝕速度加快，腐蝕程度加深。

2)應(yīng)力集中。由于管道內(nèi)輸送介質(zhì)處于高溫高壓狀態(tài)，固定支墩易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象[10]。主要表現(xiàn)在輸送介質(zhì)工作壓力對管道產(chǎn)生徑向壓力、熱脹冷縮變形產(chǎn)生的溫差應(yīng)力、流動介質(zhì)沖刷管段產(chǎn)生的應(yīng)力等的共同作用，進一步加劇了腐蝕的發(fā)生。2012年在對西北油田某重油管道防腐層缺陷點進行修復(fù)時發(fā)現(xiàn)，全線12處的固定支墩內(nèi)部防腐層已經(jīng)損壞漏電，占全線17處缺陷點的約71%。

3)服役時間長。隨著管線服役時間的增長，腐蝕穿孔頻率隨之增大。自2003年10月投產(chǎn)以來，該條重油管線共發(fā)生3次腐蝕，腐蝕面均位于管道順流方向0～120°，最大孔徑約10 mm，孔洞周圍存在200 cm2的不均勻坑蝕。

4)施工質(zhì)量。固定支墩的抗?jié)B能力難以保證，同時受施工環(huán)境、溫度及稀釋劑的含量的影響，使得防腐層的質(zhì)量得不到很好的保障[11]。針對老舊固定支墩的套管與管線連接時的處理，往往采用直接焊接的方法，使得套管兩端的密封性得不到保證，該處發(fā)生管線腐蝕的風(fēng)險較高。

2.2.2整改措施

1)導(dǎo)電套管的兩端進行絕緣密封，向套管內(nèi)注入絕緣物質(zhì)，并做好固定支墩處的防腐工作，同時采用犧牲陽極的保護形式加強保護薄弱點。

2)采用非導(dǎo)電套管，套管內(nèi)采用鐲式局部犧牲陽極的方式進行保護，保證犧牲陽極與管線不接觸，犧牲陽極不受力，同時做好套管兩端絕緣防腐工作。

3)施工期間嚴(yán)格按照要求進行養(yǎng)護，混凝土骨料要事先進行清洗，避免帶進含Cl-的泥土[12]；固定支墩內(nèi)采用鍍層鋼筋或涂層鋼筋。

3 結(jié)束語

1)針對含絕緣肋板形式，要保證端口處具有良好的密封性，使腐蝕的介質(zhì)不能進入套管與管線；或套管與管線導(dǎo)通，能夠使陰極保護電流通過導(dǎo)電介質(zhì)傳遞到管線表面從而達(dá)到保護效果。

2)改善固定支墩處的腐蝕情況，首先要在施工期間嚴(yán)格把控施工質(zhì)量，同時采用各種防護手段，并不斷加強對新技術(shù)、新材料的開發(fā)使用。