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        油氣管道腐蝕檢測與防護(hù)

        2021-01-09 00:49:33郭文鑫星志濤
        化工管理 2021年35期
        關(guān)鍵詞:防腐蝕緩蝕劑管材

        郭文鑫,星志濤

        (1.中國石油大學(xué)(北京)安全與海洋工程學(xué)院,北京 102249;2.北京中盈盤古智能技術(shù)有限公司,北京 100124)

        1 油氣管道腐蝕檢測與防護(hù)的必要性

        油氣運(yùn)輸管道大多都埋藏在地下,地下的環(huán)境比較復(fù)雜,土壤中含有多種物質(zhì),其中酸、堿、鹽等物質(zhì)可能會對管道進(jìn)行腐蝕。管道一旦被腐蝕而產(chǎn)生破損情況,就有可能會導(dǎo)致油氣發(fā)生泄漏,原油和天然氣等都屬于易燃易爆類物質(zhì),泄漏后極易引發(fā)火災(zāi),造成不可挽回的后果,威脅到周邊居住人員的生命財產(chǎn)安全。有研究結(jié)果顯示,油氣管道在使用兩年左右的時間就會發(fā)生比較嚴(yán)重的腐蝕,因此對油氣管道腐蝕進(jìn)行檢測,并采取有效的防護(hù)手段是十分重要的[1]。及時檢測能夠在問題發(fā)生之前就對管道中腐蝕較嚴(yán)重的部分進(jìn)行修補(bǔ),防止油氣泄漏的情況發(fā)生。而有效的腐蝕防護(hù)措施也能夠在一定程度上延長油氣管道的使用壽命,一方面能夠更高效地防止事故的發(fā)生,另一方面也能降低成本,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

        2 油氣管道腐蝕原因簡析

        目前影響油氣管道腐蝕主要有兩個方面:一方面是油氣管道自身材質(zhì)在防腐蝕上能夠起到的作用;另一方面就是油氣本身以及管道所處環(huán)境中的物質(zhì)對管道的腐蝕作用[2]。目前的油氣管道基本都是金屬材質(zhì)的,根據(jù)金屬自身的性質(zhì),活潑金屬比較容易被腐蝕,但造價相對較低,而不活潑金屬穩(wěn)定性較強(qiáng),不容易被腐蝕。但采用這樣的制造成本就會大大提升,降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,因此合金材料是油氣管道中最常用的。而在合金制造的油氣管道中,單合金制造的管道耐腐蝕性會高于多合金制造的管道。而且管道制造工藝不同,也會導(dǎo)致管道防腐蝕性能有一定的差別,光滑的金屬材料制成的運(yùn)輸管道耐腐蝕性能就會更高一些。

        油氣本身和管道所處環(huán)境中的物質(zhì)是造成管道腐蝕的主要原因,管道中運(yùn)輸?shù)脑秃吞烊粴獠⒉皇墙y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的,不同地區(qū)、不同油田、不同工藝所開采出的油氣質(zhì)量就會不同,質(zhì)量好的油氣中雜質(zhì)較少,水分含量較低,對管道的腐蝕就相對較弱,而雜質(zhì)含量多、油氣之外的化學(xué)物質(zhì)未被清除干凈,就會更加容易對管道進(jìn)行腐蝕。管道長年埋于地下,難免會與二氧化碳、硫化氫等酸性物質(zhì)反應(yīng),這些反應(yīng)會導(dǎo)致管道發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。因此要想減少油氣管道的腐蝕,應(yīng)當(dāng)在制造管道時,選用不易被腐蝕的合金,采取更好的加工工藝,保證管道本身的質(zhì)量,同時在油氣開采后簡單進(jìn)行加工再運(yùn)輸,減少油氣對管道的損害。除此之外,還需要在管道之外設(shè)置一定的防護(hù),防止土壤成分對管道的侵蝕,綜合這些方法對管道進(jìn)行保護(hù),才能夠?qū)崿F(xiàn)更好的防護(hù)效果。

        3 油氣管道腐蝕監(jiān)測技術(shù)

        3.1 變頻選頻技術(shù)

        變頻選頻技術(shù)使用的時間較長,技術(shù)也相對比較成熟,主要是對油氣管道防腐層中的絕緣電阻進(jìn)行測量,通過比對測量結(jié)果與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),發(fā)現(xiàn)防護(hù)層中出現(xiàn)的問題,及時對問題進(jìn)行解決。這種技術(shù)使用比較簡單,因此具有方便快捷的優(yōu)點(diǎn),而且通過這種技術(shù)還能夠精確到管道的每一段,準(zhǔn)確性比較高,結(jié)果也比較真實,因此目前在實際檢測過程中應(yīng)用十分廣泛。但是由于這種技術(shù)沒有辦法準(zhǔn)確測量電阻值,因此對一些相對比較細(xì)小的腐蝕情況檢測效果較差。而且對較長的管道,這種方法的檢測也會出現(xiàn)偏差,這是變頻選頻技術(shù)在實際應(yīng)用中存在的一些缺陷。

        3.2 人體大地電容法

        人體大地電容法是通過給管道施加交變電流,用探測儀對交變電流產(chǎn)生的磁場進(jìn)行檢測,能夠顯示出管道的走向和具體狀況。當(dāng)油氣管道被腐蝕時,管道的防腐層就會出現(xiàn)缺口,缺口處向大地泄漏一部分的電流,這部分電流也會形成交變電場。而人體站在交變電場中,每個人都具有交變點(diǎn)位,其中如果兩個人體分別位于缺陷位置以及無缺陷的管道旁時,探測儀中會顯示接收到的信號幅值最大,這樣就能夠檢測出油氣管道中腐蝕嚴(yán)重的位置。這種方法在實際應(yīng)用中對檢測員的操作要求較高,且檢測員本身需要有一定的專業(yè)知識,才能夠完成檢測。而且由于技術(shù)本身的限制,信號發(fā)射位置的選擇會對檢測結(jié)果產(chǎn)生較大的影響,如果檢測位置不合理,檢測出的內(nèi)容與實際情況存在較大的偏差。因此這種方法雖然在現(xiàn)場應(yīng)用時表現(xiàn)不錯,但由于這些缺點(diǎn)的存在,難以進(jìn)一步發(fā)展。

        3.3 PCM技術(shù)

        PCM技術(shù)是通過PCM發(fā)射機(jī)向油氣管道發(fā)射定位電流,電流經(jīng)管道傳送到接收機(jī)的位置,接收機(jī)對管道傳送的電流變化狀況進(jìn)行分析,就能夠準(zhǔn)確地評估管道的腐蝕情況。如果管道腐蝕情況較少,管道防腐層本身具有一定的絕緣作用,管道傳送的電流到達(dá)接收器時衰減較少,但如果管道腐蝕嚴(yán)重,大量的電流就會經(jīng)腐蝕部位流失,接收器接收到的電流信號衰減就越大[3]。這種技術(shù)相對于其他技術(shù)來說,對工作人員的專業(yè)知識要求不高,同時也能夠有效檢測出管道中防腐層損壞情況以及損壞部位,應(yīng)用效果較好。

        3.4 超聲波檢測技術(shù)

        當(dāng)油氣管道發(fā)生泄漏時,在泄漏處會產(chǎn)生渦流,渦流就會伴隨著一定的超聲波波段產(chǎn)生,從而被超聲波檢測技術(shù)檢測到。在實際應(yīng)用時,可以用超聲波檢測儀對油氣管道進(jìn)行掃描,如果出現(xiàn)泄漏,就能夠通過耳機(jī)聽到泄漏的聲音,在儀器上也會出現(xiàn)數(shù)位信號變化泄漏位置越近,這種變化越明顯,而且超聲檢測儀器的聲波頻率越高,對油氣管道因腐蝕而導(dǎo)致的泄漏檢測準(zhǔn)確率越高。超聲波檢測在應(yīng)用時比較簡單,而且測得結(jié)果的準(zhǔn)確率高,但是對設(shè)備有一定的要求,而且目前只應(yīng)用于直徑較大的管道,限制了這項技術(shù)的發(fā)展。

        4 油氣管道腐蝕防護(hù)技術(shù)

        4.1 科學(xué)選取管道防腐材料

        管道本身的材料選擇是保證管道使用壽命的基礎(chǔ),防腐材料需要具備一定的電絕緣性,在實際使用時體現(xiàn)出透氣性、黏合性,最重要的是在地下環(huán)境中需要有較強(qiáng)的耐酸堿性。在防腐材料的選取上,需要參考當(dāng)?shù)氐耐寥拉h(huán)境、油氣質(zhì)量,針對性地進(jìn)行選擇,從而使防腐材料能夠更好地適應(yīng)所處環(huán)境,表現(xiàn)出較好的防腐蝕效果。其中管道可以使用耐腐蝕的管材,降低管道的腐蝕速率,而管道附件則可以使用碳鋼材料,需要注意的是,碳鋼材料本身的防腐蝕能力較差,管道公司需要定期進(jìn)行檢測,當(dāng)發(fā)現(xiàn)附件出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕時,及時進(jìn)行更換[4]。

        4.2 管材鍍層技術(shù)和陰極保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

        管材鍍層技術(shù)主要是通過在管材表面用電熱噴涂等方法噴涂環(huán)氧粉末,從而達(dá)到耐熱、耐腐蝕、耐沖擊等效果。原油和天然氣的成分復(fù)雜,由于開采技術(shù)和開采油田的不同,油氣中還可能會含有各種雜質(zhì),加重管道的腐蝕,油氣中含水較多時,還有可能會使管道出現(xiàn)開裂的情況。目前比較常用的是三層聚乙烯技術(shù),對于管徑變化較小的管道而言,三層聚乙烯能夠較好地應(yīng)對各種環(huán)境。油氣在運(yùn)輸過程中會出現(xiàn)溫度升高等情況,因此需要涂層本身的物理性能較強(qiáng),在材料的選取上,硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料能起到良好的保溫作用,也能夠提升管道強(qiáng)度,防止地下水的滲入。陰極保護(hù)技術(shù)是利用化學(xué)電解池的原理,通過外加電流對電化學(xué)意義上的陰極進(jìn)行保護(hù),陰極保護(hù)法能夠大大降低管道在土壤下的腐蝕情況,與管材鍍層技術(shù)結(jié)合能夠起到很好的保護(hù)作用。在實際應(yīng)用時需要注意,工作人員需要對土壤成分和地下水中各種物質(zhì)的含量進(jìn)行研究,對管道所處環(huán)境進(jìn)行充分了解,然后再結(jié)合具體情況確定陽極和陰極,再把管道作為陰極,利用外加電流保護(hù)起來。

        4.3 緩蝕劑防腐技術(shù)

        緩蝕劑防腐技術(shù)目前在管道防腐的過程中應(yīng)用十分廣泛,主要是通過改變腐蝕過程中陽極或者陰極反應(yīng)的機(jī)理,從而實現(xiàn)減緩腐蝕的目的。緩蝕劑一般是在管道生產(chǎn)的過程中添加,較低的濃度就能夠達(dá)到很好的緩蝕效果,而且基本上不改變管材本身的介質(zhì)體系,在實際的應(yīng)用中,緩蝕劑防腐的效率也很高,能夠較大程度上延長管道的使用壽命,達(dá)到降低成本、較少原材料的效果。需要注意的是,在添加緩蝕劑時,需要結(jié)合管材所處的環(huán)境進(jìn)行具體規(guī)劃,不同的腐蝕體系所使用的緩蝕劑也不完全相同,而且緩蝕劑的添加工藝也會對防腐蝕效果產(chǎn)生較大的影響,在使用時不能生搬硬套,應(yīng)根據(jù)實際情況確定。

        4.4 縮減加熱蒸汽能耗技術(shù)

        在油氣運(yùn)輸過程中,溫度的控制非常重要,溫度過高會在運(yùn)輸中產(chǎn)生大量的熱量,能量的消耗增大,但溫度過低又會增大石油和天然氣的粘度,導(dǎo)致輸送功率增大。因此在運(yùn)輸過程中縮減加熱蒸汽能耗技術(shù),將能量消耗過程中增大的功率減小一部分,同時將輸送功率減小的程度降低,從而實現(xiàn)降低能耗的目的。

        5 結(jié)語

        綜上所述,由于油氣運(yùn)輸管道所處的地下環(huán)境復(fù)雜,容易產(chǎn)生腐蝕、破損等問題,管道一旦破損,就會有可能會出現(xiàn)油氣泄漏甚至導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生,威脅到周圍居住人員的生命財產(chǎn)安全。造成油氣運(yùn)輸管道發(fā)生腐蝕主要是由于管道本身材料防腐蝕的性能較差、管道內(nèi)外環(huán)境比較復(fù)雜。因此油氣運(yùn)輸企業(yè)應(yīng)當(dāng)針對性地加強(qiáng)油氣運(yùn)輸管道的防腐蝕性能,通過各種方法對管道腐蝕情況進(jìn)行檢測,及時發(fā)現(xiàn)管道中腐蝕嚴(yán)重的部位并進(jìn)行修補(bǔ),防止事故的發(fā)生,保證油氣資源安全、穩(wěn)定地供應(yīng)。

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