王 鋒，齊嵩嶺，聞亞星，陳金忠，馬義來(lái)

(1.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京 100029；2.中國(guó)石油青海油田分公司，青海 西寧 810006)

油氣管道機(jī)械損傷通常是由施工、建造等所致，機(jī)械損傷對(duì)管道完整性管理和缺陷壽命預(yù)測(cè)影響很大，是陸地和海上油氣管道主要的失效模式之一。機(jī)械損傷的缺陷類(lèi)型一般分為凹坑、劃痕及凹坑+劃痕[1]。機(jī)械損傷可能導(dǎo)致管道瞬間失效，也可能隨著時(shí)間發(fā)生延遲滯后失效。機(jī)械損傷缺陷區(qū)別于其他類(lèi)普通缺陷，如果管道本體發(fā)生機(jī)械損傷且管壁部分產(chǎn)生金屬損失，機(jī)械劃傷部位的管道內(nèi)外壁都可能發(fā)生腐蝕[2-3]。油氣管道敷設(shè)環(huán)境不同和輸送介質(zhì)不同，即土壤環(huán)境腐蝕性和輸送介質(zhì)腐蝕性不同，則其金屬損失缺陷的腐蝕速率不同。目前，漏磁內(nèi)檢測(cè)是一種高效、可靠的識(shí)別機(jī)械損傷信號(hào)的方法，對(duì)漏磁數(shù)據(jù)的有效分析，能準(zhǔn)確識(shí)別機(jī)械損傷信號(hào)[4-6]。機(jī)械損傷所導(dǎo)致金屬損失缺陷的檢測(cè)、識(shí)別和腐蝕原因分析是加強(qiáng)油氣管道機(jī)械損傷完整性管理的有效途徑，是減少事故發(fā)生和降低安全管理運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的有效方法，亦是保障油氣管道安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

1 漏磁內(nèi)檢測(cè)信號(hào)分析與評(píng)價(jià)

1.1 管道概況及漏磁檢測(cè)情況

某油氣管道敷設(shè)在鹽堿土壤里，長(zhǎng)度50.1 km，管道設(shè)計(jì)壓力6.0 MPa，最大允許操作壓力(MAOP)為6.0 MPa，壁厚6.0 mm，材質(zhì)X52。該管道間隔5 a進(jìn)行一次漏磁內(nèi)檢測(cè)，根據(jù)SY/T 0087.5—2016《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 第5部分油氣管道腐蝕數(shù)據(jù)綜合分析》，依據(jù)缺陷距前后焊縫距離、焊縫編號(hào)、鐘點(diǎn)方位、長(zhǎng)寬度等特征對(duì)兩次漏磁內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析[7]，發(fā)現(xiàn)不同于普通金屬損失的外壁異常漏磁信號(hào)。對(duì)兩處異常漏磁信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)，兩處缺陷無(wú)法承載當(dāng)前工作壓力，經(jīng)開(kāi)挖驗(yàn)證，對(duì)兩處缺陷點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，保證了管道安全運(yùn)行。

1.2 異常漏磁信號(hào)分析

在漏磁內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析工作中，分析金屬損失信號(hào)，首先要辨析金屬增加信號(hào)。根據(jù)漏磁信號(hào)“極性一致”判讀原則，金屬損失與金屬增加信號(hào)是兩個(gè)相反的信號(hào)特征[8-9]。當(dāng)檢測(cè)器通過(guò)缺陷時(shí)，漏磁信號(hào)的形狀與徑向信號(hào)強(qiáng)度變化依賴(lài)于被檢測(cè)到的金屬損失缺陷的形狀與尺寸，對(duì)于任何單個(gè)金屬損失缺陷，檢測(cè)信號(hào)峰的數(shù)量和極性是相同的[10-11]。

普通金屬增加漏磁信號(hào)見(jiàn)圖1，異常漏磁信號(hào)見(jiàn)圖2。徑向信號(hào)是一個(gè)窄長(zhǎng)的信號(hào)特征，幅值很高，從軸向信號(hào)和偽彩圖可以看出，軸向信號(hào)有很尖銳的極大峰和兩個(gè)極小峰值；徑向信號(hào)有正負(fù)兩個(gè)峰值都很尖銳；向信號(hào)在一個(gè)近似矩形的范圍內(nèi)有兩正兩負(fù)四個(gè)峰。根據(jù)漏磁信號(hào) “極性一致”判讀原則和特殊信號(hào)識(shí)別原理，異常漏磁信號(hào)疑似機(jī)械損傷[12-14]。

圖1 金屬增加信號(hào)及偽彩圖

圖2 異常漏磁信號(hào)及偽彩圖

1.3 異常漏磁信號(hào)評(píng)價(jià)

對(duì)異常金屬損失點(diǎn)采用ASME B31G—2012和TSG D7003—2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則 長(zhǎng)輸(油氣)管道》進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)[15-16]。ASME B31G—2012依靠金屬損失點(diǎn)的長(zhǎng)度和深度主要評(píng)價(jià)缺陷的最大安全運(yùn)行壓力，只考慮內(nèi)壓對(duì)管道的影響，不考慮其他載荷的影響。當(dāng)缺陷的最大操作壓力大于管道最大允許操作壓力時(shí)，表示缺陷不可接受，需要立即維修；當(dāng)小于管道最大允許操作壓力時(shí)表示缺陷可接受，考慮計(jì)劃維修或進(jìn)行監(jiān)控處理。通過(guò)TSG D7003—2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則 長(zhǎng)輸(油氣)管道》對(duì)異常金屬損失進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)。

對(duì)異常金屬損失點(diǎn)采用如下方法進(jìn)行均勻腐蝕速率計(jì)算：

式中：RML為金屬損失的速率，mm/a；ΔMLd為金屬損失深度在Δt時(shí)間內(nèi)的增量，%；WT為管道的壁厚，mm；Δt為該次檢測(cè)日期與投產(chǎn)日期的時(shí)間間隔，a。

剩余壽命預(yù)測(cè)計(jì)算方法如下：

經(jīng)評(píng)價(jià)，1號(hào)和2號(hào)金屬損失點(diǎn)最大安全運(yùn)行壓力分別為6.5 MPa和7.8 MPa，最大運(yùn)行壓力大于管道的最大安全運(yùn)行壓力(MAOP)。按照ASME B31G—2012應(yīng)對(duì)兩處異常信號(hào)點(diǎn)開(kāi)挖并需要立即維修。通過(guò)TSG D7003—2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則 長(zhǎng)輸(油氣)管道》進(jìn)行剩余壽命預(yù)測(cè)，具體金屬損失異常信息見(jiàn)表1。由表1可知，1號(hào)金屬損失點(diǎn)和2號(hào)金屬損失點(diǎn)腐蝕速率分別為1.03 mm/a和0.56 mm/a，明顯高于普通環(huán)境下金屬損失腐蝕速率，理論計(jì)算為外界腐蝕環(huán)境不發(fā)生變化，剩余壽命分別為0.8 a和 2.5 a。按照QSY 05267—2016《鋼質(zhì)管道內(nèi)檢測(cè)開(kāi)挖驗(yàn)證規(guī)范》對(duì)異常信號(hào)點(diǎn)缺陷進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證，結(jié)果顯示，該缺陷為機(jī)械損傷。對(duì)缺陷的尺寸進(jìn)行測(cè)量，長(zhǎng)寬、位置和腐蝕深度，與檢測(cè)數(shù)據(jù)相吻合。按照GB 32167—2015 《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》中缺陷的修復(fù)方式，對(duì)兩處缺陷宜采用套筒修復(fù)方式進(jìn)行永久修復(fù)。

表1 金屬損失異常點(diǎn)的詳細(xì)信息

2 腐蝕原因分析

由于管道敷設(shè)高程和地下水位的不同，不同地段土壤的水含量和通氣量不同。對(duì)1號(hào)和2號(hào)金屬損失點(diǎn)腐蝕產(chǎn)物取樣進(jìn)行半定量X熒光分析，結(jié)果見(jiàn)表2。腐蝕坑區(qū)的黑色腐蝕產(chǎn)物主要成分為Fe的氧化物，F(xiàn)e2O3占48.26%和氯化物占30.15%，腐蝕產(chǎn)物中還含有Si,Ca,Mg和K等的少量氧化物為堿土泥沙雜質(zhì)，腐蝕產(chǎn)物主要成分為Fe2O3和氯化物。原始形貌見(jiàn)圖3(a)，去除腐蝕產(chǎn)物見(jiàn)圖 3(b)。兩處土壤的含水量、通氣量的差異是造成腐蝕速率不同的主要因素。

圖3缺陷位于潮濕地區(qū)，蝕坑位于管道頂部，開(kāi)挖后3PE防護(hù)層出現(xiàn)破損。由于鹽堿土?xí)S著含水率的變化膨脹收縮，使得缺陷處環(huán)氧粉末底漆及3PE防腐層出現(xiàn)輕微剝離現(xiàn)象，蝕坑中充滿(mǎn)了黑色腐蝕產(chǎn)物，去除腐蝕產(chǎn)物后，鐵基體表面發(fā)黑。缺陷呈魚(yú)鱗形。腐蝕形貌是由凹凸不平的點(diǎn)蝕坑連接而成，沿管道周向呈水平和垂直發(fā)展迅速。蝕孔內(nèi)陰極發(fā)生了耗氧反應(yīng)，導(dǎo)致蝕孔內(nèi)貧氧，孔外富氧，蝕孔內(nèi)外形成氧濃差電池，發(fā)生了電化學(xué)腐蝕。蝕孔內(nèi)鐵基體的不斷溶解，使得金屬陽(yáng)離子不斷增加，為保持蝕孔內(nèi)外的電中性，蝕孔外的氯離子向蝕孔內(nèi)遷移，因此加速了金屬基體的腐蝕。

圖4缺陷位于半潮濕地區(qū)，蝕坑也位于管道頂部，開(kāi)挖后3PE防腐層出現(xiàn)破損，環(huán)氧粉末底漆、3PE防腐層和基體附著力較好。腐蝕形貌呈現(xiàn)均勻的長(zhǎng)條形，凹凸不平的小坑蝕連接，去除腐蝕產(chǎn)物后，金屬基體表面發(fā)亮。

表2 腐蝕產(chǎn)物X熒光測(cè)試 w,%

圖3 潮濕環(huán)境腐蝕形貌

圖4 半潮濕環(huán)境腐蝕形貌

3 結(jié)論與建議

(1)漏磁內(nèi)檢測(cè)是識(shí)別管道機(jī)械損傷導(dǎo)致金屬損失缺陷的有效方法之一，機(jī)械損傷導(dǎo)致金屬損失缺陷應(yīng)及時(shí)檢測(cè)并消除。

(2)在土壤水含量和通氣量不同的情況下，潮濕環(huán)境促進(jìn)了蝕坑外氯離子的遷移，其腐蝕比半潮濕環(huán)境腐蝕嚴(yán)重。應(yīng)該及時(shí)檢測(cè)并消除蝕坑，保證管道安全運(yùn)行。

(3)應(yīng)對(duì)具備內(nèi)檢測(cè)條件的管道進(jìn)行漏磁內(nèi)檢測(cè)，通過(guò)對(duì)管道漏磁數(shù)據(jù)的深度分析，掌握管道活性腐蝕點(diǎn)和非活性腐蝕點(diǎn)的腐蝕規(guī)律；做好管道巡護(hù)和施工管理工作，防止管道受到損傷；做好外防腐層的檢測(cè)，避免內(nèi)外腐蝕共同作用，導(dǎo)致管道發(fā)生失效。