胡春陽*

（中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司）

0 引言

海底油氣管道的本質(zhì)安全是保證海上油氣順利開采的重要基礎(chǔ)，隨著海底管道鋪設(shè)距離增加和運(yùn)行時(shí)間延長，海底管道損傷概率增大，事故發(fā)生也愈加頻繁。為了保證海底管道安全運(yùn)行，應(yīng)對無法進(jìn)行內(nèi)檢測的海底管道進(jìn)行全方位的外檢測，通過外檢測的方式評(píng)估管道運(yùn)行狀況，以此降低海底管道發(fā)生事故的概率[1-3]。

海底管道檢測技術(shù)分為內(nèi)檢測和外檢測技術(shù)，管道內(nèi)檢測技術(shù)是通過管內(nèi)通球的方式檢測管道的各種缺陷，例如管道腐蝕、裂紋、機(jī)械損傷以及幾何變形等，并能夠定位缺陷所在位置。管道外檢測技術(shù)是通過相關(guān)外檢測設(shè)備在管道外部對管道埋深、管道周圍狀況、防腐涂層及水泥配重層破損情況、犧牲陽極電位、立管腐蝕狀況等內(nèi)容進(jìn)行檢測。國內(nèi)外大部分海底管道陰極保護(hù)均采用犧牲陽極法，一般除了管外涂敷防腐涂層外，還要在其上施加水泥配重層。因此，如何有效地實(shí)時(shí)監(jiān)測海管的外部腐蝕情況，為海管腐蝕控制及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，采取防腐措施，保障海管安全穩(wěn)定運(yùn)行是腐蝕管理的重要工作[4-6]。

1 海底管道外檢測內(nèi)容

海底管道外檢測主要檢測犧牲陽極、防腐涂層、水泥配重層以及立管，檢測目的在于確定海底管道系統(tǒng)未發(fā)生損壞，且仍能滿足設(shè)計(jì)要求，因此需要建立一個(gè)長期的檢測計(jì)劃。

犧牲陽極外檢測包括以下幾方面：（1）犧牲陽極的安裝情況；（2）犧牲陽極的損耗情況以及剩余壽命；（3）犧牲陽極的保護(hù)電位測量，主要是檢查犧牲陽極是否在設(shè)計(jì)消耗范圍內(nèi)；（4）犧牲陽極有無移動(dòng)、脫落及損壞情況；（5）犧牲陽極與海底管道連接狀況；（6）犧牲陽極表面附著海生物情況以及海生物的影響；（7）犧牲陽極表面清理后，還應(yīng)檢查表面是否發(fā)生鈍化以及不規(guī)則的腐蝕狀況[7]。

防腐涂層外檢測包括以下幾方面：（1）檢查防腐涂層表面有無氣泡、蝕坑、破損、裂紋、剝離等現(xiàn)象；（2）檢查防腐涂層內(nèi)管道銹蝕情況（如變色、隆起或開裂等）；（3）判斷防腐涂層是否存在破損點(diǎn)，測量防腐涂層破損點(diǎn)處的犧牲陽極電位；（4）海底管道分段保護(hù)時(shí)，檢測絕緣法蘭（接頭）的絕緣性能，并檢測絕緣法蘭（接頭）防腐涂層的完整性和腐蝕情況；（5）防腐涂層厚度檢測。

水泥配重層外檢測包括以下幾方面：（1）檢查水泥配重層是否脫落、碎落，外觀是否平整，有無明顯的凹坑、凸起現(xiàn)象和鋼筋網(wǎng)露出等現(xiàn)象；（2）檢查水泥配重層表面是否存在裂縫；（3）檢查水泥配重層是否存在掛錨、錨擊、拖網(wǎng)板拖拉或鉤拽現(xiàn)象以及大的碎石等重物砸傷情況；（4）檢查水泥配重層是否存在海生物覆蓋情況。

立管外檢測包括以下幾方面：（1）檢查立管防腐涂層的外部狀態(tài)；（2）檢查立管外觀是否存在損傷，立管卡子螺栓有無松動(dòng)或缺失；（3）檢測立管犧牲陽極在位情況、外觀消耗情況；（4）檢測立管底部懸空情況，測量懸空的長度和高度；（5）檢測膨脹彎水泥壓塊及覆蓋情況；（6）檢測裸露部分管線有無損傷、變形以及其他異常情況；（7）檢測膨脹彎對接法蘭連接螺栓有無松動(dòng)或缺失；（8）檢查立管底部交叉點(diǎn)（如果有）管線空間位置及保護(hù)情況；（9）對立管腐蝕狀況進(jìn)行檢測及評(píng)估。

2 海底管道外檢測技術(shù)

海底管道外檢測技術(shù)較多，根據(jù)作用機(jī)理不同，可以分為聲、光、電、磁、渦流等檢測；根據(jù)操作方法不同，可以分為自動(dòng)檢測和人工檢測。海底管道外檢測通常由潛水員和水下機(jī)器人完成[8]。

2.1 犧牲陽極、防腐涂層外檢測技術(shù)

犧牲陽極以及防腐涂層外檢測技術(shù)主要為電場梯度以及非接觸式磁力層析檢測（MTM）。

2.1.1 電場梯度法

海洋環(huán)境的物理場特點(diǎn)一個(gè)是高電導(dǎo)率、強(qiáng)腐蝕性以及良導(dǎo)體。海底管道陰極保護(hù)系統(tǒng)中，犧牲陽極與海水、海泥和管道構(gòu)成了形成一個(gè)閉合回路直流電場，電流流過破損點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生電壓降，從而在破損點(diǎn)周圍的環(huán)境中形成電壓梯度。檢測時(shí)，通過ROV 搭載電場梯度檢測傳感器、TSS 管線跟蹤儀以及USBL水下定位儀等設(shè)備可完成對海底管道犧牲陽極及防腐涂層的檢測。

電場梯度法的主要特點(diǎn)包括以下幾方面：（1）不需挖掘，生產(chǎn)無需停止，優(yōu)化改造和延長使用壽命，可檢測所有的海底資產(chǎn)，從淺水到深水；（2）快速檢查，基于準(zhǔn)確預(yù)測的合格決策；（3）降低泄漏風(fēng)險(xiǎn)避免使用潛水員，從而降低HSE 風(fēng)險(xiǎn)；（4）高精度測量，準(zhǔn)確估計(jì)現(xiàn)狀和未來發(fā)展；（5）檢測耗時(shí)短；（6）檢測范圍廣。

2.1.2 非接觸式磁力層析檢測

MTM 是一種被動(dòng)的檢測方法，依據(jù)主要為磁應(yīng)力原理，MTM 檢測對象為碳鋼管道及其附屬結(jié)構(gòu)物，能夠檢測應(yīng)力異常、施工缺陷以及在役缺陷等。檢測海底管道時(shí)，需要搭載ROV，作業(yè)條件受ROV 及船舶作業(yè)條件限制，能探測到在壓力下工作、帶有任何保護(hù)形式的地下或水下鐵磁管道的裂紋探測和橫截面金屬損失[9-11]。MTM 檢測作業(yè)條件如表1 所示。

表1 MTM檢測作業(yè)條件

2.2 水泥配重層外檢測技術(shù)

經(jīng)判斷水泥配重層主要通過目視檢測法（VT）進(jìn)行檢測。目視檢測是以肉眼或各種儀器結(jié)合來對被檢管道表面進(jìn)行直接觀察或測量的一種無損檢測方法，能夠檢測管道的幾何尺寸、結(jié)構(gòu)完整性、形狀缺欠等，但受表面光照度的影響容易出現(xiàn)漏檢?？赏ㄟ^潛水員或使用水下機(jī)器人對裸露的海底管道水泥配重層進(jìn)行目視檢測，來初步判斷相關(guān)狀況[12-13]。

2.3 立管外檢測技術(shù)

立管外檢測技術(shù)主要為水下磁粉檢測（UWMT）、漏磁外檢測、超聲導(dǎo)波檢測、電磁超聲檢測（EMAT）以及交流電磁場檢測（ACFM）。

2.3.1 水下磁粉檢測

UWMT 是一種重要的水下無損檢測方法，相對于陸地上常用的射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測以及滲透檢測來說，磁粉檢測更適用于水下無損檢測，其原理與陸地的磁粉檢測原理基本相同，但實(shí)際操作時(shí)又有一定的區(qū)別：首先磁軛要適宜在水中使用；其次磁懸液選用特殊的熒光磁粉，以及適用于在水中向工件表面施加磁懸液的磁懸壺；另外還要配備水下使用的紫光燈。

UWMT 主要適用于適合潛水員作業(yè)的淺水區(qū)，作業(yè)條件受海況及氣象條件影響，檢測時(shí)潛水員手持磁軛對檢測面進(jìn)行磁化，同時(shí)通過磁懸壺向檢測面施加磁懸液，并在紫光燈的照射下進(jìn)行檢測工作。

2.3.2 漏磁外檢測

漏磁外檢測器可以安裝在管道外部，不需要清管就可以進(jìn)行漏磁檢測，可以用于海底管道立管，并得到和陸地上檢測同樣的結(jié)果數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)質(zhì)量可以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，以避免重新檢測，嚴(yán)重缺陷可以同時(shí)得到標(biāo)記。其缺點(diǎn)在于該設(shè)備在對管道進(jìn)行外部檢測時(shí)，需要清除管道表面的防腐涂層。漏磁外檢測技術(shù)對管道輸送的介質(zhì)不敏感，適用于局部開挖管道的驗(yàn)證或立管檢測[14-15]。

2.3.3 超聲導(dǎo)波檢測

近年來，隨著超聲導(dǎo)波理論不斷發(fā)展，超聲導(dǎo)波技術(shù)已成功應(yīng)用于海底管道的缺陷檢測工作，并且取得了較好的效果，超聲導(dǎo)波具有雙向長距離探測的優(yōu)勢，安裝快捷高效，檢測結(jié)果準(zhǔn)確，適用于檢測長輸管道及一些難以接觸到的有腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的管道，可360°全方位采集數(shù)據(jù)。通過波形輸出、數(shù)據(jù)分析、報(bào)告上傳智能化監(jiān)測平臺(tái)，生產(chǎn)管理者以及時(shí)掌握管道目前的腐蝕狀態(tài)及發(fā)展趨勢，準(zhǔn)確判斷和決策，避免因?yàn)楦g問題導(dǎo)致的管道穿孔泄漏等嚴(yán)重問題，消除安全風(fēng)險(xiǎn)。

超聲導(dǎo)波檢測的主要特點(diǎn)包括以下幾方面：（1）可實(shí)現(xiàn)長距離快速100%檢測；（2）屬于非侵入式，無需改造管道；（3）可檢測帶保溫層的管道，除安放位置外，無需破壞保溫層；（4）可以檢測難以接近區(qū)段的管道；（5）可在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行在線監(jiān)檢測，數(shù)據(jù)可被完全記錄；（6）具備完整的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集及通訊系統(tǒng)[16]。

2.3.4 電磁超聲檢測

EMAT 可對各種鋼棒、鋼板及鋼管（包括無縫鋼管、石油套管、焊管等）等進(jìn)行手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)無損檢測，可實(shí)現(xiàn)非接觸在線自動(dòng)化超聲檢測，適用于壁厚異常的重要設(shè)施或者難于作業(yè)的空間內(nèi)設(shè)施（如立管、高空管線等）的長期監(jiān)測。

EMAT 的主要特點(diǎn)包括以下幾方面：（1）無需耦合劑；（2）表面狀態(tài)不敏感，對粗糙、銹蝕嚴(yán)重表面無需打磨處理；（3）可非接觸測量，可穿透涂層測量；（4）壁厚測量精度和分辨率高；（5）監(jiān)測周期可根據(jù)需求自定義；（6）壽命5 a 以上，免維護(hù)；（7）具有防爆設(shè)計(jì)，在油氣環(huán)境內(nèi)安全可靠；（8）鐵磁性材料只需要磁吸在被測樣品表面，順磁性材料需簡單機(jī)械固定，安裝便利。

2.3.5 交流電磁場檢測

ACFM 是一種新型的無損檢測和診斷技術(shù)，用于檢測金屬構(gòu)件表面和近表面的裂紋缺陷，可以測量裂紋的長度、計(jì)算裂紋深度，具有非接觸測量、受工件表面影響小的特點(diǎn)，該檢測技術(shù)在海上設(shè)施的水下無損檢測中應(yīng)用越來越廣泛。

ACFM 的特點(diǎn)主要包括以下幾方面：（1）可穿透涂層進(jìn)行檢測，不用破壞原有防腐涂層；（2）可準(zhǔn)確測量裂紋長度和深度；（3）對管道表面清潔度要求低；（4）檢測速度快、效率高，單條1 m 焊縫5 min 即可完成檢測，并可準(zhǔn)確判斷是否存在裂紋；（5）上位機(jī)軟件自動(dòng)成像，易于發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷；（6）ACFM 檢測結(jié)果已廣泛被ABS、BV、DNV 以及CCS 等船級(jí)社認(rèn)可。

3 結(jié)語

本文歸納總結(jié)了海底管道犧牲陽極、防腐涂層、水泥配重層以及立管外檢測內(nèi)容以及外檢測技術(shù)。目前海底管道檢測主要以管道內(nèi)檢測方式為主，由于海底管道埋藏于海床下導(dǎo)致海底管道外檢測技術(shù)運(yùn)用受到限制，在工程化應(yīng)用方面仍需進(jìn)一步開展相關(guān)研究工作。

（1）海底管道犧牲陽極以及防腐涂層常規(guī)檢測方法主要是VT 以及電位儀檢測，而電場梯度以及MTM 不僅適用于裸露的海底管道犧牲陽極以及防腐涂層檢測，而且也適用于埋設(shè)的海底管道犧牲陽極以及防腐涂層的外部檢測，有待加大推廣和應(yīng)用。

（2）水泥配重層的外部檢測主要是VT，其他檢測方法不適用。

（3）由于立管較為特殊，腐蝕較為嚴(yán)重，UWMT、漏磁外檢測、超聲導(dǎo)波、EMAT 以及ACFM在立管檢測應(yīng)用中較為普遍且成熟，可根據(jù)實(shí)際需求選用1 種或2 種檢測方法。

（4）隨著新技術(shù)不斷被引進(jìn)和研發(fā)，海底管道外檢測技術(shù)也將越來越豐富，根據(jù)外檢測內(nèi)容的實(shí)際需求，性能可靠操作簡便、效率高、成本較低以及自動(dòng)化程度高的外檢測技術(shù)將會(huì)成為首選，也將會(huì)是未來海底管道外檢測行業(yè)的研究重點(diǎn)。