埋地油气管道防腐层检测与评价.pdf

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1、第 4 2 卷第 7期 2 0 1 3年 7月 当 代 化 工 C o n t e m p o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 4 2N O 7 J u l y，2 0 1 3 埋地油气管道防腐层检测与评价 李 明，王晓霖 ( 中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 ) 摘 要： 埋地油气管道在施工及运行过程中，外防腐层不可避免会产生各种缺陷。为了保证油气管道安 全稳定运行，必须定期对管道实施外检测以及时发现缺陷并加以安全评价。首先对埋地油气管道外防腐层缺陷 检测内容进行了介绍，进一步分析了各种检测技术的工作原理

2、及优缺点、防腐层分级评价和外腐蚀直接评价， 最后阐述了外腐蚀检测的应用及存在的问题 、相关技术标准以及发展趋势。指出应该不断发展完善现有管道防 腐层检测技术，建立相应的分级评价体系，同时充分利用挖掘各类检测数据，深入拓展各种评价标准，建立适 合国情的外腐蚀检测方法与评价体系。 关键词：管道；防腐层缺陷；检测技术 ；评价 中图分类号：T E 9 7 3 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 3 )0 7 0 9 8 0 0 4 De t e c t i ng Te c h no l o g y a nd As s e s s me n t o f Un de

3、 r g r o und Oi l - Ga s Pi pe l i n e Co a t i n g De f i c i e n c y L1M i n g， WANG Xi a o- Li n ( S i n o p e cF u s h u nRe s e a r c hI n s t i t u t e o f P e t r o l e u m a n dP e t r o c h e mi c a l s ， Li a o n i n gF u s h u n 1 1 3 0 0 1 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Us u a l l y t h e e

4、 x t e r n a l c o a t i n g o f u n d e r g r o u n d o i l - g a s p i p e l i n e wo u l d b e d a ma g e d i n t h e c o n s tr u c t i o n a n d o p e r a t i o n I t i s v e r y n e c e s s a r y t o d e t e c t a n d a s s e s s the e x t e rna l c o a t i n g b y v a r i o u s me t h o d s t

5、 o e n s u r e s e c u r i t y a n d s t a b i l i ty o f t h e p i p e l i n e s I n t h i s p a p e r , d e t e c t i o n c o n t e n t s o f t h e e x t e rna l c o a t i n g d e fi c i e n c y we r e i n t r o d u c e d ， p r i n c i p l e a n d c h a r a c t e ris t i c s o f v a r i o u s me t

6、 h o d s we r e a n a l y z e d a s we l l a s g r a d i n g e v a l u a t i o n an d d i r e c t a s s e s s me n t o f the e x t e rna l c o r r o s i o n ，a p p l i c a t i o n a n d e x i s t i n g p r o b l e ms o f t h e e x t e rna l d e t e c t i n g t e c h n o l o g y we r e d i s c u s s

7、e d a s we l l a s r e l e v ant t e c h n o l o gy s t and a r d and d e v e l o p me n t tre n d I t s p o i n t e d o u t t h a t t h e e x i s t i n g d e t e c t i n g t e c h n o l o gy s h o u l d b e i mp r o v e d a n d the gra d i n g e v a l u a t i o n s y s t e m s h o u l d b e c o n s

8、 t r u c t e d ； t h e s u i t a b l e d e t e c t i n g t e c h n o l o gy an d a s s e s s me n t s y s t e m o f t h e e x t e rna l c o a t i n g s h o u l d b e e s t a b l i s h e d K e y wo r d s ： P i p e l i n e ； Co a t i n g d e fi c i e n c y ； De t e c t i n g t e c hn o l o gy ； As s e

9、 s s me n t 管道输运是现代工业和国民经济的命脉。腐蚀 会引起管道失效，目 前国内普遍采用防腐层与阴极 保护相结合的方法对埋地管道进行腐蚀控制。作为 致密的高绝缘体，防腐层对埋地管道的正常运行非 常重要，它可以隔离管体与腐蚀介质，同时其质量 状态严重影响阴极保护效果。防腐层在管道下沟回 填时可能遭受到土石块 的损伤形成漏点 ，运行之后 会受到周围环境的侵蚀 。因此 ，为了确保油气管线 安全平稳运行 ，必须定期采用一定的检测手段对埋 地长输管道防腐层及阴极保护有效性进行检测，准 确评价防腐层及阴极保护状态，进而采取必要措施 保证管道的完整性。 1 埋地油气管道外防腐层检测内容 外防腐层

10、是对管道实施腐蚀防护的第一道屏 障，也是最重要的防护措施。外防腐层把管道本体 金属与周围腐蚀环境隔离开来，同时也提供了必要 的管道阴极保护绝缘条件。通常， 管道外防腐层都 采用地面间接检测及开挖直接检测的方式实施缺陷 检测，目 前使用较成熟的检测方法大多都采用管道 上方地面间接测量实施 n 。地面间接检测外防腐层 通常包括如下内容：检测外防腐层质量，确定外防 腐层缺陷的分布和数量以及缺陷位置和严重程度， 确认缺陷点位置的管道是否已发生或可能发生腐 蚀；评价腐蚀环境条件，对特殊管道进行防腐层平 均绝缘性能测试， 评价防腐层完整性。开挖检测是 把管道挖开直接观察，同时采用无损检测方法测量 管体腐蚀

11、状况。开挖检测直接可靠 ，可得到缺陷分 布与形貌、腐蚀产物及土壤环境等丰富信息， 但其 需要探坑挖填，工程量大且耗资多，一般是在地面 检测寻找的防腐层破损点中选择开挖点。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 6 0 8 作者简介 ： 李明 ( 1 9 8 2 一) ，男，新疆 昌吉人，工程师，博士，2 0 1 2年毕业于中国石油大学 ( 华东)材料学专业，研究方向：金属腐蚀检测与防 护。E - m a i l ：u p c l m m l 2 6 c o m，电话：0 2 4 5 6 3 8 9 8 6 5 。 第 4 2卷第7期 李 明： 埋地油气管道防腐层检测与评价 9 8 1 2 埋

12、地管道防腐层缺陷检测技术 理的 测 试方 法主 要有 皮尔 逊( P e a r s o n ) 法。 2 。 1 交流电流衰减法 交流 电流衰减法 ( A C C A)是对测量管道施加 一个交流电流信号，当管道外防腐层质量良好，交 流电流信号将按恒定衰减率在管道中衰减。如果外 防腐层存在破损点，信号电流将从缺陷破损处大量 流出，使得管道中电流信号的衰减率突然增大。通 过检测管道中电流信号衰减率的变化，可以确定防 腐层破损点位置并定量测量防腐层绝缘电阻值大 小，从而确定外防腐层质量状况和缺陷严重程度。 目 前应用较多的交流电流衰减法检测设备为多频管 中电流测绘系统 ( P C M o 交流电流

13、衰减法可以检测管道的准确埋地位 置和埋深、管道分支、其他金属搭接和较大的防腐 层缺陷等，从而整体评估管道防腐层状况及阴极保 护有效性口 。但该方法只能检测管道外防腐层状况， 对防腐层缺陷点精确定位存在局限性 ，且难以确定 面积较小的缺陷；当管道穿孑 L 过多或设施过多时检 测误差较大，无法对强电干扰区管段实施检测 。 2 2变频选频法 变频选频法是国内技术人员提出的一种通过测 量计算管道防腐层绝缘电阻率来评价防腐层质量的 地面检测方法， 其主要基于经典交频信号传输理论。 管道防腐层电阻率定义为单位面积涂层与远方大地 之间的电阻，其值越大外防腐层质量越好。使用变 频选频法实施检测时， 需要测量发

14、送电流信号频率、 信号衰减量等参数，同时结合管道外防腐层材料介 电常数、管道几何数据、土壤电阻率等计算信号在 管道中的传播系数间接得到外防腐层绝缘电阻。 变频选频法应用广泛，适用于各种材质的管道 外防腐层测量评价，同时管段未测部分对测量段无 影响。该方法缺点主要为对不同管段采用不同频率 测量时不具备可比性；由于使用该方法只能得到测 量段管道防腐层绝缘电阻的平均值，无法确定破损 点位置 ，同时杂散电流干扰对测量结果影响较 。 2 3 交流电位梯度法 交流 电位梯度法 ( A C V G)是 向管道施加一个 交流信号，当防腐层出现缺陷点时，通过缺陷破损 点流向大地的交流电流会在缺陷点周围土壤中产生

15、 一个电位梯度场，通过地面设备测量这一交流电位 梯度的分布，从而可以确定防腐层缺陷。测试时， 向管道发送一种特定频率的交流信号，同时沿管线 测量与地面典型接触 的两个移动 电极之间的电位差 即可确定防腐层破损点的位置和大小。基于这一原 交流电位梯度技术具有较高的灵敏度 ，检测速 度较快，对防腐层缺陷定位偏差较小，同时不受管 道 阴极保护系统影响。通过该方法还可确定管线金 属搭接点、路由和埋深。缺点主要是无法评判防腐 层整体优劣，无法确定是否存在防腐层剥离，特殊 地段如水泥和沥青地面存在 “ 接地难”问题。 2 4 直流电位梯度法 直流电位梯度法 ( D C V G)是 目前国内外较先 进、使用

16、较多的埋地管道防腐层缺陷检测技术。该 检测技术原理类似于交流电位梯度法，只是采用的 电流信号为管道自身的阴极保护电流。当阴极保护 电流流经管道防腐层缺陷破损点时，破损点面积越 大 ，形成的直流电位梯度也越大越集 中。通过地面 施加两参比电极测量电位差，确定参比电极极性、 I R的大小和地表电场的分布即可确定防腐层缺陷 点位置、电流方向、防腐层缺陷面积大小、缺陷的 形状及缺陷所处管体的位置。通常，D C V G检测技 术采用不对称直流间断电压信号来排除其他电源的 干扰。 D C V G技术具有以下优点：( 1 ) 定位精度高； ( 2 ) 可测量计算破损面积大小和破损点形状；( 3 ) 确定缺陷

17、点管道本体是否发生腐蚀； ( 4 ) 不易受管 道上方电网干扰，受地貌影响小；( 5 ) 对多数土质 条件不受杂散电流影响；( 6 ) 可对缺陷点近似排序 以确定修护次序； ( 7 ) 可通过I R判定缺陷的严重 程度。该方法可以发现较小的防腐层缺陷，但需要 有足够大的阴极保护电流保证测量的灵敏度；同时 该方法不能直接给出破损点处的管地电位，无法指 示防腐层剥离。 2 5 密间隔电位法 密间隔电位法 ( C I P S) 是对标准管地 电位 ( P S) 测试法 的一种改进 ，是 国外评价阴极保护系统有效 性 的首选标准方法之一f4 。采用密间隔电位法检测 ， 首先需要对被测管段的阴保系统安装

18、电流同步中断 器。通有阴极保护电流的管道，如果外防腐层存在 破损点，阴保电流密度将会增大，同时保护电位向 正偏移。 通过在管段地表沿管道以较小的等间距( 一 般 1 3 m)测量管地通 断电位 ，可以得到管道电位 变化曲线，进而了解管道的阴保电位情况来评价阴 极保护系统， 并判断管道外防腐层上是否存在缺陷， 指出缺陷的位置、尺寸大小。密间隔电位法在使用 中易受到杂散电流、土壤变化等干扰因素影响而产 生较大误差，同时对防腐层缺陷分析需要较丰富的 操作经验。 9 8 2 当 代 化 工 2 0 1 3 年 7 月 2 6电流 一 电位法 电流一 电位法基于对埋地管道外防腐层的电阻 率进行测量计算，

19、进而通过其平均绝缘性能来评价 防腐层优劣 。其测量接线有两种方式 ，分别是利 用阴极保护电流法测试接线和临时外加电流法测试 接线。对于牺牲阳极保护管段和两保护站电流交汇 点 1 k m内的管段 ， 采用临时外加电流法测量。测量 原理是： 用直流电位差计测量管道的电位差，利用 欧姆定律原理计算该处电流值，再计算出管道两点 间的电流漏失值 ， 根据管道两点间的电压差，计算 出管道防腐层的绝缘电阻值。 2 - 7 电化学检测法 目前如何检测防腐层剥离是一个热点问题，国 内外都开展了广泛研究，主要的研究手段是电化学 阻抗谱 ( E I S o电化学阻抗谱技术是通过测量不同 频率交流信号下外防腐层的阻抗

20、值和电容值，利用 电容值计算防腐层吸水深度，通过电阻值判定防腐 层的绝缘性能，进一步由管体金属的电化学腐蚀电 荷传递电阻估计腐蚀速度来判别防腐层缺陷的情况 6 1。E I S 技术操作简单， 可检测出涂层的剥离，是一 种很有发展前景的检测技术 。目前对 E I S技术用于 剥离的研究还仅限于实验室阶段，实际检测应用还 有待进一步研究 。 2 8 防腐层检测方法的结合使用 防腐层检测方法各有其优缺点和适用场合。外 检测具体实施时，通常结合使用两种或多种检测方 法以避免单一方法的局限性，如 目 前普遍采用的 D C V G与 C I P S 结合的方法 】。 D C V G和 C I P S 综合

21、检 测是国外这些年十分推崇的一种新的管道腐蚀检测 技术。该技术将 D C V G和 C I P S 二者优点综合应用： D C V G 主要通过检测管道地面的电压梯度变化判断 管道防腐层缺陷， C I P S 通过电位测量确定管道阴极 保护效果和防护层优劣。由于该技术处理的是与腐 蚀机理有直接关 系的数据 ，因而还可为研究腐蚀机 理提供很有价值的资料。其他较多使用的还有如 P C M结合 AC V G原理的 A字架检测方法等。 3 防腐层分级评价 随着社会化、专业化的发展，对埋地油气管道 外防腐层进行分级评价凸显重要。规范化的管道外 防腐层分级评价，可以使检测结论具有可比性，形 成统一的管道腐

22、蚀综合评价方法，同时可以按级别 确定相应的安全运行修护策略。国内油气管道企业 早期通常采用石油沥青、环氧煤沥青、煤焦油等作 为外防腐层 ，目前 国内逐渐采用无溶剂环氧 、聚乙 ( 丙 ) 烯胶粘带或其复合结构及 3 P E涂层等， 但分 级评价只有石油天然气总公司制订的针对石油沥青 涂层的行业标准 s Y 1 r 5 9 1 8 9 4 。 显然，目 前的标准 具有较大局限性 、部分指标过时、缺乏新的涂层评 价指标 ，不能满足现代检验管理的需要 。埋地油 气管道防腐层质量分级评价是为了将其与管道安全 运行联系起来，使外腐蚀检测数据更好的指导管道 运行管理，因此有必要建立常用检测方法的测试参 数

23、与管道外防腐层安全质量状况的真实对应关系， 这也是 目 前外防腐层检测评价的重要发展方向。 4 外腐蚀直接评价 外腐蚀直接评价 ( E C D A)是遵照规范化标准 程序， 采用各种外腐蚀检测方法来获取管道外腐蚀、 环境和腐蚀防护系统的多方面信息，在综合分析的 基础上对管道外腐蚀系统状况及其影响进行系统全 面的评价。E C D A的规范化管道外腐蚀检测评价系 统包含四个过程：预评价、间接检测、直接检查以 及后评价。 目前，E C D A系统在管道外腐蚀检测与评价中 应用广泛。国外管道运营公司采用 E C D A系统对管 道进行检测评价，并通过现场开挖等手段来验证其 有效性。 近年来又出现地理信

24、息系统( G I S ) 与 E C D A 系统结合应用 。国内油气管道企业 E C D A技术系 统起步相对较晚，目前尽管已有数条油气长输管道 进行 了 E C D A检测与评价 ，在 E C D A检测系统结构 化方面取得了一些进步， 但在检测方法的综合运用、 数据 的深入分析使用等方面尚与国外有一定差距。 5 外腐蚀检测评价技术标准 目 前，国内外已形成了一系列防腐层检测评价 技术标准。检测技术方面，国外具有代表性的标准 主 要 有 美 国腐 蚀 工 程 师 协 会 标 准N A C E T M 0 1 0 2 -2 0 0 2 S t a n d a r d T e s t M e

25、t h o d M e a s u r e m e n t o f Pr o t e c t i v e Co a t i n g El e c t r i c a l Co nd u c t a n c e o n U n d e r g r o u n d P i p e li n e s 、 N A C E S P 0 2 0 7 -2 0 0 7 ( P e r f o r m i n g C l o s e - I n t e r v a l P o t e n t i al S u r v e y s a n d D C S u r f a c e P o t e n t i al

26、 Gr a d i e n t S u rve y s o n B u r i e d o r S u b m e r g e d M e t a l l i c P i p e l i n e s、 N A C E T M 0 1 0 9 -2 0 0 9( A b o v e g r o u n d S u rv e y T e c h n iq u e s f o r t h e E v al u a t io n o f U n d e r gr o u n d P i p e l in e C o a t i n g C o n d i t io n ) 等。国内在检测技术标准方面主

27、要有国标 G B T 2 1 2 4 6 -2 0 0 7 埋地钢质管道阴极保护参数测量方 法 。 评价标准方面国外标准主要有美国腐蚀工程师 协会标准 N A C E R P 0 5 0 2 -2 0 0 2 P i p e l i n e E x t e rn a l C o r r o s i o n D i r e c t A s s e s s me n t Me t h o d o l o g y 。国内吸收 该标准并进行一定修改 ，推 出行业标准 S Y T 0 0 8 7 1 2 0 0 6 埋地钢质管道及储罐腐蚀评价标准 第 4 2卷第 7期 李 明： 埋地油气管道防腐层检测与

28、评价 9 8 3 一埋地钢质管道外腐蚀直接评价 。 近年， N A C E R P 0 5 0 2 标准又经过多次修订， 并将推荐做法升级为标 准做法，形成其最新版标准 N A C E S P 0 5 0 2 -2 0 1 0 。 6 外腐蚀检测应用及存在的问题 自 上世纪八十年代， 国内任京、花格、 秦京、 鲁 宁等多条油气管线开始实施埋地管道外防腐层缺陷 检测 ，并对检测结果给予开挖验证 。尽管检测结果 在缺陷的精确定位、大修排序优化等诸多方面与国 外存在较大差距，但对国内埋地油气管道外防腐层 的总体评价仍然起到了很大的指导作用。 目前虽然有多种可以现场实施的管道外防腐层 检测技术，但都有

29、其不足之处，特别是没有一种技 术能现场检测防腐层剥离。同时尽管 目 前的管道外 检测技术具有较高的普适性， 但对一些特定场合的 管道由于存在各种制约因素仍然难以实施外腐蚀检 测或实施效果不佳， 如水平定向钻穿越管段， 由于地 理因素和技术条件限制，无法实施外腐蚀检测，同 时也无法开挖直接检查和补强修护。 对存在直 ( 交 ) 流干扰管段 ， 对 目前各类基于电磁技术 的间接检测 方法均有较强的干扰，降低了检测精度，更严重者 甚至无法实施检测。 此外对防腐层剥离管段 由于存 在防腐层剥离屏蔽效应， 大部分间接检测手段都无 法实施。 随着外腐蚀检测技术的不断发展，这些外检 测技术应用中出现的特殊问

30、题需要给予重点解决。 7 外腐蚀检测评价发展 近年来， 我国油气管道建设高速发展， 在役管线 里程迅猛增加，管道腐蚀防护系统的检测评价对管 道的安全稳定运行也更趋重要 。油气管道相关技术 的进步和管道沿线环境的复杂化，都对管道外检测 提出更高的要求。与此同时，管道外检测技术也不 断发展 ，从单一手段 、单一内容的检测发展到多手 段综合应用、多内容综合评价的科学检测系统。同 时， 随着相关技术的进步，外检测技术未来发展将趋 于反应更灵敏、定位更精确 、抗干扰更强、操作更 便捷 、判别更直观 。评价技术方面将深入处理和 分析检测数据以得到更多检测信息。此外，综合运 用外检测技术与其他检测技术 ，在

31、检测评价的管理 中应用数据库和 G I S 等信息技术，将有效提高外检 测工作的效率和信息化水平。 8 结束语 随着我国管道事业的高速发展，埋地油气管道 外腐蚀防护体系的检测评价凸显重要。鉴于管道外 腐蚀检测的复杂性和必要性，研究埋地油气管道防 腐层缺陷检测技术及评价方法，精确高效地测评管 道防腐层状况具有重要意义。国内检测企业应加强 学习国外先进技术与经验 ，不断完善 发展现有外腐 蚀检测技术 ，充分利用挖掘各类数据 ，深人拓展各 种评价标准 ，研究建立适合 中国国情并与国际接轨 的外腐蚀检测方法与评价体系。 参考文献： 1 陈世利埋地管道防腐层缺陷检测与评价技术研究 D 】 天津 ：天 津

32、大学 ，2 0 0 6 2 陈敬和，何悟忠，郭欣莘埋地长输管道外检测技术现状及发展 方向f J 】 管道技术与设备，2 0 1 1 ( 4 ) ：1 - 1 1 3 张慧敏，潘家祯 ，孙 占梅现有埋地管道腐蚀检测方法 比较 J 】 上海应用技术学院学报 ，2 0 0 4 ，4( 2 ) ：1 0 4 1 1 0 4 N A C E P e r f o r mi n g C l o s e I n t e r v a l P o t e n t i al S u r v e y s a n d D C S u r f a c e P o t e n t i a l Gr a d i e n t

33、S u rve y s o n B u r i e d o r S u b me r g e d Me t all i c P i p e l i n e s ： S P 0 2 0 7 -2 0 0 7 P 5 S Y T 5 9 1 8 -2 0 0 4埋地钢质管道外防腐层修复技术规范 s 6 黄昌碧 ，陈晖，宋根才 ，等 管道防腐层检测技术现状及发展们 石油仪器 ，2 0 0 3 ， 1 7 ( 5 ) ：5 - 7 7 顾宝珊，李渡 ，汪兵 ，等地下管道防护层缺陷检测新技术研究 J _石油化工腐蚀与防护 ，2 0 0 4 ，2 1 ( 2 ) ：1 0 1 2 8何仁洋，张洪泉 ，王力

34、，等埋地钢质管道外防腐层安全质量分 级评价方法研究 J 化工设备与管道，2 0 0 4，1 ( 4 1 ) ：2 2 2 4 9 吴燕 油气管道腐蚀直接评价方法研究 D 】 成都 ：西南石油大学 ， 2 o o 6 1 O 孙冬柏，张秀丽 ， 李辉勤 ， 等长输管道防护层缺陷及检测技术 叫石油化工腐蚀与防护，1 9 9 8 ， 1 5 ( 3 ) ：5 0 5 3 中国炭黑业增速快 集中度低 炭黑是橡胶工业第二大原料，近 7 0 的产量用于轮胎生产 ，因此，轮胎行业景气度将决定炭黑需求。过去 1 0年，中国 炭黑行业经历 了高速发展的时期，2 0 0 3 2 0 1 2年，中国炭黑年产量从 1 0 1 万吨增长至约 3 8 0万吨， 年均增速为 1 5 6 。同时， 国内炭黑产能也大幅增加，截至 2 0 1 2年底 ，全国炭黑产能约 5 5 0 万吨，约占全球总产能的 3 8 。总体上看，炭黑工业产品 质量趋于稳定 ，原料油消耗有明显降低，炭黑尾气变为企业增加效益的重要手段。 但受供应量限制和市场需求量攀升的影响，炭黑原料油煤焦油销售价格持续高位运行，炭黑产品销售价格因供应量过 剩而受市场打压，低位运行 ，企业盈利能力不足，生产能力过剩，新产品科技研发积极性不高，进展缓慢。