海上平台保温管线腐蚀控制技术研究

吕广磊，武国营，单广斌，苑世宁，孙玉江，谢 哲

(1.中海油安全技术服务有限公司，天津塘沽 300270 2.中国石化青岛安全工程研究院，山东青岛 266071)

1 保温层下腐蚀研究概况

保温层下腐蚀(Corrosion Under Insulation，简称CUI)是指发生在包裹保温材料的管道或设备外表面上的一种腐蚀现象。石油化工行业中，由保温层下的腐蚀造成的损失巨大[1]，严重的腐蚀还会导致生产厂的设备出现故障和装置的非计划停车，危险有害因素的泄漏，还可能造成人身伤亡事故[2]。而在海洋环境下的管道保温层尤其是LNG管道，由于所处的腐蚀环境更加恶劣，腐蚀问题比较突出，其腐蚀安全直接关系到管线的安全运行[3]。

Bruce、吕晓亮等人[4,5]的研究表明，目前所使用的保温层下的设备或管道，随着时间的增加，发生CUI的概率也随之增加，现场的检测也发现，保温层内积聚的冷凝水还会促进设备或管道的腐蚀。Geary W.、Kane R.和Norsworthy R.[6-8]的研究表明，水是引起保温层下腐蚀的关键因素，而海洋环境条件下的腐蚀介质中所含的氯离子浓度更大，使得该环境下的腐蚀现象尤为突出。中国石化青岛安全工程研究院发明的保温层下涂层腐蚀模拟实验装置[9]，可针对具体的不同保温层和涂层进行模拟实验，模拟不同温度和湿度交替变化条件下的涂层腐蚀情况。姜莹洁等人[10]的研究表明，对保温层下20号钢腐蚀起主要作用的因素包括：腐蚀介质浓度、环境内氧含量和温度，但温度起主要作用，干湿交替环境下的腐蚀较冷热交替和恒温环境的腐蚀更为严重。

在预防保温层下腐蚀的研究方面，国内外主要集中在对保温材料的设计、选择及研制等方面[11,12]，还有带保温层缺陷的分析与检测[13,14]等领域。在不拆保温层的情况下对保温层下腐蚀的检测主要是采用脉冲涡流和X射线检测的方法[15,16]，但该方法检测的误差较大，对现场要求高等特点，无法满足现场的实际需求。

通过保温层下腐蚀检查，可以掌握设备、管线的腐蚀环境和外腐蚀情况，及时发现并处理腐蚀严重或存在安全隐患的设备、管道，最大限度的降低外腐蚀带来的风险；同时，对腐蚀规律进行综合分析，可以掌握保温层下腐蚀的趋势与动态，以判断腐蚀控制技术措施的实施效果，为下一步腐蚀管理与防腐蚀技术的选择提供支持。

2 腐蚀检测技术

目前海上平台采用X射线技术对保温管线下的腐蚀进行检测，但该技术的缺点为：精度相对较低、效率低、成本高、不适合密排管线等，所以在海上平台具有一定的局限性。

本文提出采用红外热像仪+γ射线对保温管线进行检测，即：先通过红外热像仪对保温管线进行粗检，根据温度场的分布情况，初步确定腐蚀危险等级，并对不可接收的风险点进行标记，然后采用伽玛射线检测仪器对标记好的位置进行精确的检测，根据检测结果评估保温管线的危险等级，进一步制定详细的解决方案。

2.1 红外热成像技术应用

红外热成像运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，并可以进一步计算出温度值。利用红外热像仪的这一原理，可以在不搭建脚手架的情况下对平台现场的保温管线进行扫描检测，从而快速发现腐蚀薄弱环节。见图1。

在利用红外热成像检测技术时对温度差有要求，温差越大效果越好，精度越高，而水是造成保温管线外腐蚀的主要原因，相比于干燥的保温层，其热量会保留更久一些，所以，推荐在日落后的2～3 h内对保温管线进行检测[17]。

图1 用红外热像仪初步判断保温层破损部位并标记

2.2 γ射线技术应用

γ射线检测是利用γ射线的穿透性和直线性来检测的方法。γ射线检测可用于各类保温层下腐蚀情况测厚及诊断分析。γ射线与照相底片结合可使底片感光，也可用特殊的接收器来接收。但被检测物质的密度对射线检测效果的影响比较大，当射线穿过密度较大的物体后射线的强度便会降低，利用照相底片所接受的感光量较小，利用仪器接受的信号就较弱，检测的精度随之也会降低[18]。见图2。

图2 保温管线伽玛射线检测

粗扫包覆管细扫内钢管检测过程分两步：第一步为粗扫，目的是确定包覆管及内钢管的位置分布情况；第二步为精确确认壁厚信息。其优点是检测过程不受温度的限制，精度可达0.2 mm，放射剂量小，安全距离小于1 m。

3 光纤在线监测技术

3.1 技术特点

分布式光纤测温系统不仅具有普通温度传感器的优点，还具有对光纤沿线各点温度的分布式监测能力，光纤既是传输信息的导体，又是分布式测温的传感器。它能够连续测量光纤沿线所在处的温度，最大测量距离超过20 km，每个连续测温分段和空间定位精度均达到400 mm的高分辨率，特别适用于需要大范围、连续式温度测量的场合。

3.2 工作原理

分布式光纤管道泄漏监测预警系统，是一套以分布式光纤测温系统为核心的自动“测控”系统，运用了现代光通信、光传感、自动测量及控制、计算机等高新技术以及相关的专用分析软件和通讯网络组成的实时在线监测体系，可对管道泄漏进行实时智能监测预警，真正实现预防为主、防患未然。系统采用先进的拉曼光时域光纤测温技术，其具有定位精确，测量精度高，测温精度不受光缆应力变形影响等特点。

分布式光纤测温系统是依据后向拉曼(Raman)散射效应：激光脉冲与光纤分子相互作用，发生散射，散射有多种，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动，它会产生一个比光源波长长的斯托克斯光(Stokes)和一个比光源波长短的反斯托克斯光(Anti-Stokes)，反斯托克斯光信号的强度与温度有关，斯托克斯光信号与温度无关。从光波导内任何一点的反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号强度的比例中，可以得到该点的温度。利用光时域反射技术(OTDR)通过光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些热点进行定位。利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量。见图3。

图3 分布式光纤测温原理

由于分布式光纤测温系统的测温元件和信号传输线全部为光纤，所以现场无需供电，不受电磁干扰和雷击损坏，本安防爆，性能可靠，使用寿命超过20年以上。

3.3 技术优势

与传统传感器相比较，该技术具有许多优势，主要包括：①连续分布式测量，实现实时监测；②抗电磁干扰，实现现场无电检测；③本征防雷，可抵抗高电压和高电流的冲击；④测量距离远，适于远程监控；⑤灵敏度高，测量精度高；⑥寿命长、成本低、系统简单。

4 腐蚀防护技术

本文提出采用光固化纤维增强复合片材替代原保温管线的铝皮，该材料的优点为：本身强度较大，可以避免因踩踏、撞击等造成的外保护层破坏，从而减少因外保护层破损导致的腐蚀；接缝处采用密封结构，很好的将保温层与外界隔离，从而避免因温差及湿度差造成的保温棉吸水及蒸汽造成的腐蚀。

4.1 光固化纤维增强复合片材

片材厚度≧0.8 mm，重量1.4 kg/m2，片材两面分别由上下两层透明塑料薄膜包覆，使用时下层(粘贴面)薄膜不揭下来，将片材连同上层薄膜直接粘贴、缠绕、包裹在待防护保温层上并压紧(可使用工具滚压)，也可预制成型后现场直接固定，方便、快捷。

4.2 片材施工

4.2.1片材缠绕

搭接时揭开上层薄膜，将片材搭接在一起，盖回揭开的上层薄膜并压紧(可使用工具滚压)，粘贴时注意不能直接踩踏在片材上，以免破坏片材，部分特殊区域，为了防止位移、提供张力而减少片材皱褶及固化收缩，建议采用透明胶带固定。搭接处截面圆弧平滑过渡，搭接宽度不得少于50 mm。尽量错开相邻段间搭接口，使其不在同一直线上，以防止多重搭接。

4.2.2片材固化

片材可在阳光或紫外灯照射下快速固化成型，固化时保留上层透明薄膜将使固化后片材表面更为光滑、坚硬、致密和美观。一般固化时间为5～20 min，也可通过不同程度的遮光措施延长固化时间。

室外施工时，需待阳光较弱或采取搭棚遮光方式，以免因固化太快，施工难以进行；在无阳光照射的场合处使用时，必须配备高压紫外灯或相应的短波长灯具。为了美观，可在固化前使用模具挤压或在片材固化后涂刷各种合适的色彩涂料。

多层片材粘贴可能会因厚度太大，紫外线难以穿透而造成底层片材固化不良，建议适当延长固化时间。使用飞利浦HPA-400S灯组固化时，照射距离约20～40 cm，单层片材区域固化时间约5～10 min，双层区域固化15～20 min，三层区域固化25～30 min，并适当缩短照射距离，四层或以上(包括多层搭接处)须分层固化。

4.2.3分段施工/防护层补口

分段施工或管道补口时，为防止上一段片材因已固化而导致与下一段片材搭接不良或致密性不足，可于上一段片材的末端用镀铝薄膜或黑色胶带等不透光材质遮盖，以防止其固化，待下一段片材施工时再揭开。

4.2.4施工条件

a)温度5～40 ℃，且基材表面温度高于露点3 ℃以上，相对湿度85%以下。

b)潮湿表面、返潮天气、大风天、现场灰尘过大时禁止涂装作业。

c)良好的通风、照明、配电及安全防护条件，严禁烟火。

5 结论

红外热像技术+γ射线测厚技术是一种新型保温层下腐蚀不拆保温检测的组合技术，较其他不拆保温检测技术具有精度高、安全性高等优点，可广泛应用于不同温度、不同直径范围内管道的检测，对于现场包覆层工艺管道的腐蚀管理、降低包覆层工艺管道的风险及检维修费用和提供维修决策至关重要；光纤在线监测技术可很好的对保温管线下腐蚀进行监测，掌握其腐蚀规律；光固化纤维增强复合片材具有强度大、耐撞击、踩踏等优点，可替代原外防护层。