浅谈压力管道系统腐蚀防护技术

2020-05-06李俊

中国新技术新产品 2020年5期

李俊

（曲靖市质量技术监督综合检测中心，云南曲靖 655000）

0 引言

压力管道广泛应用于石油化工、城镇燃气、油气田开发和油气输送等领域，根据国家市场监督管理总局的统计数量显示，截至2019年，我国的压力管道数量已接近50 万km。在油气运输领域，压力管道是油气运输的主动脉，它给运输带来了方便，同时也存在一定的风险，因为一旦发生泄漏或爆炸，会发生火灾或中毒等灾害，可能造成人员伤亡、财产损失和环境污染等灾难性后果。有关研究已表明，腐蚀是造成压力管道系统失效的关键因素[1]。压力管道系统在长期服役过程中，受到运输介质和外部环境的共同腐蚀作用，容易使管道系统产生危害安全运行的管子穿孔或破裂等缺陷，由此引申的泄漏、燃烧、爆炸事故，给国家和人民带来巨大生命财产损失。因此探讨腐蚀机理，对压力管道系统进行有针对性的防护和安全评估，对于保障其安全运行，延长使用寿命具有重要意义。

1 压力管道系统的腐蚀破坏的类型

在GB/T 30579《承压设备损伤模式识别》国家推荐性标准中，有大篇幅对腐蚀减薄的描述，将腐蚀减薄分列成了25 个类型，根据盛装介质的不同，压力管道系统存在的腐蚀可能是其中一种或多种的结合。压力管道系统的腐蚀，是指管体材料在运行过程中，在运输介质、管道压力和外部环境的共同作用下，发生壁厚减薄、材质劣化、力学性能变化等现象而使管道的承载能力下降而造成的破坏。腐蚀按照破坏形式分为全面腐蚀（均匀腐蚀）和局部腐蚀[2]。

全面腐蚀是指金属管道的内部或外部的较大面积上产生基本相同的腐蚀类型，其中管道的内部遭受运输介质的腐蚀，外部则遭受大气或者土壤等的腐蚀，全面腐蚀会降低压力管道系统的强度和稳定性。

局部腐蚀是指在压力管道系统的某一管段的某一部位，主要包括缝隙腐蚀、浓差电池腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和氢腐蚀等，其外观表现形式有点状、坑和沟槽等，如图1 所示。局部缺陷可能导致管道系统局部穿孔泄露，因此其危险性较大，具有复杂性、集中性和突发性特点。例如孔蚀（点腐蚀），呈现斑点状、溃疡状，腐蚀集中于金属表面的很小范围，但是深度可能较大并向内部扩展，严重时造成管壁穿孔，如图2 所示。

根据腐蚀机理来划分压力管道的腐蚀，可以分为2种，即电化学腐蚀与化学腐蚀。前者指的是金属与电解质组成2 个电极，组成腐蚀原电池，并产生电化学反应，对管道产生腐蚀，具体包括电解质腐蚀与原电池腐蚀2 种。化学腐蚀指的是金属与介质在化学反应的作用下产生的腐蚀，对于单纯的化学腐蚀而言，并不具备形成微电池的条件。

图1 压力管道局部腐蚀

图2 腐蚀减薄破裂

2 压力管道系统的腐蚀防护技术

了解了腐蚀类型和机理，采用有针对性的防护措施，就能够减缓或者防止管道腐蚀的发生。对于金属管道的腐蚀防护，国内外已经形成纯熟的防腐技术，对于管道外壁的防护主要是从材质选取和合理设计、环境介质的控制，涂覆保护层和电化学保护等方面进行；而对于管道内壁的防护，主要是从管材的选择、添加缓蚀剂，内表面镀层和增加内衬里等方面进行。

由于管道设计选材、施工质量、复杂的地下环境、运行年限、第三方破坏等问题的客观存在，可能会造成管道的腐蚀防护系统失效。对于油气储运中最常见的架空管道和埋地管道，由于工作环境不同，其防腐细节也不尽相同[2]。架空管道外腐蚀主要是大气中的环境腐蚀，选择满足适合环境的防腐漆可以较好地满足防腐要求。而埋地管道所处的环境更为复杂，多采用防腐层和阴极保护联合保护的方法。其管体的腐蚀程度不但和外防腐层的质量相关，而且与阴极保护的运行参数及管子所处的土壤腐蚀环境密切相关。由于其长期埋置于地下，除了需要承受各种偶发的自然灾害的侵袭，还需时刻承受周围土壤的腐蚀作用。因此，埋地管道的外腐蚀防护特别重要，科学合理地选择外防腐材料，严格控制防腐覆盖层的质量标准，将决定管道的运行安全和使用寿命。

管道的选材、设计、安装及运行管理维护等环节严格执行国家标准相关规定，能有效地预防腐蚀的发生，在具体实施时，可以采取以下技术措施。1）管道设计时选择与所输送介质相匹配的材料，重点关注其抗腐蚀性。2）管道内外选择适宜的防腐层材料，且防腐层应当均匀和致密地涂覆在管道金属表面上，对于埋地管道，还要选用有效的阴极保护系统。3）加强施工过程的管控，避免管道因施工质量问题而导致诱发腐蚀发生的因素存在。4）定期监测输送介质中的腐蚀介质含量，如果上升则应采取措施降低其含量或加入缓蚀剂。

3 管道防腐蚀运行管理技术

在管道运行过程中，对其进行防护管理非常重要，有效的防护管理能够减缓腐蚀速度、减少或避免腐蚀的发生，还可以延长管道的使用寿命。因此，使用单位建立良好的运行防护体系是达到预期防腐效果的基本保证。随着人们对防护认识的提高，在防护策略上已从加强电化学保护、防腐层检漏与修补、腐蚀状态调查等经常性基础工作的基础上，逐步向按管段腐蚀与防护态势的分级管理、腐蚀事故预测、寿命预测、评估等更深层次方向发展。

笔者根据多年的管道系统运行防腐经验，认为从以下4 个方面着手可以达到较好的防护效果[3]。1）制度措施。使用单位应建立压力管道系统安全管理制度，采取各种安全技术措施，提高对腐蚀与防护的重视，定期对管道自行检查、检测、维修和巡护。制度应规定日常巡查应详细记录与防护密切相关的外防腐漆或防腐层破损、剥离程度，阴极保护参数是否适宜等关键信息。2）按照特种设备安全法和压力管道安全技术规范的要求定期开展年度检查和定期检验。其中，定期检验应根据检验有效期及时向有资质的检验机构申报，对检验人员提出的与防腐相关的问题，应及时采取整改措施；年度检查可以由使用单位自己进行，也可以委托有资质的检验机构进行，但必须把防腐。3）开展管道完整性管理工作。对管道系统的危险源进行识别，采取风险管控措施，将风险控制在合理可接受的范围内，实现安全、可靠、经济地运行管理的目的。4）开展管道安全现状评价。

4 管道腐蚀防护系统安全现状评价技术

安全现状评价由安全评价资质机构进行。主要是通过收集对在用压力管道系统原始资料，包括运行、监测、检测数据等主要资料以及管道沿线地区的自然环境、水文及地质资料、社会环境等，遵循安全现状评价导则要求，进行现场勘查等系列工作。通过对在役运行管道进行安全现状评价，对管道系统状况特别是腐蚀防护系统有全面了解，对存在的腐蚀缺陷或易导致腐蚀产生等危险、有害因素进行辨识与分析，判断发生事故的可能性及其严重程度，提出降低或控制风险的安全对策措施。

管道腐蚀防护系统安全现状评价主要包括8 个方面。1）管道本体质量状况。如管道设计是否符合相关标准规定；防腐措施是否满足要求；管道元件是否有质量证明书等；施工质量保证控制措施，施工完成后管道防腐层的完整性和阴极保护有效性验收情况。2）管道运行安全管理方面。如安全生产管理组织机构情况；操作人员进行安全教育和培训情况；安全技术操作规程和巡检制度、定期检查制度、维护保养规程的执行情况；是否进行风险辨识和隐患排查治理等。3）日常检查。如是否进行定期巡检、是否有岗位巡检管控措施，是否对易发生腐蚀部位进行重点检查和及时监测，管道防腐防护系统健全完善情况，年度检查时是否进行了壁厚测定等。4）安全防护措施。是否设有警示标识；介质泄漏监测系统等自控系统设置及运行情况；腐蚀监控措施等。5）社会环境。管道沿线周边环境条件与设计时是否有变化等。6）第三方施工作业安全管理情况。7）自然及地质灾害的安全防范措施。8）实施定期检验检测情况。

通过安全评价，管道运营单位进一步客观、准确、全面了解压力管道系统使用性能状态，找出问题，并对危害程度作出判断，针对问题制定防范措施和管理决策，减少事故造成危害和损失，确保管道安全运行。