海洋平台立管腐蚀治理方法研究与应用

郑 露 安 平 韩 羽 王文成

（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300450）

0 引言

在气液运输中，管道作为最广泛的运输方式，具有运行成本低、安全系数高等优点。目前，渤海湾已铺设近3000公里的海底油气管道，但由于管道大都埋于地下、置于海水中或暴露在海面上，其运行环境恶劣，会受到输送介质、土壤、海水以及杂散电流的腐蚀，导致管壁变薄，甚至穿孔泄漏，最终使管道失效，这不仅造成了巨大的经济损失和资源浪费，同时，泄漏物还会造成环境污染。随着海底管道服役时间增长，其损坏事故逐年增多，许多管道逐步进入中后期服役阶段，部分管道已经进入延期服役阶段，管道腐蚀增大了管道失效的风险。因此，开展海底管道腐蚀隐患治理，掌握海底管道运行状况和安全状态，成为海上油气生产的重要保障措施，是海底管道运营维护阶段完整性管理的重要组成部分。根据目前对渤海区域海底管道维修记录统计，管道维修大部分位于干湿交替的立管段位置，主要是因腐蚀引起的。

1 立管腐蚀隐患治理的必要性

立管部分管体结构处于干湿交替的飞溅区，腐蚀环境非常恶劣，外腐蚀尤其严重，已造成多起穿孔泄漏问题，是海管腐蚀重点关注位置，立管位置示意图如图1所示。

图1 立管位置示意图

根据已完成的排查数据，发现部分海管在悬挂法兰至收发球筒之间的管段存在不同程度的腐蚀缺陷，腐蚀会使管道表面受到破坏，使其强度和耐用性降低，甚至导致出现裂缝和漏点，从而引起严重的安全事故，为了保证在运行海管的安全生产，结合立管的腐蚀现状，开展海管立管腐蚀治理应用研究是非常必要的。

2 立管腐蚀原因分析

管道腐蚀指的是管道的内壁或外壁长期受到介质的化学、电化学作用而产生的损坏现象。立管腐蚀分为内腐蚀、外腐蚀，内腐蚀主要是由管道输送介质造成的腐蚀，外腐蚀主要是由于外部环境引起的。海上平台立管主要是用来输送水、天然气、油等，输送不同介质腐蚀机理不同。

2.1 立管内腐蚀机理分析

输水管道腐蚀主要是由水中的腐蚀介质引起的，水本身是电解质，在管道内表面属性有差异的部位形成电极，从而形成电化学腐蚀。电化学腐蚀是输水管道腐蚀的主要机理。

输油管道的腐蚀机理相对输水管道要复杂的多，因石油中含有大量的烷烃、环烷烃、芳香烃等有机物和无机物，石油中掺杂了CO2，H2S，SO2等气体，这些气体溶于水生成碳酸、硫酸会造成酸腐蚀。酸性腐蚀是输油管道的主要腐蚀机理。

输气管道腐蚀主要是由酸性气体和电化学腐蚀引起，天然气主要成分是CH4，还含少量C2H6，C4H10，CO2，CO，H2S等，另外在天然气运输的过程中会伴有水蒸气，流动介质的温度、压力降低可以使水蒸气液化，并与CO，H2S形成酸从而腐蚀管道；水蒸汽液化，从而形成电化学腐蚀。酸性腐蚀和电化学腐蚀是输气管道的主要腐蚀机理。

2.2 立管外腐蚀机理分析

位于潮差带、飞溅区的立管长期受海浪拍打，导致漆膜脱落，立管长期处于潮湿的海洋环境中，大气中的氧、水汽使管道表面形成一层薄液层，作为阴极而是管道发生电化学反应，日积月累，导致立管腐蚀甚至穿孔。电化学腐蚀是立管外腐蚀的主要腐蚀机理。

3 立管腐蚀防护研究与应用

目前通常采用的腐蚀治理措施为除锈刷漆，减薄严重的管段进行切割更换。但是有些立管长期处于工作状态，无法进行更换，因此开展了一系列防腐补强方法的研究。

为了节约立管外腐蚀隐患治理工作的成本，本文拟结合立管的腐蚀程度进行分级治理，治理方案如下：

（1）对存在原防腐层脱落或腐蚀深度未超过20%的立管段，采用粘弹体防腐层修复；

（2）对腐蚀缺陷点深度大于20%的立管段，使用碳纤维对腐蚀缺陷管段进行补强修复；

（3）对存在腐蚀穿孔的立管段主要是采用机械管卡对泄漏点封堵并机械加固。

3.1 粘弹体防腐层修复

粘弹体防腐治理技术采用的是高分子聚烯烃材料的粘弹体防腐胶带，该方式施工工艺简单，采用缠绕方式施工，施工质量控制简单，对腐蚀部位可直接修复，同时能隔绝空气、水汽与管材接触，避免了与潮湿环境接触，同时在粘弹体外部会缠绕PVC和玻璃钢外护带，从而保护粘弹体不被机械损坏，粘弹体修复示意图如图2所示。

图2 粘弹体修复示意图

技术要求：

（1）表面处理要求达到ST1或者ST2.0，要求钢结构表面无明显鼓泡和浮锈，有海生物附着区应尽量除去附着的海生物，表面突出物不应有锐角；

（2）使用热风枪把管道表面较为明显的海水吹干；

（3）缠绕粘弹体防腐胶带边缠绕边擀压粘弹体防腐胶带，使胶带保持平整，与管体表面密封良好；

（4）缠绕粘弹体胶带时搭接量不少于10%；

（5）缠绕粘弹体时应铺平，将里面的空气或者水分压出；

（6）把双组分环氧树脂混合在一起，并不断搅拌使其充分混合发生反应,均匀涂刷在玻璃纤维布上面；

（7）环氧树脂混合30分钟后，初步固化至成形。

3.2 碳纤维补强修复

碳纤维技术充分应用了碳纤维增强复合材料所特有的高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳及施工简便等许多优点，为立管减薄补强技术注入了新的活力。碳纤维布加固修补结构技术是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面，以达到对结构加固补强的目的，碳纤维修复示意图如图3所示。

图3 碳纤维修复示意图

技术要求：

3.2.1 管线评估、制定补强方案

（1）收集管线信息、确定管道剩余壁厚及补强长度；

（2）管道缺陷点剩余强度计算，根据钢制管道管体腐蚀损伤评价方法标准SY/T 6151以及该缺陷和管道信息，计算剩余强度；

（3）补强修复计算，根据钢质管道管体腐蚀损伤评价方法以及相应标准最终确定最终缠绕层数。

3.2.2 表面处理

表面处理要求达到ST2.0；

3.2.3 界面剂调配

把双组分环氧树脂混合在一起，并不断搅拌使其充分混合发生反应，环氧树脂混合30分钟内使用完；

3.2.4 缠绕碳纤维补强带

（1）将混合后的浸胶均匀涂刷于防腐部位外表面；

（2）将裁好的碳纤布缠绕（粘贴）在防腐部位外表面上，对于连续性缺陷并且超过纤维复合材料的幅宽，应采取品字形搭接；

（3）在缠绕后的碳纤布上均匀涂刷浸胶，不得漏涂。

3.3 机械管卡修复

机械管卡修复主要是针对有裂纹、泄漏、破损及断裂位置的海管立管修复方法，机械管卡的使用效果非常明显，可以对海底管道产生的外部腐蚀、变形、穿孔泄漏等损伤问题进行有效修复，机械管卡修复示意图如图4所示。

图4 机械管卡修复示意图

技术要求：

（1）管卡设计，收集所需维修的管道结构基础数据，包括但不限于管线规格、材质、压力等级、腐蚀点检测数据、使用环境等，根据这些基础数据，对管卡进行设计；

（2）缺陷点确认，通过超声波测厚、漏点观察等方法寻找缺陷点；

（3）管线椭圆度测量，机械管卡安装；

（4）机械管卡试压。

4 结语

综上所述，海管立管在潮差区高盐雾、高湿环境下，海面部分锈蚀严重，本文从实际案例出发，对海洋平台立管腐蚀原因进行了详细的分析，针对不同的腐蚀程度给出了不同的治理方法，并对相关的工艺进行了描述，文中提到的治理方法均具有不停产施工、费用低、处理速度快、施工风险低等优点，在海管立管腐蚀治理工作中具有重要作用。