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海底管道在海洋油氣資源開發(fā)中承擔(dān)著傳輸運送油氣的重要責(zé)任，其運行狀態(tài)與運行壽命不僅關(guān)系到油氣開發(fā)企業(yè)運營經(jīng)濟效益，與企業(yè)發(fā)展也有一定關(guān)聯(lián)。開展海底管道施工時，涂刷防腐涂層是降低管道腐蝕危害的重要舉措，為了保證防腐涂層防護作用的長期發(fā)揮，還需要開展高水平的腐蝕防護狀態(tài)檢測，目前我國已經(jīng)擁有多項管道內(nèi)檢測與外檢測技術(shù)，海底管道檢測單位與相關(guān)作業(yè)人員應(yīng)重點考慮如何實現(xiàn)海底管道腐蝕防護狀態(tài)檢測方法的高效應(yīng)用。

1海底管道腐蝕檢測技術(shù)

1.1海底管道內(nèi)檢測技術(shù)

對海底管道進行內(nèi)部檢測，應(yīng)用較多的技術(shù)類型包括渦流檢測、漏磁檢測以及超聲波檢測等，應(yīng)用期間還須結(jié)合具體的技術(shù)應(yīng)用進行針對性分析。

1.1.1渦流檢測技術(shù)這種技術(shù)在海底管道檢測中，可以對輸氣或輸液管道進行準確檢測。第一，向用于檢測的渦流式檢測器結(jié)構(gòu)的初級線圈內(nèi)輸入微弱電流，會引發(fā)海底管道受到電磁感應(yīng)后產(chǎn)生渦流，檢測人員通過檢測次級線圈完成檢測任務(wù)。如果管道管壁出現(xiàn)質(zhì)量問題，初級線圈就會表現(xiàn)出異常磁通量，引發(fā)磁力線出現(xiàn)相應(yīng)變化，次級線圈原有的磁通量平衡狀態(tài)就會被打破，就會有對應(yīng)電壓產(chǎn)生。如果管壁存在任何問題，兩側(cè)就會維持磁通量平衡，也不會有電壓產(chǎn)生。所以，要檢測管道是否存在問題，只要對電壓變化動態(tài)進行監(jiān)測即可判定。這種檢測技術(shù)雖然有效性較好，但是技術(shù)本身有許多限制性因素，不宜大范圍推廣。一般陸地管道檢測中經(jīng)常采用這種技術(shù)，檢測海底管道期間應(yīng)用較少，原因在于它應(yīng)用期間的數(shù)據(jù)采集無法確保足夠的信號分辨率，傳輸速率無法適應(yīng)檢測工作需要。而且它的應(yīng)用流程還存在較大缺陷，至今行業(yè)沒有這方面的統(tǒng)一性標(biāo)準，因此它適用的檢測范圍只有極少數(shù)幾種產(chǎn)品規(guī)格，無法對所有類型的管道開展檢測。再加上海底管道檢測非常困難，應(yīng)用這項技術(shù)開展檢測，有些設(shè)備不能用于海底檢測。

1.1.2超聲波檢測技術(shù)這種技術(shù)是利用對海底管道進行超聲波發(fā)射，采集發(fā)射期間內(nèi)部和外部反射用時的差值，進而對管道進行質(zhì)量問題判斷，檢測是否存在管壁變薄、管道腐蝕以及變形等危害。這種技術(shù)應(yīng)用的檢測器包括超聲波、電池、傳感以及數(shù)據(jù)等模塊，其裝置組成包括動力源、萬向節(jié)、信號發(fā)射及接收裝置，存儲器以及里程輪等。利用超聲檢測技術(shù)檢測海底管道缺陷，屬于一種直接方式，能夠進行很準確的缺陷量化，它的局限性在于常規(guī)裂紋或管壁厚度期間，只對液體輸送管道適用檢測輸氣管道還須通過電磁超聲波檢測器或者段塞法進行。

1.1.3漏磁檢測技術(shù)這種技術(shù)投入應(yīng)用的時間最長，技術(shù)應(yīng)用和操作已經(jīng)達到非常成熟的地步，應(yīng)用的設(shè)備也比較固定。它實現(xiàn)海底管道檢測主要是借助漏磁原理，通過檢測判定管道損壞或腐蝕的程度，在管道檢測的體積型缺陷中非常適用。它的檢測裝置由動力源、磁鐵回路、記錄設(shè)施、萬向節(jié)、傳感器以及里程輪等組成，對油氣管道都能進行有效檢測，檢測過程不對傳感器和管壁進行耦合介質(zhì)的特殊要求。這種技術(shù)目前在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，是經(jīng)過中海油驗證的有效技術(shù)，利用漏磁檢測技術(shù)對管壁變薄情況進行檢測，檢測結(jié)果和現(xiàn)場實際絲毫不差，其有效性可見一斑，同時檢測單位對結(jié)果也非常滿意。而且，中海油在應(yīng)用這項技術(shù)期間持續(xù)投入研發(fā)與優(yōu)化，目前已經(jīng)構(gòu)建起系列化的檢測設(shè)備系統(tǒng)。

2海底管道外檢測技術(shù)

2.1淺海外檢測技術(shù)

這種技術(shù)適用的檢測海域深度通常在≤80m的范圍，也叫近海海域。這種作業(yè)環(huán)境條件不錯，之前的早期檢測技術(shù)應(yīng)用還不成熟，檢測方法就是由潛水員攜帶檢測器直接檢測。通常潛水員適宜的下潛檢測深度接近50m，負責(zé)對海底管道外壁進行生物附著、管道沉積以及安裝的犧牲陽極是否可靠等內(nèi)容開展檢測，這種方式雖然傳統(tǒng)，但是非常有效，所以直到今天還在沿用，檢測成效符合預(yù)期。統(tǒng)計資料顯示，近些年利用這種方式進行海底管道檢測，已經(jīng)排查出多起質(zhì)量危害，并且均得到及時處置。它的技術(shù)缺陷是非常危險，有超高的檢測強度，對海洋環(huán)境因素特別敏感，局限性較大。

2.2深海外檢測技術(shù)

這種技術(shù)適用的檢測海域深度通常都超過了200m，它的檢測作業(yè)主要是利用潛水器完成。這種檢測技術(shù)首次用于海底管道檢測的海域是墨西哥灣，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)今，人們已經(jīng)可以利用遙控潛水器完成深海外檢測任務(wù)。把光學(xué)儀器以及檢測器安裝于潛水器上就可以實施管道外檢測，利用對遙控機械設(shè)施進行合理操作配合檢測作業(yè)，檢測數(shù)據(jù)實時向計算機終端傳輸，完成匯總和測算分析，實施包括目視、磁粉、超聲波以及射線等在內(nèi)的檢測作業(yè)內(nèi)容。

3海底管道腐蝕防護檢測

3.1原理

用于對埋地管道進行外部腐蝕檢測的技術(shù)類型比較多，包括組合電位測試、短間歇電位檢查法、直流電壓梯度法以及Person檢測法等，都是常用的技術(shù)類型。如果要檢測海底管道目前的防腐蝕狀況，由于作業(yè)環(huán)境條件的特殊性，適用的檢測技術(shù)不多，通常對管道表面保護電位進行檢測來進行。這種檢測的傳統(tǒng)作業(yè)方式，通常把一根地線一頭與管道和平臺接近交接點的部位進行連接，另外一頭與電位計連接，再把一個參比電極連接到電位計的另一頭。檢測期間把參比電極與海底管道無限接近，注意二者不得接觸，記錄電位數(shù)據(jù)，并比對行業(yè)規(guī)范的標(biāo)準臨界保護電位數(shù)據(jù)，就能估測出當(dāng)前管道防腐蝕狀況的實際工況。這種技術(shù)優(yōu)點是操作簡便易行，缺陷是測試超長海底管道時的地線達不到作業(yè)所需長度，而且如果海底管道埋設(shè)很深，這種技術(shù)就不能檢測。利用非接觸式檢測方法可對遠距離參比電極進行簡便易行的電位差測試，它規(guī)避了地線長度限制因素，需要測試兩種電場參數(shù)，一是遠地參比電極標(biāo)定電位，二是遠近兩種參比電極環(huán)境存在到電位差。（1）在檢測遠近兩種參比電極的電位差時，選取靈敏電位計和參比電極各兩個，對海底管道陰極保護系統(tǒng)環(huán)境電位差進行檢測。期間選擇離管道比較遠的某處海水，設(shè)置成0電位梯度區(qū)域，以懸浮設(shè)施裝入?yún)⒈入姌O放于該處，即構(gòu)成遠地參比電極電位，位置非常穩(wěn)定。下潛設(shè)施裝入一個參比電極，放于海底管道電位動態(tài)變化的區(qū)域后開始沿著管道前移，進而測得管道防腐蝕狀況近地參比電極電位的動態(tài)變化數(shù)據(jù)。前移期間以靈敏電位計對二參比電極的環(huán)境電位差進行同步跟蹤記錄，最終獲得全部海底管道區(qū)域介質(zhì)電位的具體分布情況。（2）在測試遠地參比電極標(biāo)定電位時，通過近地檢測設(shè)施攜帶的探針，于檢測前混過程中接觸犧牲陽極或者海底管道，構(gòu)成地線，通過電位計測得遠地參比電極和管道存在的相互電位差。此刻遠地參比電極放于0電位梯度區(qū)，測得的管道電位數(shù)據(jù)非常穩(wěn)定，就視為遠地參比電極標(biāo)定電位。

3.2海底管道電位分布數(shù)值模擬

3.2.1模型參數(shù)利用邊界元方法的數(shù)值模擬軟件，在其他工程中應(yīng)用良好。對海底管道進行仿真模擬時采取了下列參數(shù)：以某處海底輸油管道為例，總長接近37.5km，管道以X60鋼材制成，管道通過犧牲陽極達到陰極保護的目的，整套管道鋪設(shè)完成后以海泥掩埋。鋁合金材質(zhì)的鐲式犧牲陽極保持75.2m的間距，管徑762mm，犧牲陽極在管道上進行包裹，有0.8m的內(nèi)徑和1.2m的外徑，沿海管1m長。海水的電導(dǎo)率是5S/m，海泥的電導(dǎo)率是1.5S/m，模擬的管道1.5m埋深，模擬時對管長進行了截取，長度964.6m，包括13個犧牲陽極。

3.2.2數(shù)值模擬模型及工況設(shè)計為了確保計算模型有足夠的長度，模型中的海水網(wǎng)格是8m的大網(wǎng)格，除此之外的區(qū)域全部是1m的小網(wǎng)格，模型以深色代表海泥，淺色代表海水，海底管道以白色代表，位于中間，管道全部以海泥掩埋，為海泥環(huán)境，埋深從泥沙面向下深達1.5m。該區(qū)段海底管道有下列工況：海底管道正常運行期間，全部陽極保持正常運行；只有一個失效陽極；一半陽極在正常運行；海底管道保護系統(tǒng)不利工況是：只對中間一個陽極進行有效工況模擬。

3.2.3數(shù)值模擬結(jié)果（1）海管正常運行期間①全部陽極保持正常運行（圖1）。靠近犧牲陽極的區(qū)域存在比較大的電場梯度，離犧牲陽極很遠的區(qū)域只有很小的電位差。由靠近泥面部位至200m水面部位，電位差≤3mV，與管道離得越遠，電位分布越接近一致，電位梯度也變得更小；②只有一個失效陽極（圖2）。該失效陽極所在區(qū)域具體電位數(shù)據(jù)較之其他區(qū)域要小，但是全部海底管道的保護狀態(tài)良好，這種工況時電位分布的整體規(guī)律基本等同于全部陽極保持正常運行時的工況。泥面上方的電位整體數(shù)據(jù)幾乎一樣，差值≤3mV，而且該失效陽極位于管道中間，泥面近處區(qū)域和管道表面沒有采集到這個部位的電位峰值，即證實此處的犧牲陽極已經(jīng)失去效力；③只有一半陽極正常運行（圖3）。這種模擬工況是疊加了兩種比較特殊的電場，對整體電位值進行監(jiān)測，證實其變化的明顯程度。正常運行的犧牲陽極所在區(qū)域電位平均值比失效陽極所在區(qū)域要高。整體來講，泥面近處存在比較大的電場梯度，其他高度時存在幾乎一樣的電位值。原因在于犧牲陽極正常運行時生成的保護電流能夠流至失效陽極所在區(qū)域。（2）海管欠保護時這種狀態(tài)下，除了靠近陽極的區(qū)域存在比較大的電位梯度，其他區(qū)域到電位整體數(shù)據(jù)幾乎一樣（圖4）。因為要求保護的海底管道面積太大，電位值實際上已經(jīng)超過了保護電位的極限數(shù)據(jù)，犧牲陽極生成了最大的電流值，靠近陽極所在區(qū)域的電位梯度此時也處于最大值。

4結(jié)語

對于海洋油氣資源開發(fā)企業(yè)來說，保證海底管道持續(xù)正常運行和延長管道使用年限的意義非常重大，受所處環(huán)境的影響，海底管道防腐涂層一旦出現(xiàn)防護能力缺陷，海底管道就會受到腐蝕侵害，出現(xiàn)快速老化等問題，從而縮短其運行壽命，所以海洋油氣資源開發(fā)企業(yè)應(yīng)高度重視海底管道腐蝕防護狀態(tài)檢測，相關(guān)部門也需要切實加大管道腐蝕防護狀態(tài)檢測和評估技術(shù)研究。

參考文獻

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[2]高永才，李永年，王緒本，等.瞬變電磁法金屬管道腐蝕檢測理論初探[J].物探化探計算技術(shù)，2005，27（1）：5.

作者:劉慧勇 單位:中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司