1、第五采气厂阴极保护及外腐蚀检测分析第五采气厂阴极保护及外腐蚀检测分析长庆油田分公司苏里格气田研究中心长庆油田分公司苏里格气田研究中心二一二年三月二一二年三月一、概况一、概况二、管线外腐蚀检测评价分析二、管线外腐蚀检测评价分析三、管网阴极保护系统优化及完善三、管网阴极保护系统优化及完善四、认识及结论四、认识及结论一、概况一、概况 截止截止20112011年底，采气五厂年底，采气五厂已建集气站已建集气站2323座，集气干线座，集气干线2 2条、条、集气支线集气支线1515条，天然气管线条，天然气管线17051705kmkm。 采气五厂在役集气支线采气五厂在役集气支线15条，苏条，苏25-2-苏苏2
2、5-1支线最早系支线最早系2006年服役管线，年服役管线，管线自投运以来，未开展过任何有效腐蚀检测评价，为及时了解腐蚀状况，消管线自投运以来，未开展过任何有效腐蚀检测评价，为及时了解腐蚀状况，消除腐蚀安全隐患，结合相关管道管理标准规范，除腐蚀安全隐患，结合相关管道管理标准规范，研究决定对区块达到检测年限研究决定对区块达到检测年限的在役管线开展腐蚀检测作业。的在役管线开展腐蚀检测作业。 同时，系统排查区块管网阴极保护系统，针对存在问题，制定整改方案，同时，系统排查区块管网阴极保护系统，针对存在问题，制定整改方案，全面完善阴极保护系统，加大管网阴极保护覆盖力度，形成覆盖全区块管网的全面完善阴极保护
3、系统，加大管网阴极保护覆盖力度，形成覆盖全区块管网的阴极保护网络。阴极保护网络。一、概况一、概况一、概况一、概况二、管线外腐蚀检测评价分析二、管线外腐蚀检测评价分析三、管网阴极保护系统优化及完善三、管网阴极保护系统优化及完善四、认识及结论四、认识及结论（一）腐蚀及防护系统概况（一）腐蚀及防护系统概况腐蚀是腐蚀是影响管道可靠性和使用寿命的影响管道可靠性和使用寿命的关键因素，埋地管道在土壤中主要遭受关键因素，埋地管道在土壤中主要遭受电化学腐蚀电化学腐蚀。阳极：阳极：Fe2e=Fe2+ 阴极：阴极：O22H2O4e=4OH 总反应：总反应：2FeO22H2O=2Fe(OH)2 Fe2+电化学腐蚀电化
4、学腐蚀阴极阴极阳极阳极导电回路导电回路防腐层：防腐层：增大阴阳极间的电阻增大阴阳极间的电阻破坏条件破坏条件阴极保护：阴极保护：阴极极化整条管道阴极极化整条管道腐蚀防护腐蚀防护2、腐蚀条件及防护措施、腐蚀条件及防护措施1、腐蚀机理、腐蚀机理1 1）防腐层保护）防腐层保护 防腐层防腐层优点优点缺点缺点应用情况应用情况涂层展示涂层展示熔结环氧粉末熔结环氧粉末涂层涂层粘接力强，可避免阴极剥离。粘接力强，可避免阴极剥离。热稳定性较强。热稳定性较强。防水性差，且防水性差，且不耐不耐尖锐物的碰撞尖锐物的碰撞。广泛应用于埋地金广泛应用于埋地金属管道。属管道。PEPE涂层涂层综合了熔结环氧粉末与聚乙烯综合了熔结
5、环氧粉末与聚乙烯的优点，的优点，性能优异。性能优异。管道表面需喷丸处管道表面需喷丸处理，要求高。理，要求高。应用良好，防腐层应用良好，防腐层发展方向。发展方向。2 2）外加强制电流阴极保护）外加强制电流阴极保护(1)-(1)-电源；电源；(2)-(2)-导线；导线；(3(3辅助阳极；辅助阳极；(4)(4)土壤；土壤；(5)(5)管道管道 苏里格气田主要采取强制电流阴极保护及防腐层联合保护的方式，进行腐蚀防护。苏里格气田主要采取强制电流阴极保护及防腐层联合保护的方式，进行腐蚀防护。 主要采用主要采用已证实的可以确定管道状态的已证实的可以确定管道状态的技术方法技术方法，间接评价管道的完整性情况。，
6、间接评价管道的完整性情况。 间接检测评价方法间接检测评价方法交流电流衰减法交流电流衰减法交流电位梯度法交流电位梯度法密间隔电位法密间隔电位法直流电位梯度法直流电位梯度法ACASACASACVGACVGDCVGDCVGCIPSCIPS防腐层效果评价防腐层效果评价 阴极保护有效性评价阴极保护有效性评价 地表参比法地表参比法常规常规（二）管线检测评价技术（二）管线检测评价技术敷设环境调查敷设环境调查间接检测评价间接检测评价直接检测评价直接检测评价后评价后评价技术展示技术展示主要特点主要特点检测方法检测方法1、定位破损点位置、定位破损点位置2、判断破损点腐蚀活性、判断破损点腐蚀活性3、判断破损点大小及
7、严重程度、判断破损点大小及严重程度直流电位梯度法直流电位梯度法（DCVG） 精确定位破损点位置和破损相精确定位破损点位置和破损相对大小。对大小。交流电位梯度法交流电位梯度法 （ACVG）1、计算防腐层绝缘电阻、计算防腐层绝缘电阻2、测量管道埋深和定位管线、测量管道埋深和定位管线3、评价防腐层整体质量状况。评价防腐层整体质量状况。交流电流衰减法交流电流衰减法（ACAS）密间隔测量管地电位沿线变化，密间隔测量管地电位沿线变化，评价管道阴极保护有效性评价管道阴极保护有效性密间隔电位法密间隔电位法 （CIPS） 50米米/间距，采用间距，采用PCM检测仪测取电流衰减率来评价检测仪测取电流衰减率来评价防
8、腐层整体质量情况。防腐层整体质量情况。b、外防腐层破损点检测、外防腐层破损点检测 采用采用PCM+A字架进行破损点检测定位。根据接收机字架进行破损点检测定位。根据接收机显示显示箭头方向与箭头方向与db值大小值大小确定破损点位置与严重程度。确定破损点位置与严重程度。a、外防腐层整体质量测试、外防腐层整体质量测试 防腐层等级防腐层等级一级（优）一级（优）二级（良）二级（良）三级（可）三级（可）四级（差）四级（差）五级（劣）五级（劣）电阻率：电阻率：m2100006000r100003000r60001000r30001000PCM检测信号检测信号损失率损失率(db/km)50老化程度及表现老化程度
9、及表现基本无老化基本无老化老化轻微，无剥离和损坏老化轻微，无剥离和损坏老化较轻，基本完整，老化较轻，基本完整，沥青发脆沥青发脆老化较严重，有剥离和老化较严重，有剥离和较严重的吸水现象较严重的吸水现象老化和剥离严重，老化和剥离严重，轻剥即掉轻剥即掉采取措施采取措施暂不维修暂不维修每三年周期进行检漏修补每三年周期进行检漏修补每年进行检漏和修补每年进行检漏和修补小区段加密测点小区段加密测点 大修大修方法方法微弱微弱中等中等严重严重CIPS开和关电位负于开和关电位负于CP准则准则开和关电位中等偏离并正于开和关电位中等偏离并正于CP准则准则开和关大幅度偏离并正于开和关大幅度偏离并正于CP准则准则PCM衰
10、减率小于衰减率小于30dB/km衰减率在衰减率在3050dB/km之间之间衰减率大于衰减率大于50dB/km特征特征腐蚀活跃性的可能性低腐蚀活跃性的可能性低存在腐蚀活跃的可能存在腐蚀活跃的可能腐蚀活跃性的可能性高腐蚀活跃性的可能性高管道防腐层评级标准管道防腐层评级标准防腐层破损处腐蚀活跃性判断标准防腐层破损处腐蚀活跃性判断标准 采用采用GPS同步电流中断器，运用瞬间断电法测试管道同步电流中断器，运用瞬间断电法测试管道VON、VOFF电位，其中电位，其中 VOFF为为真实保护电位真实保护电位，与，与-0.85 V标准保护电位比较，评价管道是否处于有效阴极保护。标准保护电位比较，评价管道是否处于有
11、效阴极保护。VONVOFF缺陷缺陷VOFF：真实保护电位：真实保护电位VM=实际测量电位实际测量电位 VP=管道极化电位管道极化电位 VIR=土壤土壤IR降降 VM=VP+VIR 直接检测评价内容直接检测评价内容土壤腐蚀性评价土壤腐蚀性评价防腐层质量评价防腐层质量评价焊缝质量评价焊缝质量评价 管体内外壁管体内外壁 腐蚀检测腐蚀检测 针对间接检测显示的严重破损点，进行直接开挖检测，既是对间接检测的针对间接检测显示的严重破损点，进行直接开挖检测，既是对间接检测的验证和修验证和修正正，也是对管道防腐层和内、外壁缺陷，也是对管道防腐层和内、外壁缺陷最直接检测最直接检测的方法。的方法。 采用采用STOP
12、AQ粘弹体粘弹体防腐胶带及防腐胶带及PVC外带外带防腐层破损处进行修复。防腐层破损处进行修复。 管道检测只是手段，管道检测只是手段，安全评价安全评价才是目的。才是目的。 含体积型金属损失缺陷管道应力分析、剩余强度评价、剩余寿命预测。含体积型金属损失缺陷管道应力分析、剩余强度评价、剩余寿命预测。剩余强度评价方法剩余强度评价方法)(/(1/1100MAAAASSGRtSMCRL剩余寿命计算公式剩余寿命计算公式 1、区块服役年限在、区块服役年限在3年及年及3年以上年以上的管线；的管线； 2、连接阴极保护的集气支线；、连接阴极保护的集气支线； 3、相同服役年限、不同防腐层的管线做对比评价；、相同服役年
13、限、不同防腐层的管线做对比评价； 4、相同防腐层、有无连接阴极保护的管线做对比评价；、相同防腐层、有无连接阴极保护的管线做对比评价； 检测管线选取依据：检测管线选取依据：（三）现场管线检测结果分析（三）现场管线检测结果分析管线名称管线名称管径（管径（mmmmmmmm）长度长度(Km)(Km)投产时间投产时间保护方式保护方式苏苏25-325-3苏苏25-125-1支线支线323.9323.97.97.916.2816.282007.52007.5环氧粉末环氧粉末苏东苏东55苏东苏东1 1支线支线2192196.06.016.3516.352008.62008.6强制电流强制电流+ +环氧粉末环氧
14、粉末苏东苏东66苏东苏东1 1支线支线2192196.06.014.0414.042008.62008.6强制电流强制电流+ +环氧粉末环氧粉末苏东外腐蚀检测选取管线台账苏东外腐蚀检测选取管线台账 本次检测共完成苏本次检测共完成苏25-3-苏苏25-1支线支线16.28km管线管线PCM防腐层检测防腐层检测，完成苏东，完成苏东5-苏东苏东1、苏东、苏东-苏东苏东1支线支线2条共计条共计30.39km管线管线PCM防腐层检测及阴极保护电位防腐层检测及阴极保护电位测试测试，总计检测管线，总计检测管线46.67km。 从总体检测结果来看，苏里格东区管线从总体检测结果来看，苏里格东区管线腐蚀轻微腐蚀轻
15、微 ，直接开挖检测验证结果与直接开挖检测验证结果与间接检测基本一致，开挖处防腐层破损多为间接检测基本一致，开挖处防腐层破损多为机械损伤机械损伤。检测内容检测内容管线名称管线名称防腐层评级防腐层评级破损点破损点阴极保护阴极保护管体缺陷管体缺陷PCMPCM防腐层检测防腐层检测苏苏25-325-3苏苏25-125-1支线支线一级一级100%100%141141处，处，8.88.8处处/km/km 5 5处处损伤，最大损伤，最大面积面积505031mm31mm2 2，最大坑深最大坑深1.6mm1.6mm PCMPCM防腐层检测防腐层检测+ +阴阴极保护电位测试极保护电位测试苏东苏东66苏东苏东1 1支
16、线支线一级一级55%55%，二级，二级44%44%，五级，五级0.01%0.01%204204处，处，14.614.6处处/km/km无效无效 有锈迹，有锈迹， 无明显腐蚀无明显腐蚀苏东苏东55苏东苏东1 1支线支线一级一级100% 100% 7878处，处，4.84.8处处/km/km8 8# #至至1212# #检测桩检测桩管段阴保管段阴保无效无效管线外腐蚀检测结果表管线外腐蚀检测结果表 全线实际走线全线实际走线16.045km，腐蚀检测的同时，对管线里程桩、测试桩、埋深、穿跨越耕机，腐蚀检测的同时，对管线里程桩、测试桩、埋深、穿跨越耕机等管线沿线敷设环境进行了相关调查。等管线沿线敷设环境
17、进行了相关调查。1、苏、苏25-3-苏苏25-1支线支线 （07，环氧粉末），环氧粉末）1）管道敷设环境调查）管道敷设环境调查 2）全线埋深排查）全线埋深排查 管线平均埋深为管线平均埋深为1.64米米，测量，测量320处中小于处中小于1.60米的米的121处处，存在，存在露管一处露管一处。 露管露管1处处最大值最大值3.3m 全线进行全线进行PCM检测检测，按照，按照SY/T59182004对防腐层进行评级，其中：对防腐层进行评级，其中：一级防腐层长度一级防腐层长度16.045km ，占实测总长，占实测总长100%。外防腐层质量。外防腐层质量良好良好。 经经A字架精确定位，共检测确切字架精确定
18、位，共检测确切破损点破损点141处处，平均，平均8.8处处/km。 检测检测最大最大dB值为值为93dB。3）防腐层状况检测结果）防腐层状况检测结果 选择选择2处进行开挖坑直接检测。处进行开挖坑直接检测。4）探坑直接检测）探坑直接检测坑号坑号开挖坑开挖坑位置位置埋深埋深m覆盖层检测结果覆盖层检测结果土壤电阻土壤电阻率率m管地电位管地电位-V管体缺陷管体缺陷114#检测桩检测桩逆逆119m处处 2.0712点部位点部位42076mm2破破损露铁损露铁， 10点部位点部位2731mm2破损露铁。破损露铁。70.10.49312点部位点部位2处处4631mm2、 5031mm2 机械硬伤机械硬伤，坑
19、，坑深深1.1mm；10点部位点部位1处处1420mm2机械硬伤，坑机械硬伤，坑深深1.5mm，壁厚最大，壁厚最大8.2mm，最小，最小7.8mm。 217#检测桩检测桩逆逆254m处处 2.1412点部位点部位22073mm2破破损露铁，损露铁，1点部位点部位2019mm2破损露铁破损露铁。65.70.450有黄色锈蚀，有黄色锈蚀，12点部位点部位2处处3026mm2、2219mm2机械损伤，最大坑深：机械损伤，最大坑深：1.6mm、1.5mm。壁厚最大。壁厚最大值值8.1mm，最小值，最小值7.6mm。 2#坑坑1#坑坑破损点破损点打磨前打磨前打磨后打磨后 利用利用ANSYS有限元分析有限
20、元分析软件建立软件建立14#检测桩逆检测桩逆119m处，处，17#检测桩逆检测桩逆254m处管道处管道缺陷应力模型缺陷应力模型，计算出缺陷处管道最大应力分别为，计算出缺陷处管道最大应力分别为84.9MPa/96.2MPa。 5）管线应力分析）管线应力分析max=84.9MPa= S0.72=176.4MPa 应力校核：应力校核：max=96.2MPa= S0.72=176.4MPa 目前运行工况下，缺陷管段存在目前运行工况下，缺陷管段存在局部应力集中局部应力集中（图中红色区域），但可满足安全要求（图中红色区域），但可满足安全要求6 6）剩余强度评价）剩余强度评价轴向尺寸判定图轴向尺寸判定图 上
21、述缺陷可通过上述缺陷可通过SY/T 6477-2000SY/T 6477-2000的评价，管道在的评价，管道在3.6MPa3.6MPa工作压力下能够满足强度要求工作压力下能够满足强度要求。径向尺寸判定图径向尺寸判定图 缺陷位置缺陷位置最小要求壁厚最小要求壁厚t tminmin(mm)(mm)最大工作压力最大工作压力MAWP(MPa)MAWP(MPa)壳体参数壳体参数轴向剩余壁厚轴向剩余壁厚比比c/Dic/Di评判结果评判结果14#14#检测桩逆检测桩逆119m119m处处4.84.83.53.51.661.661.411.411.071.07可接受可接受17#17#检测桩逆检测桩逆254m25
22、4m处处4.84.83.53.51.001.001.301.300.080.08可接受可接受2、苏东、苏东6-苏东苏东1支线（支线（08，阴保，阴保+环氧粉末）环氧粉末） 1）管道敷设环境调查）管道敷设环境调查 2）全线埋深排查）全线埋深排查 管线平均埋深为管线平均埋深为1.71米，测量米，测量280处中小于处中小于1.60米的米的88处处，露管露管1处处。埋深埋深(m)里程里程(m)最大值最大值5.4m露管露管1处处 全线实际走线全线实际走线13.962km，腐蚀检测的同时，对管线里程桩、测试桩、埋深、穿跨越耕机，腐蚀检测的同时，对管线里程桩、测试桩、埋深、穿跨越耕机等管线沿线敷设环境进行了
23、相关调查。等管线沿线敷设环境进行了相关调查。 全线进行全线进行PCM检测，其中：检测，其中：5级级162米，占总长米，占总长0.01%；1级级7700米，占米，占55%；2级级6100米，米，占占44%。外防腐层质量状况。外防腐层质量状况较好较好。 经经A字架精确定位，共检测确切字架精确定位，共检测确切破损点破损点204处处，平均，平均4.2处处/km。 检测检测最大最大dB值值97 dB。3）防腐层状况检测结果）防腐层状况检测结果 苏东苏东6-苏东苏东1支线依托第二处理厂阴极保护站进行保护，全线电位测试桩支线依托第二处理厂阴极保护站进行保护，全线电位测试桩14个，采个，采用电流中断器，瞬间断
24、流法测试管线开、关电位各用电流中断器，瞬间断流法测试管线开、关电位各14个。个。4）阴极保护效果检测）阴极保护效果检测 该线全线未达到有效阴极保护要求，且苏东该线全线未达到有效阴极保护要求，且苏东1站围墙边测试桩未通电。分析主要原因为：站围墙边测试桩未通电。分析主要原因为：该支线与恩格阿娄至陶利庙该支线与恩格阿娄至陶利庙铁路铁路存在交叉穿越情况，存在交叉穿越情况，杂散电流对有效阴极保护电流存在干杂散电流对有效阴极保护电流存在干扰影响扰影响,建议后期开展管线建议后期开展管线杂散电流检测及排除。杂散电流检测及排除。VONVOFF测试桩测试桩未通电未通电 选择选择2处进行开挖坑直接检测。处进行开挖坑
25、直接检测。5）探坑直接检测）探坑直接检测坑坑号号开挖坑开挖坑位置位置埋深埋深m覆盖层检测结果覆盖层检测结果土壤电阻土壤电阻率率m管地电位管地电位-V缺陷缺陷11#检测桩检测桩逆逆59m处处0.662点部位破损，点部位破损，2026mm2露铁。露铁。38670.896有黄色锈迹有黄色锈迹，无腐蚀坑，无腐蚀坑，壁厚最大壁厚最大6.3，最小，最小5.9mm.267#里程桩里程桩顺顺36m处处1.378点部位点部位109mm2露铁，露铁，9点部位点部位621mm2露铁露铁。35880.897有黄色锈迹，有黄色锈迹，无腐蚀坑无腐蚀坑，壁厚最大壁厚最大6.3，最小，最小6.0mm.防腐层剥离后，打磨前防腐
26、层剥离后，打磨前修复后修复后一、概况一、概况二、管线外腐蚀检测评价分析二、管线外腐蚀检测评价分析三、管网阴极保护系统优化及完善三、管网阴极保护系统优化及完善四、认识及结论四、认识及结论 经经20102010年现场排查阴极保护系统，采气五厂年现场排查阴极保护系统，采气五厂1515条集气支线除苏东条集气支线除苏东3-3-苏东苏东1 1支线、支线、苏东苏东5-5-苏东苏东1 1支线、苏东支线、苏东6-6-苏东苏东1 1支线支线3 3条支线条支线依托第二天然气处理厂阴极保护站进依托第二天然气处理厂阴极保护站进行保护外，行保护外，其余支干线均未受到有效阴极保护其余支干线均未受到有效阴极保护。 2011
27、2011年，针对区块阴极保护系年，针对区块阴极保护系统相对薄弱的问题，综合考虑利用检统相对薄弱的问题，综合考虑利用检维修、产建等时机，对整个阴极保护维修、产建等时机，对整个阴极保护系统进行系统进行优化完善优化完善。2010年阴极保护状况：年阴极保护状况：恒电位仪保护范围一般为恒电位仪保护范围一般为30-4030-40公里公里管线段半径。管线段半径。（一）增设投运阴极保护站（一）增设投运阴极保护站 1 1、苏东苏东8 8站站增设恒电位仪一套，苏东增设恒电位仪一套，苏东2-2-苏东苏东8 8支线与苏东支线与苏东8-8-二处支线夹角增设二处支线夹角增设 阳极床一处，形成阴极保护阳极床一处，形成阴极保
28、护协同保护区域协同保护区域； 2 2、苏东苏东1414站站增设恒电位仪（产建增加），苏东增设恒电位仪（产建增加），苏东15-15-苏东苏东1414支线与苏东支线与苏东11-11-苏东苏东1414支线夹角增设阳极床一处，形成的支线夹角增设阳极床一处，形成的阴极保护阴极保护2 2区域区域。 3 3、苏苏25-125-1站站增设恒电位仪一套，苏增设恒电位仪一套，苏25-2-25-2-苏苏25-125-1支线与苏支线与苏25-5-25-5-苏苏25-125-1支线夹支线夹角增设阳极床一处，形成角增设阳极床一处，形成阴极保护阴极保护4 4区域区域。阴极保护2区（二）阴极保护系统工艺优化（二）阴极保护系统
29、工艺优化1 1）增加预留接线头。增加预留接线头。利用检修等时机，对部分未跨接管线增设预留接线头。利用检修等时机，对部分未跨接管线增设预留接线头。2 2）阴极保护系统电绝缘安装不合理处进行整改。阴极保护系统电绝缘安装不合理处进行整改。对苏对苏25-125-1站北二干线发球筒外输管站北二干线发球筒外输管线未安装绝缘支墩处增加绝缘支墩，减少电流流失。线未安装绝缘支墩处增加绝缘支墩，减少电流流失。3 3）电位不连续处实施电缆跨接。电位不连续处实施电缆跨接。管线未跨接地方实施跨接，使阴极保护系统有效延管线未跨接地方实施跨接，使阴极保护系统有效延伸，管线得到有效保护。伸，管线得到有效保护。连接线连接线 经
30、过对整改后阴极保护站所辖管线进行电位复检，基本达到了有效保护。经过对整改后阴极保护站所辖管线进行电位复检，基本达到了有效保护。一、概况一、概况二、管线外腐蚀检测评价分析二、管线外腐蚀检测评价分析三、管网阴极保护系统优化及完善三、管网阴极保护系统优化及完善四、认识及结论四、认识及结论 1、对达到检测年限的管线，、对达到检测年限的管线，定期开展腐蚀检测评价定期开展腐蚀检测评价，将腐蚀检测作为一项日常，将腐蚀检测作为一项日常工作长期而周期性的开展下去。工作长期而周期性的开展下去。管线管线下沟回填后对防腐层进行一次全面检测，下沟回填后对防腐层进行一次全面检测，减少减少施工环节造成的机械损伤。施工环节造成的机械损伤。 同时同时加大开展后期缺陷加大开展后期缺陷管体补强及防腐层修复管体补强及防腐层修复作业。作业。（二）管线管理建议（二）管线管理建议
