傅军杰
国家管网集团华东公司嘉兴管道管理处 314000
摘要：油气管道在使用过程中受到杂散电流、细菌、化学等方式的腐蚀，影响了油气管道使用质量和寿命，会破坏其正常使用性能，也带来较大的安全隐患。因而，必须了解和知道油气管道腐蚀的特点、危害、机理，同时，需要采取科学的检测技术来了解腐蚀的情况和腐蚀位置，做出诊断和给出防护腐蚀的解决办法与对策。
关键词：油气管道；腐蚀；检测、防腐、阴极保护；措施
1.背景
2019年，原中石化、中石油、中海油三大石油公司的相关油气管道资源合并，成立了国家管网集团，主要从事油气干线管网及储气调峰等基础设施的投资建设和运营，负责干线管网互联互通和与社会管道联通，以及全国油气管网的运行调度。国家管网集团的成立有助于进一步加强油气管道的建设步伐，推进主干管道和互联互通，形成全国一张网，进一步提高油气储运能力，为地方经济发展做好能源保障。同时，管道的管理也将更加的规范和统一，特别是腐蚀防控和本质安全将得到较大提升。
2.油气管道以及建设的必要性
2.1油气管道
石油天然气管道:是指石油（包括原油、成品油）、天然气管道及其附属设施（简称管道设施），包括油气田工艺管道（包括集输、储运、初加工和注气管道)）和长输（输油、输气）管道。
现阶段，油气输送管道的类型很多，分类方法不一。如按长度和经营方式分，可将油气输送管道分为油田内部的管道和长距离油气输送管道；按被输送介质的类型不同，可将油气输送管道分为原油输送管道、成品油输送管道、天然气输送管道等；按管道所处的位置不同，可将油气输送管道分为陆上输送管道和海底输送管道等。
2.2建设的必要性
油气管道输送是伴随着石油工业的发展而产生的，从我国油气运输管道里程来看，随着我国石油天然气开采业的发展，国内管道输油气里程不断增长，近三年数据是：（1）2018年末已经达到了12.23万公里，同比增长2.51%，其中天然气输送管道长度约为7.6万公里。（2）2019年底，中国油气长输管道总里程达到13.9万千米，其中天然气管道约8.1万千米，原油管道约2.9万千米，成品油管道约2.9万千米。2019年中国新建成油气管道总里程约3233千米。（3）2020年末我国油气管道总里程达到16.5万公里，其中天然气管道里程全球排名第四。至2025年，我国长输管道总里程预计将超过24万公里。
作为油气的重要运输方式，管道虽然有了长足进步，但仍有很大的提升空间，与国家目标差距较大。与我国天然气产量增速和消费量增速对比来看，产量与消费量增速普遍高于管道里程增速，我国油气管道建设发展整体滞后于天然气行业发展速度，一定程度上制约了油气行业的发展。
根据《中长期油气管网规划》，国内将迎来新一轮管道建设高峰，油气管网规模将不断扩大，管网布局也将趋于合理，尤其天然气管道将是建设重点。为加快天然气的利用，国家鼓励自主建设省内天然气支线管网，未来省内天然气管网将会有较快速度增长。
3.油气管道腐蚀问题与危害
3.1腐蚀问题、影响因素
如果油气管道建设质量不高，沿线杂散电流等影响严重，投产运行后几年内就可能出现腐蚀穿孔，影响油气输送的安全，并且油气的泄漏会带来很大的安全隐患。油气管道腐蚀是管道材质接触土壤、空气后产生的反应，从腐蚀机理上看主要包括氧气腐蚀、硫化氢腐蚀和土壤腐蚀。管道材质通常为铁，在油气水分子和氧气共同作用下会产生铁锈，腐蚀速度会随着时间推移而加速。硫化氢具有较高的可燃性和酸性，易溶于水而形成硫化氢水溶液，管道在此弱酸环境下会出现较为严重的腐蚀。埋地油气管道会受到土壤杂散的电流、含水量、酸碱度和湿度等因素影响，两者因电位差的存在而导致管道腐蚀。要想减少管道的腐蚀，必须知道这些问题现象背后的原因，即影响因素。
影响管道使用寿命的基本因素是：（1）管道生产质量。不达标的产品在使用过程中更易出现内外壁的开裂和腐蚀；（2）管道的材质。钢制管道有着较高的非金属含量，埋地施工后更容易与油气以及周边环境产生化学反应，导致了管道的腐蚀开裂；（3）自然环境的影响。管道所处环境的温度、水分和土壤都会造成影响，在施工过程中不能正确处理环境因素带来的影响就可能导致管道使用中问题的发生。
3.2危害
受到防腐技术、运输介质、外界环境等因素的影响，使得油气储运管道经常会出现腐蚀现象，一旦发生油气泄漏，极易引起火灾和爆炸事故，给国家和人民的生命财产安全带来巨大的威胁。正常情况下，油气管道是非常安全的，不会发生油气外泄事故。（1）设计的管壁钢板的承压能力远远高于管道内流体的压力，流体只能乖乖地顺着管道流动，不可能泄漏到管道外边。（2）长输油气管道一般都绕过城镇、厂矿、地面交通枢纽及其他人口稠密的地方，即使万一发生油气外流，也不会严重影响交通和危及人民群众的生命财产安全。（3）所有长输管道都埋在一米多深的地下，不容易受到地面车辆、自然环境及人为的损伤或破坏。但是，俗话说，不怕一万，就怕万一。油气管道在一些情况下可能会出现破裂、穿孔致使油气外泄的事故（燃烧、爆炸等），后果还是很严重的，比如：①管材老化及管道受到内腐蚀和外腐蚀，使管材变脆和管壁防腐不当之处生锈变薄，承压能力降低。②自然灾害，如发生地震、洪水、滑坡、泥石流及地层下陷等，管道会受到巨大的外部冲击力。③操作不当产生憋压，局部流体受压缩，其压力可能会大于管壁耐压。④人为的有意或无意的破坏，主要是指个别不法分子在管道上打孔盗油窃气以及各种建设施工对管道的不慎损伤。
4.油气管道腐蚀的检测、防护技术
在油气管道使用过程中的一个重要问题就是管道的防腐，油气管道腐蚀防护系统是确保管道长期安全运行的基本保障，随着国家对油气管道安全监督力度的加强，油气管道腐蚀检测成为管道安全防护的重要环节和技术手段。
4.1管道相关检测技术
腐蚀贯穿钢质管道全生命周期，是导致油气管道失效事故的主要诱因之一。定期对管道开展腐蚀检测，及时、准确地发现腐蚀缺陷，并采取相应的控制、维修、更换措施，可有效降低腐蚀事故发生概率。
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现阶段，油气管道的腐蚀检测技术有：（1）漏磁检测技术。该技术在管道检测中有较长的应用历史，其特点是易于把握和使用简单。油气对钢管和钢棒有着不同的腐蚀率，该技术就是利用这一区别来进行检测。漏磁检测器由处理仪器、传感器和电池组成，钢管中是否存在缺陷就会有着不同的磁导率，通过传感器就会将管道不同地段之间的差异反映到电脑上，技术人员可以此为依据来判断腐蚀情况和腐蚀位置。（2）超声波检测技术。管道内壁的腐蚀程度和位置不同，采取超声波检测时就会有着一定的声波时间差，超声波会被探头采集和接收，通过分析和研究这些数据就能判断腐蚀情况。超声波检测技术的优点是简单的检测数据和较高的测量精确度，不再需要后续的测量和检验。该技术对设备有较高要求，在当前的发展情况下，通常只是用于大直径和厚管壁的管道检测，其传播过程需要一定的介质，这就使其适用可靠性和范围都有所限制，有待提升。此外，超声波检测技术在管道存在裂缝的情况下，就无法保证检测数据的准确性。除这三种检测技术外，还有涡流检测技术、人体电容法以及变频选频技术等等。
4.2腐蚀防控技术措施
4.2.1油气管道腐蚀的防护
导致油气管道腐蚀的因素大致分为两类。原油中的硫含量越来越高，使得油气管道中出现更多的硫沉淀化合物。另外，油气管道底部的二氧化硫会与油气管道原料中的铁发生反应，生成硫酸亚铁化合物，硫酸亚铁化合物水解为游离酸及其氧化物。同时，游离酸与油气管道中的铁发生反应，形成新的硫酸亚铁。此时，水解反应将再次发生。从而直接增加了油气管道的腐蚀程度。原油中通常含有水和氧。众所周知，氧与水中的轻负离子发生反应，形成过氧化氢离子。过氧化氢离子会与油气管道材料中的铁发生反应，使管道发生腐蚀。
油气管道中的铁在电解液中，由于其表面的电化学不均匀性，形成腐蚀原电池。原电池中的阳极会被腐蚀，释放电子，铁离子会进入电解质溶液。阴极有相应的化学反应，氢和铁化合物被析出，但铁元素本身不会被腐蚀。因此，为了有效地防止油气管道的腐蚀，可以采用一种缓蚀剂，使铁元素表面保持在阴极状态，从而抑制电子从原电池的阳极释放。
目前油气管道最常用的防腐技术是:强制电流阴极保护。工作原理是:连接直流电源电路的石油和天然气管道,并连接直流电源的金属表面的石油和天然气管道的帮助下电源的阳极，然后使金属保护成为阴极，有效的保护金属。混合抑制剂具有一定的活性，分子中存在性质相反的两个极性基团。它可以吸附在油气管道中铁的表面形成单分子阴极膜，防止水和氧气向油气管道中铁的表面扩散，从而对管道起到缓蚀作用。
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在埋地管道中， 导致管道腐蚀的一个重要原因是土壤中电流的存在。电化学防腐就是通过电流来对金属腐蚀电位进行调整，以此来降低金属管道受到腐蚀影响。其中阴极保护有着成熟的技术应用，主要是通过金属管道表层热度电位负电荷的金属层来保护受到破损的部位。2008年，壳牌、贝克休斯公司开发了阴极保护电流在线检测工具CPCM（Cathodic Protection Current Measurement），并已实现工程应用。
可见，阴极保护和缓蚀剂作为高效、低成本的防腐技术，对我国油气管道行业具有重要意义。
4.2.2防腐涂层技术
这是应用最为广泛的防腐措施，防腐涂层的种类也随着技术的发展而逐步发展。国内在1995年普及聚乙烯防腐层，将聚烯烃、胶粘剂和环氧涂料三层防腐应用在管道外侧，避免管道材质受到土壤内电流以及水分的影响；其次实采取无机非金属防腐。该方法最早应用于国外，改进了有机涂层工艺，规避其缺点，在管道防腐中应用搪瓷涂层、玻璃涂层以及陶瓷涂层，其优点是具有较好的耐磨性、耐高温和抗氧化性；再次是使用纳米材料，纳米材料的应用能极大提升管道韧性，提高改善了管道的防腐和防水能力。
对涂层进行检测的技术就是涂层检测技术，是在对管道不开挖的前提下，采用专用设备在地面非接触性地对涂层综合性能进行检测，科学、准确、经济地对涂层老化及破损缺陷定位，对缺陷大小进行分类统计，同时针对缺陷大小、数量进行综合评价并提出整改计划，以指导管道业主对管道涂层状况的掌握，并及实践性维护，保证涂层的完整性及完好性。
在实际工作中应用较为广泛的外检测技术主要包括：标准管/地电位检测、皮尔逊检测、密间距电位测试、多频管中电流测试、直流电位梯度测试等多种方法。
5.技术趋势
未来，油气管网将朝着更加高科技、数字化、智能化方向发展。人工智能、智慧化等是目前全球各行业发展的热点和趋势。所谓智能管道，就是在标准统一和管道数字化的基础上，通过“端+云+大数据”的体系架构集成管道全生命周期数据，提供智能分析和决策支持，实现管道的可视化、网络化、智能化管理。智能管道具有数据全面统一、感知交互可视、系统融合互联、供应精准匹配、运行智能高效、预测预警可控6大特征。与传统管道相比，智能管道、智慧管网将引领管道数据向集中化、数字化转变；风险管控模式向主动化、自动化转变；运行管理系统向智能化转变；资源调配向整体优化转变；管道信息系统向集成化转变。可以想见，借助“智能化”建设持续推进，在“全国一张网”的布局下加以集中调控，未来油气管网将更加“智慧”，逐步实现整体优化管理与安全高效运行。
今后，我国的油气管道腐蚀、检测技术、防护水平要想整体迅速得到提升，就要从管理优化和技术改进两个方面努力实践和探索，在管理优化方面，应该建立、完善统一的技术规范、建立健全数据管理平台、培养专业化腐蚀检测人才队伍；在技术改进方面，进一步加强腐蚀机理和检测技术深入研究、开展针孔等腐蚀缺陷的检测与验证技术研究和开展组合式内外检测工具研发 。
参考文献
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作者简介：傅军杰（1983.8），男，本科，工程师职称，现任国家管网集团华东公司嘉兴管道管理处副经理职务，自参加工作以来一直从事于管道建设、运营、保护、科研等相关工作，熟悉管道保护相关检测、防腐、阴极保护等相关技术，在巡线管理、第三方施工管理、完整性管理等方面管理经验丰富。