基于內檢測數據的腐蝕分析與應用技術

孫 鵬，孔吉民，高勇杰，侯建明

(1.四川德源管道科技股份有限公司，四川成都 610041； 2.國家管網集團西氣東輸公司銀川輸氣分公司，寧夏銀川 750001)

0 引言

管道內檢測技術是指運用智能清管器在管道內部逐級掃描，通過后期處理實現對管體缺陷類型、位置、尺寸的識別與量化，檢測系統包含無損檢測、數據采集與存儲等設備[1]。國內于20世紀80年代開始管道檢測技術與設備的研究和應用[2]。

通過內檢測可獲得大量的管道本體信息數據，數據內容豐富，會展現出每個管道的附件特征以及缺陷的屬性信息和位置信息，屬性信息包括缺陷的軸向長度、徑向深度、環向寬度；位置信息包括缺陷的絕對距離、所在管節、環向位置時鐘方位等[3-4]。內檢測數據將管道本體狀態反映出來。根據GB 32167—2015中提出的基于內檢測數據的完整性評價方法，通過分析，結合專業檢測數據對管道本體潛在風險進行識別，降低管道風險。

1 管道腐蝕原因分析

1.1 管道外腐蝕原因分析

針對管道外腐蝕的特點，電子通路為管道本體，相對穩定；陽極、陰極、離子通路，在管道敷設環境條件下容易發生變化。管道外腐蝕也是從容易變化的3個條件來進行控制，通過外涂層的方式切斷離子通路進行外腐蝕控制；通過陰極保護方式平衡陽極與陰極的電位差進行外腐蝕控制。因此，從管道大數據的角度來看，管道外腐蝕的發生主要是外部環境、涂層完整性、陰極保護有效性、雜散電流干擾等綜合影響的結果[5]。

1.2 管道內腐蝕原因分析

管道內腐蝕主要受輸送介質、管道化學材料成分(組織結構和表面狀態)和輸送工藝等方面的影響。材料不接觸電介質溶液不會發生電化學腐蝕，油氣中水含量越高，水的析出概率越高，發生腐蝕的概率越高[6]。因此，結合內檢測數據的特點，管道內腐蝕主要由于管道內部存在積液造成。

2 基于內檢測數據的腐蝕分析與應用

2.1 基于內檢測數據的外腐蝕分析與應用

2.1.1 數據收集

針對外腐蝕分析，應至少收集的數據如下：管道內檢測數據；管道外檢測數據，如外防腐層檢測數據、雜散電流干擾數據等；管道中心線數據。

2.1.2 外腐蝕分析技術

針對外腐蝕分析，主要利用的分析技術為腐蝕缺陷多源數據比對分析[7]，即不同來源的數據以統一的數據基準進行數據對齊，數據基準最好是以管道中心線數據建立；若無管道中心線數據，以內檢測里程為基準建立。

2.1.3 應用案例

某管道于2009年2月投產，2016年對該段管道實施了腐蝕內檢測。通過將收集到的管道中心線數據、內檢測數據與管道外檢測數據，以管道中心線數據為基準建立對比關系，發現1處外腐蝕缺陷與涂層破損點存在相關性且該段管道伴隨較強烈的交流干擾(干擾程度：中)，缺陷信息見表1。

表1 缺陷對比信息表

通過對該缺陷進行開挖驗證，發現管道防腐層破損處有明顯的1處關聯性外部金屬損失，且伴隨浮銹，見圖1。經過現場測量，外腐蝕缺陷長58 mm、寬28 mm、深4.61 mm，缺陷深度為29.18%(缺陷附近非缺陷區域壁厚15.8 mm)。該處驗證結果表明：管道防腐層破損點處，存在雜散電流干擾時，管道外腐蝕風險明顯增大。因此，針對外腐蝕：定期開展涂層完整性檢測評價，確認涂層的完整性；在日常電位測試過程中重點關注雜散電流波動情況，對于異常波動電位開展雜散電流專項檢測評價。

圖1 缺陷外貌圖

2.2 基于內檢測數據的內腐蝕分析與應用

2.2.1 數據收集

針對內腐蝕分析，應最大程度收集的數據如下：管道內檢測數據；管道高程數據或IMU檢測數據。

2.2.2 內腐蝕分析技術

現階段，陰極保護系統不能對內腐蝕進行保護。一般情況下，運營單位通過清管作業破壞腐蝕介質環境達到對內腐蝕控制的目的，因此應分析內腐蝕發生機理，確認內腐蝕發生位置用于評價管道缺陷。

內腐蝕發生的必要條件是管道內部有積液，而積液通常發生在管道地勢較低處。因此，圍繞水線區域(環向5:00～7:00)的腐蝕為分析重點[8]。按照NACE SP0206—2006《Internal Corrosion Direct Assessment Methodology for Pipelines Carrying Normally Dry Natural Gas (DG-ICDA)》中的DG-ICDA間接檢測的方法，通過氣體運行參數及管道基礎信息計算出管道臨界傾角θ，計算方法如下：采集管道高程數據，根據管道高程數據計算出每一分段管道的傾角。比較θ與管道傾角，當管道傾角≥θ時，則該處管道存在積液的可能；反之，則不會存在積液。

式中：θ為臨界傾角，(°)；ρl、ρg為液體、氣體密度；did為內徑；vg為表觀氣體流速。

2.2.3 應用案例

利用內檢測搭載IMU檢測方式或人工探測的方式獲得管道高程數據，利用管道高程數據進行內腐蝕分析評價工作。以某管道為例，該段管道于2009年投產，2017年進行了漏磁檢測。通過對本段內檢測數據的內部金屬損失的統計發現，內部金屬損失在各時鐘方位上并未有明顯的集中趨勢，但是在管道底部(5:00～7:00)有明顯的集中趨勢,占比達到了38.29%，同時根據本次內檢測的清管產物，可以初步判斷內腐蝕的存在。

通過將管道內部金屬損失與管道高程進行疊加分析，發現管道底部(5:00～7:00)內部金屬損失在管道地勢較低處存在聚集趨勢。通過對比管道傾角與臨界傾角(圖2橫線)的關系，確認該段管道大于臨界傾角θ的點有3處。然后，通過將管道內部金屬損失與管道高程進行疊加分析，發現管道底部(5:00～7:00)內部金屬損失在管道積液點附近存在聚集趨勢(見圖3)。因此，依據分析結論可以得出：管道積液點的管段存在內腐蝕風險，應當加強日常清管作業，清出管道內的積液。

圖2 管道傾角與臨界傾角的關系圖

圖3 管道積液點與內部金屬損失、高程關系圖

3 結束語

隨著管道運營年限的增加，多輪次的檢測數據以及多源檢測數據越來越多，由于無統一的數據采集標準和多源數據比對基線數據的缺失，造成了多源數據之間形成了數據孤島，數據共享困難，不能實現基于大數據綜合比對分析的腐蝕評估與預防。針對上述情況，管道運營管理單位應在后續工作中，通過技術開發與應用，結合完整性管理需求開展下述工作：

(1)建立完善的數據標準體系。以地理空間坐標數據為基礎，建立基于管道中心線的數據標準體系，實現多源檢測數據基于管道中心線數據的綜合比對分析。

(2)實現管道業務數據集中共享。以內檢測數據為基礎，通過與其他數據(外檢測數據、施工數據、管道中心線數據等)的關聯與整合，實現管道數據的共享與可視化管理。

(3)實現管道風險的科學化管理。通過多源化數據綜合比對分析技術對管道潛在風險進行精準分析與預測，提升風險管控能力，實現風險的科學化管理。