曲杰1 王志濤2 唐建華1 吳昊1

1.中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司； 2.中國石油集團工程技術(shù)研究院

摘 要：海底管道按照腐蝕部位不同，分為管道內壁腐蝕和外壁腐蝕，國際上常用的海底管道防腐設計包括外防腐涂層、內防腐和陰極保護技術(shù)。介紹了海底管道檢測技術(shù)國內外研究和應用情況，重點(diǎn)闡述了海底管道外防腐檢測技術(shù)的發(fā)展和應用前景。

海底管道最經(jīng)濟有效的外部腐蝕控制措施是涂層防護和陰極保護。有兩種原因導致涂層金屬腐蝕。一是涂層本身存在缺陷，如針孔等；二是在運輸、安裝和運行過(guò)程中涂層被損壞，使金屬暴露于腐蝕環(huán)境。這些缺陷導致大陰極小陽(yáng)極現象，加速涂層破損處腐蝕（圖 1）。

目前海底管道采用犧牲陽(yáng)極陰極保護技術(shù)，但如果犧牲陽(yáng)極存在設計缺陷、管道延壽都會(huì )導致陽(yáng)極消耗后過(guò)早失去作用（圖 2），因此需要定期進(jìn)行檢測或更換。而如何檢測海底管道的外防腐狀況是預防管道發(fā)生外部腐蝕或泄漏的關(guān)鍵。

1 國內檢測技術(shù)應用現狀

目前國內主要采用聲學(xué)調查設備對管道路由位置、埋設狀況及周邊地形地貌進(jìn)行定期檢測，無(wú)法判斷管道的陰極保護狀況。南海一些非掩埋深水管道，水下能見(jiàn)度較高，通過(guò)潛水員或ROV（水下機器人）定期檢測位于海床面管道上的陽(yáng)極，來(lái)了解和掌握海底管道陽(yáng)極工作狀態(tài)（圖 3）。

海底管道陽(yáng)極檢測技術(shù)包括外觀(guān)檢查和電位測量。外觀(guān)檢查包括以下幾方面：①犧牲陽(yáng)極的安裝情況；②犧牲陽(yáng)極的消耗情況；③犧牲陽(yáng)極的電連接情況；④犧牲陽(yáng)極附著(zhù)海生物情況。清理陽(yáng)極表面后，還應檢查其表面是否發(fā)生鈍化、是否遭受不規則腐蝕 以及海生物的影響。測量選定陽(yáng)極電位，判斷陽(yáng)極是否在設計消耗范圍內，因為陽(yáng)極鈍化和海生物附著(zhù)都會(huì )導致陽(yáng)極保護電位超出正常范圍。上述接觸式電位測量技術(shù)，僅能提供測量點(diǎn)的電位，不能提供連續的電勢分布，而且需要清理測量點(diǎn)陽(yáng)極表面，測量的數據不能為陽(yáng)極電流輸出和剩余壽命提供依據。

目前，國內海底管道陽(yáng)極檢測技術(shù)僅局限于非埋設海底管道設施。對掩埋的海底管道，傳統的接觸式陽(yáng)極檢測技術(shù)受查找和開(kāi)挖難度以及水下能見(jiàn)度的影響無(wú)法有效開(kāi)展，導致該領(lǐng)域一直處于檢測盲區。通過(guò)分析近幾年海底管道內檢測數據，部分海底管道確實(shí)存在不同程度的外部腐蝕，主要是由于涂層和陽(yáng)極失效所導致的。因此，海底管道外防腐檢測技術(shù)是當前急需解決的技術(shù)難題。

2 國內外新技術(shù)發(fā)展現狀

國外在海底管道安全檢測技術(shù)方面起步較早，有很多技術(shù)值得我們學(xué)習和借鑒，除傳統的接觸式海底管道陽(yáng)極檢測技術(shù)外，一些新的管道外防腐檢測技術(shù)已成功應用到海洋領(lǐng)域，如金屬磁記憶法、電位分布測量法和電場(chǎng)梯度測量法等。

（1）金屬磁記憶法

金屬磁記憶法由俄羅斯杜波夫教授在20世紀90年代初提出，杜波夫教授用特制的磁力檢測計檢測了鐵磁構件的表面應力集中，通過(guò)實(shí)驗結果，總結出磁記憶的產(chǎn)生是金屬磁現象物理本質(zhì)和材料位錯過(guò)程導致的。通過(guò)磁記憶檢測可以發(fā)現缺陷甚至材料組織的不均勻性（圖 4）。對于管道，即管道的缺陷（制造缺陷、焊接缺陷、機械缺陷和腐蝕缺陷等）會(huì )引起管道應力局部增大，導致該位置磁特性發(fā)生相應變化，這種變化通過(guò)磁力計可以探測到。

目前，該技術(shù)在陸地管道得到了推廣應用，國外也有海底管道應用案例，但是公開(kāi)信息不多。

2013年，我國中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司在中海油海底管道800米環(huán)路實(shí)驗室進(jìn)行了水下金屬磁記憶檢測技術(shù)試驗，獲得了成功。 2014年該技術(shù)成功應用于渤海某海底管道，為國內掩埋海底管道非接觸式檢測技術(shù)的推廣奠定了基礎。

但是金屬磁記憶檢測技術(shù)是通過(guò)已經(jīng)發(fā)生外壁腐蝕的海底管道來(lái)間接評價(jià)陰極保護系統的可靠性，無(wú)法對管道涂層和陽(yáng)極狀況進(jìn)行直接評價(jià)。

（2）電位分布測量法

管道沿線(xiàn)電位分布測量，即密間隔電位測試（Close Interval Potential Survey， CIPS）是判斷管道陰極保護有效性的主要技術(shù)，在陸上埋地管道檢測中得到廣泛應用，國外也已經(jīng)應用在海底管道領(lǐng)域，檢測示意如圖 5所示。

檢測時(shí)，測量船上搭載的自動(dòng)電位記錄儀的一端留有帶絕緣層的金屬導線(xiàn)與平臺立管絕緣法蘭以下的管道進(jìn)行電連接，另一端與搭載在水下拖魚(yú)或ROV上的測量電極相連接，從而構成電位測量回路。由測量船控制拖魚(yú)或ROV沿管道路由上方進(jìn)行巡檢，實(shí)現海底管道沿線(xiàn)電位分布測量，典型的電位分布數據曲線(xiàn)如圖 6中曲線(xiàn) 2所示。根據測量結果，對比表 1和表 2，判斷管道的陰極保護是否有效。

電 位 分 布 測 量 技 術(shù) 國 內 相 關(guān) 標 準 包 括 G B /T 21448–2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規范》、 GB/T 21246–2016《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護參數測量方法》、 SY/T0087.1–2018《鋼制管道及儲罐腐蝕評價(jià)標準 埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評價(jià)》等。

電位分布測量法不適合接點(diǎn)相距較遠的管道。因而除非海底管道距離平臺或登陸端較近，否則不具備適用條件。

（3）電場(chǎng)梯度測量法

電場(chǎng)梯度測量法也稱(chēng)為直流電位梯度測量法（Direct Current Voltage Gradient， DCVG），是目前應用比較廣泛的陸上埋地管道外防腐層檢測技術(shù)之一，屬于非接觸檢測技術(shù)，已寫(xiě)入國內標準SY/T0087.1–2018《鋼制管道及儲罐腐蝕評價(jià)標準 埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評價(jià)》。

將其用于海底管道檢測原理為：在施加了陰極保護的海底管道上，如果管道防腐層有破損，陰保電流將通過(guò)海水介質(zhì)到達防腐層存在破損的金屬管道處，在破損處區域形成電位梯度場(chǎng)，如圖 7所示。電流越大、距離防腐層破損點(diǎn)越近，電位梯度越集中。

測量時(shí)，測量船下放ROV，并控制ROV沿管道上方巡檢，由ROV上攜帶的CTC電極測量并記錄海底管道沿線(xiàn)電場(chǎng)梯度數值，如圖 8所示。根據測量數據，繪制電場(chǎng)梯度數值VS測試距離數據曲線(xiàn)（圖 6中曲線(xiàn) 1），從而判斷管道外防腐層缺陷位置、大小，以及犧牲陽(yáng)極的位置。

采用遠參比電極及CTC電極系統還可以同時(shí)測量/計算管道沿線(xiàn)的電位分布及電場(chǎng)梯度（圖 9）， ROV水下一次行進(jìn)即可獲取多組數據。通過(guò)電位分布數據及電場(chǎng)梯度數據的對比與驗證，提高檢測的準確性。

3 結束語(yǔ)

國家對海底管道安全和海洋環(huán)境保護高度重視，對管道安全管理提出了更高的要求。目前國內海底管道缺乏有效的檢測技術(shù)，需要研究機構、企業(yè)和政府一起聯(lián)合推進(jìn)管道檢測技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現對海底管道的全面檢測，從而為能源安全和海洋環(huán)境安全提供保障。

作者：曲杰， 1977年生， 大學(xué)本科，中海石油技術(shù)檢測有限公司總工程師，主要從事海底管道檢測工作。