管道輸送是油氣介質(zhì)長距離運送的重要途徑。陸地管道的建設和運行是非常成熟的，全球大多數(shù)管道都敷設在陸地。隨著海洋石油工業(yè)的發(fā)展，近年來，海底管道輸送方式在我國也有一定的發(fā)展。1954年，美國墨西哥灣海底敷設了一條管道，此后海底管道的建設規(guī)模不斷擴大，目前，全球范圍內(nèi)鋪設的海底管道總里程數(shù)已經(jīng)達到數(shù)十萬公里。在海上油氣田油氣輸送領域，海底管道占據(jù)主要地位。隨著陸地油氣開發(fā)難度逐漸增加，人們將越來越多的目光投向海洋，可以預見，海洋石油和海底管道的開發(fā)和建設在未來會迎來更大的發(fā)展。由于我國海洋開發(fā)起步較晚，海底油氣管道的建設相對滯后，但其發(fā)展極其迅速。我國第一條海底輸油管道是與國外石油公司聯(lián)合開發(fā)的長約1.6 km的渤海埕北油田內(nèi)部海底管道，于1985年建成投產(chǎn)。此后，我國海底管道建設不斷取得突破性進展，逐漸從油氣田內(nèi)部短距離管道發(fā)展為海洋平臺間以及海洋平臺與陸地之間的長距離海底油氣管道。目前，我國已經(jīng)建成的海底管道包括錦州20-2天然氣和凝析油混輸管道（48 km）、渤海氣田至天津海底管道（46 km）、東海平湖油氣田至上海的兩條海底管道（367 km/303 km）以及南海崖城13.1氣田至香港的海底輸氣管道(778 km)等。

國內(nèi)油氣企業(yè)建設和運行的油氣輸送管道大多為陸地管道，但也有一些管道或管段是敷設在海底的，比如馬-廣原油管道10.2 km的管段敷設于淺海；西氣東輸二線香港支線管道有20 km海底段。2004年10月建成投用的甬滬寧管網(wǎng)杭州灣海底原油管道，全長53.5 km，是我國已建成的口徑最大的長距離海底原油管道。腐蝕失效是海底管道失效的主要原因之一，杭州灣海底管道所處海底環(huán)境復雜，海水腐蝕性強，一旦發(fā)生管道腐蝕泄漏，搶修難度極大，后果不堪設想。

杭州灣海底管道的腐蝕控制是管道完整性管理中的重要環(huán)節(jié)，這涉及地區(qū)經(jīng)濟的有序發(fā)展和海洋環(huán)境的持續(xù)保護，也是管道所屬單位以及社會各界關(guān)注的熱點。對海底管道進行準確的腐蝕檢測評價并采取有效的腐蝕控制手段是非常必要的，基于此，國家管網(wǎng)集團東部原油儲運有限公司的技術(shù)人員重點討論了海底原油管道的外腐蝕檢測評價及控制方法。

一、杭州灣海底管道的基本情況

杭州灣海域是世界三個海況最復雜海灣之一，杭州灣海底原油管道共兩條（甬寧線及嵐白線）。管道起于杭州灣南岸慈溪市，穿越杭州灣開闊海域至杭州灣北岸平湖市白沙灣登陸，如圖1所示，管線材料均為X60低強鋼，海底段管道長度皆為53.5 km。

圖1 杭州灣海底管道示意

由圖1可見：兩條原油管道均由杭州灣南岸入海，之后從海底穿越杭州灣，至北岸某輸油站登陸。兩條管道均在杭州灣南岸入海處及北岸登陸處設置絕緣接頭。兩岸灘涂管道采用加強級熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐蝕，海底段管道采用加強級雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐蝕，補口采用熱收縮套，管外設有混凝土配重層，并用馬蹄脂補口。海底管道安裝了鋁合金犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)。犧牲陽極單支長約0.7 m，陽極布置間距約為60 m。

二、外腐蝕檢測與評價

1、電位測試

埋地鋼質(zhì)管道的外檢測技術(shù)和方法包括測試樁或管道裸露處的通斷電位測試、密間隔電位測試、交流電位梯度法以及直流電位梯度法等，這些測試方法可以測量管道的陰極保護電位、防腐蝕層破損情況、防腐蝕層絕緣面電阻率等。但對于海底管道，這些陸地外檢測技術(shù)通常不適用。對海底管道進行陰極保護電位測試時，通常要基于遠、近電場理論，使用水下機器人（ROV）進行測試。測量船通過臍帶電纜控制ROV、收集數(shù)據(jù)。在ROV上安裝特制銀/氯化銀參比電極，一支距離管道150~300 mm（近參比），另一支距離近參比約600 mm（在近參比上方），用作電場測量參比，還有一支遠參比電極，懸置于測量船處，如圖2所示。ROV配備一個金屬探針，使用探針與管道上的犧牲陽極或金屬試片實現(xiàn)電接觸。

圖2 ROV測量管道電位示意圖

采用圖2所示方法進行測試，在測量起點可得如下數(shù)據(jù)：近參比測得電位V1，遠參比測得電位V2；近參比與遠參比之間的電位差V3。其中，V1是管道的第一個基準電位，V3是近地與遠地之間的基準壓降。ROV沿著管道行進，測量V3值，在測試過程中，保持近參比靠近管道表面。臨近兩個測點的對遠地電位在理論上是相同的，利用V3的變化量以及電位基準值V1，可以計算得到管道沿線的實際陰保電位。在本測量中，每隔一段距離（通常約為5 km）就要進行電位基準校正。如果管道暴露于海床且安裝了鐲式犧牲陽極，ROV攜帶的探針可以接觸犧牲陽極并與管道實現(xiàn)電連接。該陰極保護電位測量方法不適用于本工作中討論的杭州灣海底管道，這是由于杭州灣海底管道大部分埋設于海泥中，且外部安裝有混凝土配重層，難以實現(xiàn)ROV探針與管道的電連接。

2、絕緣性能測試

兩條原油管道在杭州灣北岸登陸后，進入某輸油站。該輸油站4條進出管線均有絕緣接頭測試樁。采用數(shù)據(jù)記錄儀雙通道模式和共用便攜銅/飽和硫酸銅參比電極，測試兩條原油管道進站的絕緣接頭性能，可以看出兩處絕緣接頭內(nèi)外側(cè)電位差明顯，這說明北岸陸地段管道與海底管道之間有良好的電絕緣。海底管道北岸的登陸地點位于上海市周邊，管道受到了強烈的由地鐵造成的動態(tài)直流雜散電流干擾，同時存在明顯的潮汐干擾，在北岸絕緣接頭外側(cè)管道電位有明顯的波動。南岸的B輸油管道90號測試樁絕緣接頭兩側(cè)的電位和交流電壓測試結(jié)果表明：管道絕緣接頭的外側(cè)電位為-1.128～-1.069 V，內(nèi)側(cè)電位為-1.320～1.074 V，外側(cè)交流電壓為0～0.193 V，內(nèi)側(cè)交流電壓為0.721～0.749 V，兩側(cè)的電位波動幅度和方向不一致，同時兩側(cè)的交流電壓差明顯，表明南岸絕緣接頭的絕緣性能良好。杭州灣是錢塘江的入?？?，是我國潮汐最強的河口灣，也是世界著名的強潮河口灣，海底水流湍急，能見度幾乎為零。在這種惡劣的自然條件下，派遣潛水員進行管道接觸式測量的難度非常大。在2020年，借助海底管道隱患整治，潛水員采用手持式銀/氯化銀參比電極對兩處懸空管段的電位進行了測試，測試時利用了裸露的鐲式陽極表面，測量電位分別為-1 039 mV和-949 mV，滿足海底管道陰極保護電位的要求。

3、鐲式陽極的性能分析

為進一步確認原油管道鐲式犧牲陽極（鋁合金）的性能，在海底管道上取下一對鐲式陽極，如圖3所示。

圖3 鐲式陽極的表面形貌

將陽極試樣送至專業(yè)實驗室進行化學成分分析。采用GB/T 17848-1999《犧牲陽極電化學性能試驗方法》標準對犧牲陽極的電化學性能進行測試。試驗溫度為20 ℃，試驗介質(zhì)為天然海水，鋁陽極樣本數(shù)量為3只。試驗結(jié)束后，鋁陽極試樣表面溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物易脫落。由化學成分分析和電化學性能測試結(jié)果可見：陽極的性能符合相關(guān)標準規(guī)定。但從陽極的表面溶解形貌看，該陽極的溶解消耗是不均勻的，這可能與鋁陽極在海泥中出現(xiàn)表面鈍化有關(guān)。鋁陽極在海泥環(huán)境中發(fā)生表面鈍化、出現(xiàn)不均勻溶解的問題已有報道，故在海泥環(huán)境中應慎用鋁合金犧牲陽極。

4、管道內(nèi)檢測

鑒于杭州灣海底自然情況的復雜性，現(xiàn)有技術(shù)難以實現(xiàn)海底原油管道的外腐蝕檢測評價，故開展了海底管道的內(nèi)檢測工作，通過內(nèi)檢測數(shù)據(jù)分析評價外腐蝕的嚴重程度和現(xiàn)有外防腐蝕系統(tǒng)的有效性。檢測發(fā)現(xiàn)嵐白線存在1795處外壁金屬損失，較嚴重的金屬損失皆分布在陸地段，海底段管道沒有超過10%的外壁金屬腐蝕。這表明海底段管道的犧牲陽極起到一定的陰極保護作用。

5、海底電纜的交流干擾情況

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，浙江地區(qū)能源需求增大，根據(jù)浙江省海上風電規(guī)劃，擬建設浙能嘉興1號、華能嘉興2號、浙能塖泗2號海上風電工程，該工程位于杭州灣海域，共擬建海底交流輸電海纜6條。由于地理位置局限，輸電海纜與杭州灣兩條進口原油管道長距離小間距并行。其中甬寧線肩負著原油運輸?shù)闹匾熑?，由于擬建輸電海纜距離管線較近，存在交流雜散電流干擾風險，為了保障管線安全，采用數(shù)值模擬技術(shù)對擬建海纜及計量站對并行原油管線的交流干擾進行預測評估，基于評估結(jié)果制定了緩解方案，確保管道的安全運行。三條海纜輸電線路中浙能嘉興1號線位于三條海纜系統(tǒng)的西側(cè)位置，華能嘉興2號線位于三條電纜系統(tǒng)中間位置，浙能塖泗2號線位于三條海纜系統(tǒng)的東側(cè)位置。海纜由海上升壓平臺將電能輸送至陸地計量站，其中海底部分海纜埋設于海泥下方，埋深不少于3 m，陸地部分埋深不少于1.5 m，埋設方式為直埋。

為評價管道的交流干擾嚴重程度，確定如下評價指標：

1、穩(wěn)態(tài)運行情況下，陸地部分交流電壓小于15 V，交流電流密度小于30 A/m2，海底部分交流電壓小于0.2875 V，交流電流密度小于30 A/m2；

2、電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，接觸電壓小于779 V；涂層耐受電壓小于3000 V。使用專業(yè)交流干擾評估軟件進行模擬，結(jié)果表明穩(wěn)態(tài)運行情況下，海底與陸地管線交流電壓及電流密度均滿足指標要求，無需緩解；當海纜故障運行時，管道均未超出3000 V的涂層耐受電壓限值要求。

三、結(jié)語

杭州灣海底原油管道所處自然環(huán)境惡劣，海水具有較強的腐蝕性，對管道進行腐蝕風險管理具有重大的意義。

受現(xiàn)有技術(shù)能力所限，杭州灣海底原油管道無法開展管道全線陰極保護有效性的評價，僅可依靠潛水員進行個別位置的電位測試。這是管道腐蝕風險控制緩解上的重大缺陷。目前可采取的替代措施是加大內(nèi)檢測的檢測識別率和準確度，采用高清度的檢測儀器對海底管道的金屬損失情況進行定期檢測，及時掌握管壁的腐蝕情況。犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)是海洋金屬結(jié)構(gòu)物常用的保護手段，但通過實踐發(fā)現(xiàn)鋁合金犧牲陽極在海泥環(huán)境中存在一定程度的不均勻腐蝕現(xiàn)象。在實驗室中對鋁陽極的性能進行測試時，往往使用海水電解質(zhì)，但在本案例中鋁陽極的應用場所為海泥。這可能導致陽極的實際性能達不到指標要求。建議加強對鋁陽極在海泥中的性能追蹤測試，對應用于海泥的犧牲陽極，需要進一步研究相關(guān)設計、選材以及評價標準。海洋風電場是未來綠色能源的發(fā)展重點，配套的海底輸電電纜可能對海底管道造成交流干擾，帶來交流腐蝕風險。在電力設施的設計、建設階段，應提前開展電力設施對外部金屬管道的干擾評估工作，并提前采取相應的緩解措施。

四、夢能服務與支持

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夢能對技術(shù)服務團隊始終進行一系列的標準化管理，從專業(yè)培訓到日常報告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會對技術(shù)服務人員進行定期的技術(shù)培訓和能力審計，以使每一位技術(shù)服務人員保持高水準的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務人員都配備先進的涂裝檢驗儀器，儀器設備均按規(guī)定的時間期限進行定期校驗，以保證每套儀器設備工作狀況良好。

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