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1、渤 海 石 油 管 线 与 设 备 的腐 蚀 调 查 分 析中 国 海 洋 大 学2003 年 11 月1前言：腐蚀损害经常危及着海上设施与设备的安全和正常使用。由此造成的经济损失、事故隐患及其后果的严重性，一直困扰着海上设施的操作者和管理者，腐蚀事故与案例不胜枚举，在海洋石油领域中早已引为关注。1989 年由渤海石油公司设计公司组织进行过一次海水中附着生物对平台导管架腐蚀的影响调查。但对现役海上设施与设备的全面综合性腐蚀调查尚无先例。过去曾有一些有识之士提议对我国海上石油设施与设备进行腐蚀调查，以便为现场操作者提供技术指导，以利作业，同时也为设计人员反馈信息，以利改进，但终因条件不具备而未得
2、实现。为此，海洋石油股份有限公司和渤海石油公司的领导及主管部门提出对渤海海域海上设施与设备的腐蚀状况进行一次全面综合性调查，以便为科学合理地解决海上设施与设备的腐蚀问题提供控制方法和决策依据。青岛海洋大学化学化工学院在金属腐蚀与防护学科领域，特别是在海洋环境中金属腐蚀及其控制方面已有三十多年研究和经验积累，对此颇感兴趣，并希望接受该项调查任务。在此情况下双方于 1999 年 5 月在海洋石油股份有限公司和渤海石油公司驻地，分别签定了“SZ36-1 海上设施、设备腐蚀调查研究合同”和“埕北等海上设施、设备腐蚀调查研究合同” 。1999 年 5 月、8 月和 10 月，经 6 次出海，先后对埕北油
3、矿的 U/A-B 平台、D/P-B 平台、U/A-A 平台、D/P-A 平台、渤海明珠号的浮式生产储油轮、SZ36-1 A 区 APP 平台、JZ20-2 气矿中北平台、 BZ34 油矿的渤海长青号浮式生产储油轮、QK18-1 油矿的 APP 平台等进行了调查检测。此外，还对 JZ20-2 气矿终端的天然气分离厂（兴城）和渤西 QK18-1 油汽矿终端的气体处理厂（塘沽）设备的结垢与腐蚀问题作了实地考察。经过调查检测，收获较大，感受较深，基本达到了预期目的和要求。2调查工作的意义：严酷的海洋环境和复杂的生产工艺使海上金属结构遭受不同形态、不同程度的腐蚀。按照热力学分析，在海水、盐雾及液膜介质中
4、一般金属结构材料几乎都可能发生氧去极化腐蚀，铁、锌、铝等还会发生氢去极化腐蚀，在碳酸盐介质和硫化氢存在下，特别是在应力、冲击、涡流、空泡和磨振等机械作用，以及细菌和附着生物作用下，腐蚀现象尤为复杂和严重。已往人们把腐蚀防护的调查研究重点放在海水全浸区和海泥区，投入较多的人力、物力和经费，做了大量卓有成效的工作。相比之下对于海面以上的设施与设备，则认为可以看得见、摸得着，容易维修、保养和更换，从而重视不够。然而事实说明，经常出现的运作故障大部分是由陆面设施的腐蚀损害引发。虽然设计时考虑到腐蚀因素的影响，建造中也采取了一定的防腐措施，但终因工艺设计、材质选择、施工质量、维护管理以及工况与环境变化等
5、诸多因素的影响，往往从开端运行就出现腐蚀，且与日俱增。某些成套的贵重设备也有如此情况。面对海上设施与设备的许多腐蚀问题，本次综合调查，无论对设备管理、安全生产，还是正常运行、环境保护都具有现实意义和长远效益。通过这次调查研究，了解分析海上设施与设备的腐蚀状况与潜在隐患；探讨论证腐蚀发生与发展的规律；研究因果关系，提出缓蚀措施及减少维修更换的方法与对策，由此减少关停故障，提高设施与设备的完好率，延长使用寿命和 维修周期，提高安全指标，避免环境污染，以保证海上生产作业的安全进行。总之，海上设施与设备的腐蚀损害经常发生，并直接影响到生产、安全与环保的诸多方面（如表所示） 。前期之鉴，后期之师，及时发
6、现，正确判断，合理控制，消除隐患。实际情况表明，此行综合调查研究是十分必要的。腐蚀损害生 产 安 全 环 保运行失常跑冒滴漏效率降低维修加重停产故 障设备损坏控制失灵事故隐患人身伤亡泄漏危害噪声增大治理耗资污染环境影响质量3调查目的与要求：按照合同内容，拟定本次调查研究工作的目的要求如下：3.1 调查研究目的本次调查研究的核心是海上设施与设备的腐蚀问题。通过调查研究，了解腐蚀状况，分析腐蚀原因，查找潜在隐患，提出相应对策，为采取合理维修、更换和防护措施提供决策服务和依据。3.2 基本要求3.2.1 本次调查研究工作将投入高素质科技人员和采用先进的科技方法，保证调查工作取得真实、可靠、丰富的现场
7、信息资料，以利分析、研究、判断与决策。3.2.2 通过调查研究，对经常发生或存在已久，抑或近期暴露的腐蚀现象和问题进行分析，查找原因，提出相应整改意见和建议。3.2.3 应特别注意查寻腐蚀隐患，提出防范措施。3.3.3 将腐蚀严重和影响较大的问题作为重点，深入全面地分析其原因和危害，研究相应对策，提出解决问题的对策意见。4主要解决的问题：本次调查主要针对海上设施的结构部分，生产设备，安全设备，防污设备，以及运转设备中发生的腐蚀问题。4.1 海上设施主要结构和重要支撑，基础，FPSU 船体等部分的腐蚀损伤、损坏及损耗对设施安全的影响程度及相应措策。4.2 海上油气生产专用设备，工艺系统及管路的腐
8、蚀问题，尤其是容易被忽视的连接部位和进出口。4.3 运转设备的腐蚀/磨蚀问题，如最容易发生腐蚀/磨蚀，且其危害又最直接的海水系统中泵、管线、阀门、容器及热交换器等部分。4.4 安全设备的腐蚀问题，如惰气系统和消防系统。4.5 其它方面的腐蚀，如电缆支架，仪器、仪表连线、接头及启动开关箱等。4.6 对所发现的腐蚀问题提出科学、合理、经济、有效的对策和意见。5调查内容：5.1 受检平台为了既有代表性以减少工作量和费用，又具有针对性以解决实际问题，根据已往使用档案和暴露问题，按照合同内容，确定以下受检平台：5.1.1 埕北油矿 D/P -B 平台5.1.2 埕北油矿 U/A-B 平台5.1.3 渤海
9、明珠号（SZ36-1 油矿的渤海明珠号浮式生产储油轮）5.1.4 SZ36-1 油矿 A 区 APP 平台5.1.5 JZ20-2 气矿中北平台5.1.6 BZ34 油矿渤海长青号浮式生产储油轮5.1.7 QK18-1 油矿 APP 平台5.1.8 渤西气体处理厂（塘沽）5.2 调查内容5.2.1 本次调查范围限于水面以上结构及生产设施、运转设备、安全设备、防污设备的陆面部分。5.2.2 本次调查项目包括有关设施结构方面的构件、节点和船体等；有关机械方面的机、泵、连体底座，容器和换热器等；有关油气生产的专用设备及工艺系统；有关安全和防污系统部分等。6调查方法与技术要求6.1 调查方法6.1.1
10、 了解受检设备的工作原理，设计工艺，操作工况，以及材质与环境（包括物理、化学、机械、生物等内容） 。6.1.2 搜集、整理原始资料，服役档案，运行记录，特别是非正常现象与故障。6.1.3 与设计、管理和现场操作人员交流信息，澄清事实，统一认识。6.1.4 现场一般性检查，包括目视观查，摄影，录象，和腐蚀形态记录。6.1.5 现场重点检查，根据具体情况进行测厚、测深和电位检测， 以及取样辅助分析等。6.1.6 专题性论证，即通过工艺结构材质介质工况因果综合分析，提出诊断意见。6.2 技术要求6.2.1 调查程序：了解情况查阅资料搜集信息外观检查重点检查座谈讨论调查记要初步意见专家会诊（实验验证）
11、调查报告6.2.2 现场调查纪要中包含日期，人员，受检平台，受检设备部分，档案资料名称，座谈讨论内容与参加成员，以及检查内容与结果。6.2.3 现场初步意见是通过调查后，对所调查部分中有关腐蚀现象和问题给予情况描述、原因分析以及处理方案的初步意见。6.2.4 现场一般性检查是对被调查设备的腐蚀外观，重点部分的腐蚀形态进行描述、拍照和录相。对于均匀腐蚀要记录锈蚀分布，产物色形，与涂层情况均匀程度。对于局部腐蚀要记录形态特征，点孔密度，集中部位及其严重程度，特别注意观查磨振、冲击、空泡、应力开裂的特征蚀象，以及设备运行工况和生物化学迹象。6.2.5 现场重点检查是对腐蚀严重或部位重要的情况作进一步
12、调查检测，其中包括对设备壁厚、点蚀深度的现场测量和对阴极保护区的电位测量等。6.2.6 环境介质是腐蚀外因，是评估危害程度和确定防护措施必不可少的因素，故须了解环境干、湿程度，介质的 pH、电导性、流动性，有无氨、硫化氢和细菌腐蚀迹象，以及设备受热、载荷、振磨和电接地情况等。6.3 方法与仪器仪表6.3.1 表现检查主要依靠目视和显微（放大）镜观查，并将外观蚀象摄影或录相，并作详细描述和记录。6.3.2 均匀腐蚀速度通过测厚推算，测厚使用便携式超声波测厚仪。6.3.3 局部腐蚀主要测量腐蚀深度和孔径，对此采用深度计或干分尺测量。6.3.4 对阴极保护效果和电偶腐蚀的电位测量使用便携式电位仪和卤
13、化银参比电极，并随时用饱和甘汞电极进行校准。6.3.5 设备零部件之间绝缘性能使用欧姆表或万用表测量。6.3.6 现场调查中介质电导率使用电导率仪测量，介质 pH 用 pH 计配合玻璃电极或用精密pH 试纸测量。6.3.7 介质或容器中的氨用离子计配合氨敏电极测量，硫化氢用离子计配合硫电极测量。6.3.8 对一切有待深入剖析的蚀象均取其材料、腐蚀产物和介质样品带回实验室分析检验（动用大型仪器设备如电镜、X-射线荧光、结构分析、锈层能谱分析、ICP 分析、组织金相分析等经费另议） 。7调查结果与分析评估7.1 调查结果7.1.1 埕北油矿 B 平台海水用于以下设备：原油冷却器、注水泵、冷凝液泵、
14、油分监测器、加氯（电解）装置、发电机、淡水制造装置、锅炉给水泵、污水处理系统、冷冻机、 、消防栓箱及消防管线等。据现场管理、操作人员反映：污水系统内腐蚀肯定存在，A 区动力管线发生泄漏，点蚀严重。外腐蚀比较多见，保温层拆除后漏水处的腐蚀很严重，甚至烂穿成洞，临时用环氧玻璃布涂封，有待更换。海水冷却系统内腐蚀较严重，多次泄漏拆换仍发生问题。其中弯头特别严重。结垢情况较严重，主流程 14 年结垢 67cm 厚，含混砂质等杂物。消防管线长期不用，内部腐蚀堵塞，有待解决。除消防栓和主干线外，支消防管路已堵塞停用。为防止主干线和消防栓堵塞，每年要放几次水，每次放水初期是黑色，随后变清，水中含硫化物，与细
15、菌受热繁殖加快有关。现场观测可见：污水处理系统的设备和管线存在不同程度的腐蚀，其中污水排放管比较严重。保温层破损处因渗漏进水，致使内部管壁普遍发生严重的内部腐蚀，甚至保温层情况良好的内部管壁也发生明显的均匀腐蚀。污水系统结垢比较突出，污水管、过滤器及其管线普遍结垢，管壁内垢层 56mm，经常堵塞，故通堵除垢的工作量较大。排污管终端几乎被垢层堵满。海水过滤器进、出口 8 吋无缝钢管和阀门已腐蚀穿孔，多处补焊应急，最后终因多处漏水，循环海水压力下降影响生产（8 吋管只有 4 吋管流量）而更换。但这并未根本上解决腐蚀问题。消防泵（P 801）出水短节底部周围腐蚀裂开，发生泄漏，靠近井口顶端弯头处的肓
16、板锈蚀泄漏，已检修更换。调查结果表明：D/P 底甲板排海管线因结垢堵塞，无法清除，采取切断加支路排放；U/A 下甲板底蒸气管腐蚀穿孔，换管焊接，保温处蚀穿泄漏，更换部分管段。海水管线、污水管线均有内腐蚀。保温层里因渗水造成管线严重外腐蚀。蒸汽管外“泛碱”腐蚀，每年检修或换管段。消防栓和主管经常堵塞，打开后出黑水，怀疑是硫化物，有待解决。消防泵与扬水管连接短节锈蚀穿孔；保温层内管壁外腐蚀普遍严重；排污管烂穿；甲板上热风管腐蚀烂穿。从资料档案中得知：96-12-26 B 平台 U/A 下甲板底部蒸气管修理管线腐蚀穿孔，换管焊接。98-3-2 兰星清洗公司完工报告中记述：对 B 平台 U/A、D/P 排放、排污管线进行清堵，上述管线内严重结垢堵塞，不能正常工作，需进行化学和高压水清洗。6吋管内垢层15mm，清洗管线60m。8吋管内垢层16mm，高压清洗。D/P 各排放地漏通堵28个，高压水清洗。管线3吋、6吋有6m 腐蚀严重，需改造更新
