滩海陆岸开发模式管线腐蚀探讨

滩海陆岸开发模式管线腐蚀探讨

燕龙

胜利油田石油开发中心有限公司

摘要：探讨滩海陆岸开发模式下，滩海陆岸平台至陆上终端站之间的油气水等管线的腐蚀风险。探讨下步管线防腐措施方法。

关键词：滩海陆岸；管线腐蚀；防腐

一、滩海陆岸开发模式简介

滩海陆岸石油工程是指位于滩浅海区域内，采用筑路或栈桥的方式与陆岸连接，从事石油勘探开发的工程项目[1]。采用滩海陆岸平台+进海路+陆上终端站模式进行石油勘探开发。滩海陆岸平台由砂石填海等方式建成，陆上终端站就近在陆地选址建设，两者由进海路进行连接。进海路一侧建造管沟，管沟内填砂，敷设管线，采用混凝土盖板封顶。胜利油田青东5、垦东12、老168等采用此方式开发。

二、管线运行工况分析

因综合考虑油田开发实际使用及经济效益，进海路通常设计为漫水路，通常情况下进海路可以通车，在极高潮位，例如风暴潮等，海水可漫过路面。本文以青东5为例，该进海路分4段：滩涂道路、浅水段、深水段、透空式进海路，浅水段和深水段和在一起称为实体段进海路。高程分别为2.1m-2.2m-2.7m-4.7m。其中滩涂段和实体段为漫水路结构，透空段为桥梁结构，本文主要讨论滩涂段及实体段。

管沟设计在进海路背浪侧，里面敷设有油、气、水三条管线。管沟结构如下：

由进海路高程减去管线埋深，管线所处高程为：1.2m-1.3m-1.8m。该海域平均高潮位0.95m，平均低潮位-0.51m。

管线实际所处运行工况。每日高潮时，海水并不会漫过进海路，车辆人员皆可通行，当天文大潮或者风暴潮发生时，海水漫过进海路，陆岸平台采用远程操控油井生产。

通常情况下，每天会有一次高潮潮位超过1.5m，海水虽然并不漫过进海路，但是会通过管沟的伸缩缝等结构缝隙进入管沟，退潮后海水通过缝隙缓慢流入大海。在极端条件下，海水漫过进海路实体段，管线全部处于海水中，一般维持2-3天，风暴潮过后管沟内海水将存在4-5天，等潮位降低后缓慢流入大海，风暴潮每年约3-4次。

管线实际处在干湿交替频繁，氧气供应充足的工况下运行。

三、海洋腐蚀原理

根据海洋腐蚀研究，海洋环境可以分为海洋大气区、浪花飞溅区、海水潮差区、海水全浸区和海底泥土区五个腐蚀区带。国内外长期的海洋腐蚀研究结果表明，钢结构设施在海洋环境不同腐蚀区带其腐蚀速率有明显差别，其中浪花飞溅区是钢结构设施腐蚀最为严重的区域。主要原因是，在浪花飞溅区，钢表面受到海水的周期性润湿，处于干湿交替状态，氧供应充分；加之阳光、风吹和海水环境等协同作用导致发生最严重的腐蚀。一般情况下，钢在海洋大气中的平均腐蚀速率约为0.03-0.08mm/a；而浪花飞溅区为0.3-0.5mm/a。下图是海洋用钢在我国海域的实际腐蚀规律图[2]。

钢铁在浪花飞溅区存在自催化过程。在浪花飞溅区，频繁的干湿交替环境下出现了FeOOH和Fe3O4的快速循环，催化铁的氧化反应；其锈层中包裹着小块基底金属，形成了大阴极小阳极的电化学腐蚀特点；且锈层中通过大气氧化生成的FeOOH和Fe3O4具有特殊的电化学特性，这些因素都大大加速了腐蚀速率，也从根本上解释了为什么浪花飞溅区的腐蚀最为严重。它一般是海水全浸区腐蚀速度的3-10倍[3]。

那么，针对青东5管线所处工况，管线高程1.2m-1.75m，平均高潮位为0.95m，在平均高潮线以上0.25m-0.8m，正处于浪花飞溅区的范围。每天至少1次高潮海水进入，低潮海水流出，符合频繁的干湿交替环境，管沟内氧气供应充足，因此可采用浪花飞溅区的腐蚀研究结论。

对比海底管道运行情况大部分处于腐蚀速率低的全浸区及海泥区，风险大的区域是在管线出海进入平台的浪花飞溅区。相关采油单位定期会对该部位投入大量资金进行维护。而青东5管线实体段6.18km全部处在浪花飞溅区，可以说是一个线，而不是一个点，腐蚀发生的几率呈几何倍数增加。同时，对比埋地管线腐蚀速率平均0.075mm/a，可以得到结论，滩海陆岸管线的腐蚀风险远大于海管和埋地管道。

在2015年1月1日新环保法施行。绿水青山就是金山银山的理念深入人心，在当前环保形式下，滩海陆岸开发模式所处的滩浅海一旦发生管线腐蚀穿孔，原油进海将大面积扩散，环保风险及经济损失都难以估量。

四、可以采取措施及办法

1、将管线脱离海浪飞溅区。向上进入大气区，可依托进海路，通过修建管架等方式实现；向下进入全浸区，可以采用海管敷设。但这两种方法对比管沟内敷设管线投资预计将大幅增加，需要进一步研究其经济性。

2、管线外防腐形式优化。建议以提高防腐层质量为出发点，选择优异的防腐层。经过长时间的使用经验，认为3PE是较可靠的外防腐形式。

3、加强管线配套措施。建议采用强制电流阴极保护，加装收发球装置。收发球装置可以定期通球清管，同时能够通球进行管线内检测。对于管线光线测漏需要进一步使用研究。

4、加大运行维护投入，定期进行管道检测和管道维护。管线检测及维护是延长管线使用寿命的有效措施。

5、使用非金属管线。目前随着玻璃钢管线、复合材料管等的推广应用，经过时间的检验后可以考虑使用。

6、应进一步完善单独的滩海陆岸开发的标准规范。

五、结论

1、滩海陆岸管线敷设在进海路旁管沟内，腐蚀风险远大于埋地管线及海管。

2、应提高管线的防腐级别，采取可靠的防腐工艺。3PE是较可靠的外防腐形式。

3、应定期进行管线检测维护。建议运行3-5年进行第一次管线检测，之后每1-2年进行一次。

4、未来采用滩海陆岸开发模式，可探索新的管线敷设方法及新的管线材质。

总之，通过海洋腐蚀理论分析管线运行工况，结合青东5、垦东12管线实际运行情况，滩海陆岸开发模式管线的腐蚀风险非常大，应当进一步加强研究，提前做好措施，加大前期投入及后期运行维护投入，确保管线腐蚀风险受控，消除因管线腐蚀造成的环境污染及经济损失。

参考文献：

[1] 滩海陆岸石油作业安全规程

[2] 侯保荣.钢铁设施在海洋浪花飞溅区的腐蚀行为及其新型包覆防护技术.腐蚀与防护，2007

[3]侯保荣.我的海洋浪花飞溅区腐蚀情缘.