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摘要：钢厂大口径煤气管道数量较多，随着使用年限的增加，管道由于内外壁腐蚀问题引起的泄漏事故时有发生。本文主要针对煤气管道腐蚀问题，列出有效的在线检测方法及修复方法，对钢厂煤气管道的安全运行具有一定的指导意义。
关键词：煤气管道；腐蚀；检测方法；修复方法
管道是煤气输送的主要方式。煤气是一种极其危险的气体，一旦泄漏，煤气迅速外泄发生膨胀，释放大量的能量，就会引起火灾事故。钢厂大口径煤气管道数量较多，涉及ＢＦＧ、ＣＯＧ、ＬＤＧ和ＣＲＧ几种煤气介质。大部分煤气介质的压力远低于Ｏ．ｌＭＰａ，未纳入特种设备的压力管道管理范畴。由于煤气成分复杂，主要有Ｈ2、ＣＯ、Ｃ02、ＣＨ4、02、Ｎ2、Ｈ2Ｓ、ＮＨ3、ＨＣＮ、ＮＯ，还有水、氯化铵、萘、焦油等，其中的Ｃ02、Ｈ2Ｓ等与煤气冷凝水结合形成酸性腐蚀环境，极易造成管道的内壁腐蚀等，同时，管道外壁局部油漆剥落，也会导致管道外壁腐蚀随着使用年数的增加，管壁腐蚀引起的穿孔泄漏也会呈上升趋势，这将严重影响管道的安全运行，因此，有必要定期对管道进行腐蚀检测。煤气管道的外壁腐蚀，可以通过日常巡检来发现；内壁腐蚀，普通的巡检从外观上无法判断，只有采用专业的检测，才能实现。
1 腐蚀原因
金属的腐蚀主要是由于化学或电化学作用引起的破坏 ,有时还同时伴有机械、物理或生物作用 。例如应力腐蚀破裂就是应力和化学物质共同作用的结果。从管道现场腐蚀的情况看, 腐蚀基本都发生在管道的下半部分, 基本以内部腐蚀为主, 主要表现:整体变薄 、管道内有沉淀物 、点蚀后漏气 、焊缝漏气等。现着重分析管道内部腐蚀和沉淀物产生的机理, 首先介绍内部腐蚀的原因 。
1.1 电化学及化学腐蚀
电化学腐蚀和化学腐蚀两者的区别 :当电化学腐蚀发生时,金属表面存在隔离的阴极与阳极,有微小的电流存在于两极之间, 单纯的化学腐蚀则不形成微电流 。在煤气管道的内部腐蚀原因中, 两者常常是同时起作用, 而且是内部腐蚀的主要原因。邯钢管网内输送煤气的主要成分及参数见表 1。煤气中的硫化氢 ,二氧化碳和少量的氧是引起管道内部化学腐蚀损害的主要成分。内部化学腐蚀有以下几种最普通的类型 :无硫气腐蚀, 由 CO2和水引起 ;酸腐蚀, 由硫化氢和水引起 ;氧腐蚀,由氧和水的相互作用引起的腐蚀.
1.1.1 无硫腐蚀
无硫腐蚀主要引起金属一般的腐蚀或金属浅表面的局部腐蚀。 CO2易溶于水并与水发生反应生成碳酸, 降低水的 pH值 ,增加水的腐蚀性。实验研究表明, CO2溶于水后形成溶液的酸性和腐蚀能力随CO2分压和温度的升高而增加 。另外同时含有 CO2和氧的水,其腐蚀性远比只含有相同一种气体的水为高。对含 8 ×10-6溶解氧的 CO2 水溶液 ,腐蚀速率是含 1.6 ×106溶解氧的 2 ～ 2.5倍。
1.1.2 酸腐蚀
硫化氢与水共存时,可产生氢硫酸,引起管子内表面的坑蚀和破裂,并生成一种不可溶解的硫化铁 。这种腐蚀能很快发生, 常常在比较短的时间内引起相当大的金属损失 。
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1.1.3 氧腐蚀
煤气管道中存在冷凝水, 而且煤气成分中含有一定的氧 ,由于水的表层直接与煤气接触,溶解氧的浓度大,而较深层水的溶解氧的浓度相对地较小 ,这就在同一金属表面出现不同的电极电位 。氧的浓度大的区域电位高, 为阴极;氧的浓度小的区域电位低, 为阳极 ,从而造成通常所说的氧的浓度差腐蚀 。
1.2 应力腐蚀
除了上面介绍的腐蚀原因外, 煤气管道中还存在着应力与腐蚀的共同作用。由于煤气管道一般由钢板焊接而成,焊接过程中有可能局部受热不均匀 ,引起管道内应力和管道内部组织发生局部变化 ,而这从外观不易观察出来。一旦应力释放, 则造成应力腐蚀以及由此引起的金属的化学不均匀性 , 在局部形成微电池,同时也加速了焊口部位的腐蚀速度 ,这也是焊缝处容易发生煤气泄露的原因之一 , 但随着工艺水平的提高, 这已逐渐不是煤气腐蚀泄露的主要原因。
1.3 管道沉淀物
讨论煤气的腐蚀原因时 ,不能忽略另一个重要因素:煤气管道内的沉淀物 。常年运行的煤气管道底部都可以发现一层固体杂质主要含硫、碳类和非碳类杂质,这些杂质不仅影响冷凝水的排出,而且会加速对管道的腐蚀。
2 在线检测方法
由图1可见，管道的内壁腐蚀呈点状分布，如采用常规的超声测厚，较难检测到点状腐蚀的严重区域。因此，我们采用了超声Ｃ扫描检测技术，此种方法可不停机对煤气管道点状腐蚀进行检测，并进行精确定位、定量。超声Ｃ扫描检测方法是一种利用超声声波的声学特性并结合运动编码信息，通过电脑集成化系统，对超声信号进行一系列的处理分析，获得缺陷在不同深度层面上的二维声学图象的一种先进的检测方法。从所显示的二维图象上可以直观地看到在一定深度层面上缺陷的形状、位置、分布及取向。根据缺陷图象和所选择的扫描参数可以得到缺陷在层面各个方向上的尺寸，包括长度、宽度及单个分散缺陷的大小，密集缺陷的分布范围等。该检测方法可以对带有均匀漆层的管道进行自动检测，给出所检测区域管道的最小厚度及厚度分布情况，为管道的安全管理提供可靠数据。
3 在线修复方法
针对检测到的煤气管道严重的内、外腐蚀，应进行修复。由于生产原因，煤气管道常需要进行不停机修复。煤气管道常规的修复方法有，焊接修复、带压堵漏、钢板局部托补、环氧树脂包覆、整体更换，这些方法都有各自的局限性，如焊接修复方法通常在停输状态下进行，对于焊缝泄漏及薄壁管体缺陷修复，在线焊接修复存在巨大的安全隐患；带压堵漏，是一种临时性的补救方法；钢板局部托补，将增加管道自重，影响管道应力分布及支架沉降；树脂包覆，老化速度快，导致管道再次泄漏的发生；整体更换，成本高，需要停机，影响连续生产。综合考虑待修复管道的实际情况，可以选择碳纤维复合材料包覆，此种方法修复即可恢复管道原有的承载能力，提高管道的使用寿命又具有免焊不动火、快速修Ｓ、承载能力高、抗老化、寿命长等特点。碳纤维复合材料包覆技术方法，首先使用修补材料对管道缺陷部位进行填平处理（如内表面腐蚀，不需要此步骤），然后配合专用粘结剂在需耍补强的管道外缠绕碳纤维材料，形成碳纤维复合材料补强层。补强层固化后，与管道形成一体，代替管道材料承载管内压力，从而达到恢复管道设计运行压力的目的。
4 结束语
应用超声Ｃ扫描检测技术方法，可有效地解决钢厂大口径煤气管道腐蚀的在线检测问题，同时应用碳纤维复合材料包覆技术方法，可实现在线修复，从而保证煤气管道安全运行。
参考文献
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[3]顾素兰, 何磊. 钢厂大口径煤气管道管体腐蚀的在线检测及修复方法[C]// 中国金属学会冶金安全与健康年会. 2015.
论文作者:孙仁毅
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/23
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