冶金煤气大口径管道腐蚀检测及修复方法

文/李杰 李盛 顾素兰

经多年实践证明，针对大口径煤气管道局部腐蚀缺陷的检测，超声C扫描检测技术检测数据直观，准确性高。同时根据管道的实际使用情况，制定个性化的检测方案进行检测，可为煤气管道维护和安全评价提供有效的技术支撑，保证了此类煤气管道安全、稳定运行。

钢厂煤气管道数量较多，涉及BFG（高炉煤气）、COG（焦炉煤气）、LDG（转炉煤气）和CRG（欧冶炉煤气）几种煤气介质。其中较大部分煤气管道，介质的压力远低于0.1 MPa，未纳入特种设备的压力管道管理范畴，因此这部分管道都由企业自行制订管理制度。

金属的腐蚀主要是由于化学或电化学作用引起的破坏。煤气管道中的煤气成分复杂，主要有CO（一氧化碳）、H2（氢气）、CO2（二氧化碳）、CH4（甲烷）、O2（氧气）、N2（氮气）、H2S（硫化氢）、NH3（氨气）、HCN（氰化氢）、NO（一氧化氮），还有水、氯化铵、萘、焦油等，其中CO2、H2S等与煤气冷凝水结合形成酸性腐蚀环境。煤气管道通常采用普通碳钢材料，在这种工作环境条件下，尤其是BFG介质，极易造成管道内壁“点状”“蜂窝状”的局部腐蚀（详见图1）。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。这种腐蚀是管道最具有破坏性和隐藏性的腐蚀形态之一，它常常使得管道在整体失重还很小的情况下，就穿孔产生泄漏。

近年来，随着管道使用年限的增加，管壁腐蚀引起的穿孔泄漏事故时有发生，腐蚀泄漏不仅会发生在管道本体上，也会发生在与管道相连的喇叭口、排水密封罐上，还会发生在波纹管等管道附件上，对生产和人员造成一定的安全隐患，因此，有必要定期对管道进行腐蚀检测，保证煤气管道的安全运行。

图1 煤气管道内壁腐蚀

检查方法

常规检查方法

企业通常制订巡检制度，采用巡检方式进行检查，即利用“五感”（视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉）定期检查管道及其附件的完好情况并做好记录，一旦发现异常/故障，及时采取一些临时性紧急措施。

表1 煤气管道的不停输修复方法

由于煤气管道的失效模式主要是内壁腐蚀减薄，普通的巡检从外观上很难判断管道的使用状况，只有等腐蚀穿孔发生泄漏后，才能发现问题并进行事后补救。

超声测厚方法

针对管道腐蚀问题，目前应用较多的是定点测厚，即采用脉冲反射式超声测厚仪，当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时，脉冲被反射回探头，通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。凡能使超声波以一恒定速度在其内部传播的各种材料均可采用此原理测量。

这种定点测厚方法，不易检测到图1所示的煤气管道不规则局部腐蚀，难以描述一定范围内局部腐蚀的分布，即检测数据不能准确反映管道内壁的腐蚀状况。

超声C扫描检测

超声C扫描检测技术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。根据缺陷图像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。利用计算机图像处理技术或几何作图法将不同深度层面上的C扫描图象进行叠加，便可以得到被检体的三维声学图像，从而可以得到缺陷的立体图像、三维尺寸和空间分布。

此种检测方法，可对所检区域进行100%检测，检测煤气管道不规则局部腐蚀的有效性和数据准确性高。

煤气管道的不停输修复方法

针对检测到的煤气管道严重的内壁腐蚀，为防止其继续腐蚀而导致泄漏发生，应对其进行修复。由于生产原因，煤气管道常需要进行不停输修复。经多年实践中摸索出几种修复腐蚀泄漏的方法。

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、碳纤维复合材料包覆，这些方法都有各自的特点，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，且安全风险高；钢板局部托补修复，施工难度高、安全风险大，会增加管道自重，影响管道应力分布及支架沉降，如管道有泄漏，原管道与托补板间的夹层会积水，从而可能加速管道腐蚀；环氧树脂包覆，老化速度快，可导致管道短期内再次发生泄漏；整体更换，成本高，需要停机，影响连续生产。碳纤维复合材料包覆修复具有不需动火焊接、工艺简单、施工迅速、操作安全、使用寿命长、可实现不停输修复，并且成本相对较低。其中3种主要修复方法及其优缺点对比见表1。

图2 煤气管道易腐蚀部位

应用案例

对某钢厂BFG主干管道进行腐蚀检测。该主干管道共约24 km，检测采用抽查方式，按建设时期、管道规格等不同将整个BFG主干管道分为若干管段，选取42个部位，

检测部位的选取原则是有代表性，运行中发生腐蚀泄漏的部位等。

根据多年检测实践经验，高炉煤气管道的腐蚀主要集中在管道的底部区域，其中最严重的腐蚀部位位于管道下部θ角对应的圆周上的A点到B点位置，θ角大约为40°，详见图2，所以抽查检测时，重点扫查此部位。采用超声C扫描检测技术进行检测，每个部位检测约2 m2。

对检测数据进行分析，壁厚减薄超过30%公称壁厚的部位有10处，详见表2。

上述10处检测部位的检测数据，通过与管道原壁厚以及管道极限壁厚对比来评价管道当前的安全状况；同时，将这些数据与以往的检测数据进行对比，给出管道壁厚的减薄速度（腐蚀速率），从而预测管道剩余寿命，提出管道的检测周期及维护策略。

表2 煤气管道壁厚减薄部位数据汇总表

针对大口径煤气管道局部腐蚀缺陷的检测，超声C扫描检测技术检测数据直观，准确性高，同时根据管道的实际使用情况，制定个性化的检测方案进行检测，可为煤气管道维护和安全评价提供有效的技术支撑，保证了此类煤气管道安全、稳定运行。