中美管道内微生物腐蚀控制标准对比分析
时间：2023-04-15 15:00:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
蔡 亮
（中航油京津冀物流有限公司，天津 300300）
长输管道内腐蚀是多种腐蚀综合作用的结果，最主要是电化学腐蚀和微生物腐蚀。电化学腐蚀对正常环境的管道内表面造成的损伤并不严重，但在弯管、阀门、低点位置、站内管网盲管段等特殊部位，电化学腐蚀危害性远高于正常环境[1]。特别是与微生物（Microbiologically Influenced Corrosion，MIC）腐蚀联合作用下，这类管段腐蚀速率要高于正常环境下几倍甚至几十倍。微生物腐蚀是指在腐蚀性材料表面的生物膜中的微生物存在或活动诱发的腐蚀，能够引发微生物腐蚀的微生物包括与管道内表面直接接触的生物膜局部环境中的细菌、古细菌和真菌。针对输送成品油管道、输送俄罗斯原油管道和输送酸性气体管道，因硫含量较高，具备发生微生物腐蚀的条件。以美国标准NACE TM0212-2012，介绍了美国在管道内微生物腐蚀方面的先进经验，结合我国国家标准和管道工程实践进行了对比分析，研究成果对于提高我国管道腐蚀防护技术水平具有重要意义。
美国腐蚀工程师协会标准NACE TM0212-2012《Detection Testing and Evaluation of Microbiologically Influenced Corrosion on Internal Surfaces of Pipeline/管道内表面微生物腐蚀检测和评价》在2012年6月23日首次发布。该标准规定了管道内微生物种类、微生物腐蚀机理/取样方法以及微生物腐蚀确认性检测方法以及监测、缓解措施。国家标准GB/T 23258-2020《钢质管道内腐蚀控制规范》规定了长输管道内腐蚀控制措施、材料选择、化学剂加注、内衬涂层和管理评价等。本研究重点针对这两项技术标准开展对比分析。
NACE TM0212阐述了管道内微生物腐蚀的环境情形。输送天然气、成品油、原油的液体管道，微生物腐蚀可能发生在经常性存水位置。管道系统设施如储罐、过滤分离器和收发球筒均能造成水聚集，成为适合发生微生物腐蚀的环境条件。管道设计中包含可能积水位置，例如地形低点、穿越处或站内管网盲管段，也会成为管道内微生物腐蚀环境。管道内水来源主要是试压过程中的残留水。管道内的水可能以液态形式存在，也可能是气相中的水凝结或吸附在管道内表面。微生物可以存在微小体积水分子内，因此输送干气管道或者认为不含水管道在沉积物形成水薄膜的位置也会发生微生物 腐蚀。
欧洲鲁尔油气公司调查统计表明，管道内微生物腐蚀多发生在站内管网特殊部位（弯头、弯管、阀门）和管道干线易积液部位，在管道运营中后期，微生物腐蚀也有逐渐加速的趋势。国内外管道行业针对管道内微生物腐蚀环境的认知基本一致，即低点位置、穿越处或站内管网盲管段，是管道内腐蚀/微生物腐蚀的重点区域。
NACE TM0212规定了管道发生微生物腐蚀的特征，显微镜测定出腐蚀沉积物中存在铁细菌和锰细菌时，表明存在微生物腐蚀。验证MIC是管道内腐蚀原因，应满足下列条件：
（1）相对其他腐蚀区域的试验样本，特定区域内微生物（细菌或真菌）数量和活性增加；
（2）腐蚀区域内支持微生物存活的化学指标异常，例如硫酸盐还原细菌（Sulfate-reducing Bacteria，SRB），点蚀沉积物中硫化物或硫含量增加，酸性细菌（Acid-Producing Bacteria，APB）和有机酸含量增加。
国内标准及文献未见管道发生微生物腐蚀的具体特征和文字描述。可根据管道现场开挖情况，结合NACE TM0212提出的验证条件，确认管道是否发生微生物腐蚀。
NACE TM0212阐述了管道内微生物腐蚀的影响因素：
（1）新进入管道的水分，并为微生物活动的提供能量源进而影响微生物腐蚀过程；
（2）流体速率，相对管道中部高流速，壁面处低流速或静置状态有利于形成生物膜；
（3）采取注入抑制剂/杀菌剂、周期性清管可能改变生物膜生产过程或者改变微生物腐蚀机理及发生位置；
（4）管道分输操作造成运行工况波动，影响微生物腐蚀程度。
国家标准GB/T 23258未涵盖管道内微生物腐蚀的影响因素相关内容，侧重通过实施工艺控制措施、管输介质处理、定期清管等预防管道内腐蚀/微生物腐蚀。选定控制措施仅为原则性规定，即根据各腐蚀控制措施的相互关联和影响、适用性、可行性和经济学确定。应借鉴NACE TM0212在分析微生物腐蚀影响因素基础上，采取针对性预防减缓 措施。
NACE TM0212在第5章规定了管道内微生物腐蚀取样设备及要求，第6章规定了管道内微生物腐蚀取样程序，这两部分是本标准核心内容，国家标准GB/T 23258中未见规定。测试方法规范化是保证试验数据科学性和准确性的基本条件，也是确定管道内微生物腐蚀特征的重要依据，以下列出部分技术条款以供借鉴参考。无菌样品采集容器要求：
（1）可采用玻璃或塑料材质，不得含有抑制微生物存活的化学物质；
（2）如测定样品化学成分，容器盛装磷酸盐缓冲液或林格氏溶液用于保存样品的溶液；
（3）玻璃样品收集容器应进行高温灭菌，即在100kPa、121℃进行蒸汽加热至少20min。在清洗消毒后可多次重复使用。塑料样品收集容器只能使用1次。
微生物腐蚀取样程序要求：
（1）用于评估管道一定周期内的运行状态和腐蚀速率，通常是测试一段时间内收集的多个样品。采样频率不低于每5天1次，一般需要更长的采样频率和持续时间；
（2）为确定是否存在微生物腐蚀及严重程度，样品检测结果应结合其他腐蚀检测数据进行综合分析，例如管道运行参数、清管周期、输送介质成分、腐蚀挂片/探针试验数据、管道厚壁检测数据等；
（3）采集试样注意关注管道内表面情况，包括沉积物（氧化皮）位置分布，潮湿/干燥，颜色纹理分层情况等，观测管道内壁腐蚀形貌：腐蚀坑形状、尺寸和深度；
（4）检测拆除管段腐蚀试样时应注意微生物试验样本是否改变或者污染，如管段经过多次搬运，且长时间暴露在空气、阳光下，已发生脱水、氧化或者受到污染，不允许进行微生物样本取样；
（5）借助腐蚀监测系统的腐蚀挂片进行微生物生物膜取样，挂片位置应满足流速和微生物附着要求，一般安装在管道六点时钟位置。定期拆除挂片，测试微生物数量，监测生物膜发展趋势。
NACE TM0212-2012规定微生物腐蚀监测固定位置收集，监测方法包括常规挂片、扩展分析挂片、腐蚀监测探针等。常规挂片监测暴露时间约6个月，然后从管道内拆除进行分析，包括清洗、称重、确定重量损失，检查点蚀和机械损伤。扩展分析挂片应放置在腐蚀情况最严重的区域，安装和拆除与常规挂名相同。腐蚀监测探针类型包括电阻（ER）、线性极化电阻（LPR）、电化学电位噪声（EPN）和电流噪声等。GB/T 23258-2009规定在管道腐蚀比较严重的位置宜设置腐蚀监测点，在线腐蚀监测方法包括腐蚀挂片、腐蚀测试短节、电阻探头、线性极化探头、电感探头、电化学噪声探头、氢探头、场信号法、在线超声波壁厚监测系统等, 应根据不同的操作环境、安装和操作方式等选用。
可以看出，国内标准在内腐蚀监测技术类型更加多样化，但未指出适用于微生物腐蚀监测的专用技术。结合美国标准做法，重点针对挂片和腐蚀探针确定应用于微生物腐蚀监测的技术条件（安装区域、暴露时间、分析方法等）。
NACE TM0212提出合理开展管道设计、维护和操作活动，可以验证MIC缓解措施的有效性，例如定期清除可以去除MIC存在的生物膜，注入生物抑制剂只能减少活性微生物的数量。管道内腐蚀控制措施对于预防和缓解MIC也是有效性。国外液体管道内腐蚀减缓措施主要有：（1）控制输送介质中的水和腐蚀性物质；
（2）加缓蚀剂或灭菌剂；
（3）采用内涂层或内衬，采用耐腐蚀合金钢；
（4）定期清管，破坏微生物腐蚀环境；
（5）特殊位置安装排水管；
（6）输送工艺优化（设计最优的介质输送速率、温度）。
可以看出，国内外内腐蚀减缓措施基本相同，建议在设计阶段考虑微生物腐蚀可能性，通过输送工艺条件优化以及特殊位置安装排水管去除积水，从根本上杜绝微生物腐蚀条件。
我国在管道微生物腐蚀检测、预测和控制方面还处于初级阶段，应未雨绸缪，防患于未然，借鉴美国标准NACE TM0212-2012在以下方面的先进经验应用于改进我国标准。
（1）管道内微生物腐蚀环境是低点位置、穿越处或站内管网盲管段。在管道施工阶段，加强试压水排放和干燥质量控制，投产阶段，油气站场设备采取多次排污放空作业，尽可能消除管道内积水；
（2）根据管道实际运行情况，测定微生物活性、数量以及SRB、APB等化学指标，验证管道是否发生微生物腐蚀；
（3）国家标准GB/T 23258应补充管道内微生物腐蚀取样设备及要求，管道内微生物腐蚀取样程序等内容，完善腐蚀挂片和探针用于微生物腐蚀检测技术的做法；
（4）在设计阶段考虑微生物腐蚀可能性，通过输送工艺条件优化以及特殊位置安装排水管去除积水，从根本上杜绝微生物腐蚀条件。
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