謝飛

遼寧石油化工大學(xué)天然氣工程學(xué)院

背景

管道內腐蝕是造成天然氣管道失效的重要原因。隨著(zhù)管道工況條件的改變，某些位置的管道壓力會(huì )有所降低，管道內部產(chǎn)生凝析水和液滴。這些液滴與天然氣中的二氧化碳、硫化氫等酸性氣體結合，形成腐蝕環(huán)境，對管道的安全性和完整性造成破壞。由內腐蝕引發(fā)的事故中，未進(jìn)行詳細內腐蝕檢測或未采用正確內腐蝕評估方法是事故發(fā)生的主要原因。

目前，國內外學(xué)者針對管道內腐蝕開(kāi)展了很多研究。美國腐蝕工程師協(xié)會(huì )（NACE）基于大量研究成果，建立了一系列天然氣管道內腐蝕直接評價(jià)（ICDA）標準。在國內，不具備內檢測條件的情況下，多數參照ICDA方法對管道進(jìn)行內腐蝕評價(jià)。然而，由于國內外管道輸送介質(zhì)和工藝的差異，NACE標準在科學(xué)性和準確性上并不適用于國內油氣田礦場(chǎng)集輸管道。此外，對于管道中傾角較小但上坡管段較長(cháng)的情況，NACE標準也不適用。因此，建立一種能夠判斷積液是否發(fā)生并對管道各位置進(jìn)行風(fēng)險排序的天然氣集輸管道內腐蝕直接評價(jià)方法具有重要意義。

遼河油田供氣管道于2011年投產(chǎn)，管道外徑為355.6 mm，壁厚為6.3 mm，最高運行壓力為2.4 MPa。本次評價(jià)以該管道為例，在ICDA方法的基礎上，利用ANSYS Fluent軟件模擬管道內部流動(dòng)情況，并得到管道持液率。進(jìn)而通過(guò)電化學(xué)實(shí)驗分析持液率對管道內腐蝕的影響，提出了一種管道在不同情況下易腐蝕風(fēng)險排序方法。

做法

（1）評價(jià)方法優(yōu)化。本方法在NACE標準基礎上，針對臨界傾角法未考慮管道傾角處上坡段長(cháng)度以及在地形平坦地區應用效果較差的問(wèn)題，提出利用傾角處管道長(cháng)度進(jìn)一步判別該處是否可能積液。判別臨界長(cháng)度之前的步驟與NACE標準步驟相同，在間接評價(jià)得到臨界傾角后，對每個(gè)大于臨界傾角的位置進(jìn)行二次計算�；�于NACE標準中臨界傾角的計算公式，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后得到了本方法中臨界長(cháng)度ι''的表達式：

應用臨界長(cháng)度判斷易積液位置的結果圖如圖 1所示�？梢�(jiàn)全線(xiàn)共22個(gè)易積液位置（即易腐蝕點(diǎn)），采用臨界長(cháng)度公式，對所有易腐蝕點(diǎn)的積液可能性進(jìn)行再次判別，有5個(gè)大于臨界傾角的位置不會(huì )發(fā)生積液，并記錄其中一個(gè)里程位置820 m，作為開(kāi)挖驗證位置。

圖 1 易積液位置公式判別結果圖

根據上述易積液位置以及管道運行參數等數據進(jìn)行風(fēng)險排序后，得到了持液率的大小順序關(guān)系（圖 2），持液率的大小順序即為管道易腐蝕風(fēng)險的大小順序。

圖 2 易腐蝕位置持液率與管道傾角對應關(guān)系圖

該技術(shù)無(wú)需對易積液位置全部進(jìn)行開(kāi)挖驗證，只需確定易腐蝕位置的腐蝕風(fēng)險，僅對腐蝕風(fēng)險最大的位置進(jìn)行開(kāi)挖驗證，即可預測管道整體腐蝕情況。該技術(shù)的評價(jià)結果與遼河油田現場(chǎng)進(jìn)行漏磁檢測的數據完全吻合，證明了改進(jìn)后方法的適用性與準確性，也為天然氣管道內腐蝕完整性評價(jià)提供了新思路和新方法。

（2）開(kāi)挖驗證。對上述方法得到的持液率最高點(diǎn)（7130 m）、最低點(diǎn)（1060 m）、記錄點(diǎn)（820 m）進(jìn)行開(kāi)挖驗證（圖 3）。結果表明：7130 m處腐蝕深度（剩余壁厚5.4 mm）大于1060 m處腐蝕深度（剩余壁厚5.7 mm）；820 m處腐蝕情況較輕（剩余壁厚6.1 mm），說(shuō)明該方法相較臨界傾角公式判斷更加準確，適用范圍更廣泛。

圖 3 開(kāi)挖易腐蝕位置

“天然氣集輸管網(wǎng)ICDA內腐蝕評價(jià)技術(shù)”在遼河油田供氣管道東線(xiàn)應用后，預測出此管段存在5處易腐蝕位置，現場(chǎng)隨機開(kāi)挖驗證點(diǎn)，與研究預測結果100%吻合，成功預測了管道中的內腐蝕位置（圖 4）。

圖 4 現場(chǎng)測量壁厚與預測結果對比

啟示

在天然氣管道中，判斷管道內腐蝕位置時(shí)應主要考慮管道中存在積液的位置。本案例提出了一種新的天然氣管道內腐蝕直接評價(jià)方法—臨界長(cháng)度法，準確預測了管道易腐蝕位置，明確管道易腐蝕位置的風(fēng)險等級排序，解決了低壓天然氣集輸管道的安全保障問(wèn)題，極大地節省了經(jīng)濟費用。該技術(shù)適用于油氣田集輸管道的安全管理，可在油氣田集輸管道管理中推廣應用。

作者簡(jiǎn)介：謝飛，1983年生，教授，2013年博士畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）油氣儲運工程專(zhuān)業(yè)，現主要從事油氣管道腐蝕與防護技術(shù)的研究工作。聯(lián)系方式：13942359915，xiefei@lnpu.edu.cn。