優(yōu)化腐蝕剩余壽命評價方法在油氣長輸管道中的應(yīng)用

路 焰，文 學(xué)

（中國石化阿爾及利亞管道項目管理部，江蘇揚州 225009）

優(yōu)化腐蝕剩余壽命評價方法在油氣長輸管道中的應(yīng)用

路 焰，文 學(xué)

（中國石化阿爾及利亞管道項目管理部，江蘇揚州 225009）

文章對油氣長輸管道腐蝕剩余壽命評價方法的研究意義和現(xiàn)狀進行了分析，概述了腐蝕剩余壽命評價的幾種常用模型，著重介紹了基于剩余強度理論的腐蝕剩余壽命評價模型的建立過程。文章最后結(jié)合某廠的工程實例，闡述了腐蝕剩余壽命評價方法在實際中的應(yīng)用。

長輸管道；剩余壽命；腐蝕缺陷；評價方法

0 引言

隨著油氣長輸管道數(shù)量的增加和使用年限的增長，管道的設(shè)計、制造、施工質(zhì)量和運行管理中的一些問題逐漸暴露出來，常常發(fā)生管道泄漏等事故。根據(jù)美國有關(guān)部門統(tǒng)計資料顯示，在長輸管道失效原因中管道的腐蝕占43.6%[1]。因此，必須采用有效的腐蝕剩余壽命評價方法對管道進行評價，這樣不僅可以確定檢測、維護和更換管道的周期，減少維修成本和過早更換管道的巨額費用，而且還能避免惡性管道爆裂事故的發(fā)生，減少安全事故等。在油氣長輸管道中，研究出一套可靠適用的腐蝕剩余壽命評價方法勢在必行。

1 腐蝕剩余壽命評價方法的研究意義和研究現(xiàn)狀

管道中腐蝕缺陷的存在會降低管道的強度，對管道的安全運行產(chǎn)生巨大的隱患。出于對財力、物力、人力的考慮，不可能隨時對管道進行維護，也不可能對有缺陷的管道都進行更換和返修，因此就必須具有一套長輸管道腐蝕剩余壽命的評價準(zhǔn)則[2]。油氣管道的腐蝕剩余壽命就是指管道在運行一段時間后直到達到其設(shè)計臨界狀態(tài)之時的持續(xù)運行時間，它是管道安全評價的重要指標(biāo)。剩余壽命評價方法就是通過一套有效的計算、預(yù)測準(zhǔn)則確定管道的檢測、維修周期，找到管道安全運營與經(jīng)濟效益的最佳結(jié)合點。由于長輸管道所處環(huán)境復(fù)雜，引起腐蝕的因素眾多，并且每一種因素之間會相互影響、相互作用，不斷給管道腐蝕帶來嚴(yán)重的影響，給安全運行帶來極大的不確定性和危險性。為了充分發(fā)揮管道的輸送能力，延長管道經(jīng)濟安全運行的年限，就必須提高對管道事故和隱患區(qū)段的預(yù)測能力和監(jiān)測能力，就需要對管道的剩余壽命進行評價。尋求一種合理的腐蝕預(yù)測方案、腐蝕剩余壽命預(yù)測評價方法和有效控制腐蝕的措施，對長輸管道的安全運行和維修實施動態(tài)管理，施行預(yù)知性維護和更換，最大限度地減少腐蝕性穿孔泄漏和由此產(chǎn)生的資源及經(jīng)濟損失具有極其重大的意義。

由于影響腐蝕的因素非常復(fù)雜，因此在國內(nèi)外對于腐蝕剩余壽命的預(yù)測都還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前的主要研究思路就是通過大量管道的現(xiàn)場腐蝕數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析得到長輸管道腐蝕速率的分布結(jié)果，或者通過大量管道外掛片腐蝕數(shù)據(jù)，獲得腐蝕速率的計算公式，并沿用到整個長輸管道。根據(jù)獲得的實際數(shù)據(jù)，針對不同的腐蝕類型、不同的腐蝕環(huán)境，建立起腐蝕速率、腐蝕剩余壽命評價模型和專家系統(tǒng)，并在較單純性均勻腐蝕下的剩余壽命評價或綜合復(fù)雜腐蝕環(huán)境下的長輸管道剩余壽命評價中得到了逐步的應(yīng)用。由于國際上的日益關(guān)注，該領(lǐng)域的發(fā)展也取得了一系列的成就。新西蘭的Donal Krouse、Nick laycock，英國的P.J.Laycock、R.A.Cottis等采用極值分布的方法，建立了石油管道和熱交換器最大局部腐蝕進展深度與時間關(guān)系的計算公式，并建立了壽命預(yù)測模型。國內(nèi)一些學(xué)者對腐蝕管道的剩余壽命進行了分析，利用概率統(tǒng)計方法建立了石油化工裝置材料腐蝕壽命預(yù)測系統(tǒng)[3]。

2 油氣管道腐蝕剩余壽命評價模型的研究

油氣長輸管道腐蝕剩余壽命評價的方法很多，大致可以分為基于管壁厚度的剩余壽命評價和基于剩余強度的腐蝕剩余壽命評價兩大類，根據(jù)實際情況又衍生出了根據(jù)現(xiàn)場實用性的腐蝕剩余壽命評價原則和基于可靠性的管道腐蝕剩余壽命評價原則。在此，主要探討基于剩余強度理論的腐蝕剩余壽命分級評價方法。

基于剩余強度的剩余壽命評價，是建立在剩余強度的基礎(chǔ)之上的，因此在進行剩余壽命評價之前必須確定該管道剩余強度的評價是否適用。一般的評價步驟如下[4]：

（1）根據(jù)管道的公稱壁厚t0確定管道的金屬損失 tloss（mm）。

式中t——最近一次測得的壁厚/mm。（2）確定有效的腐蝕裕量CAe（mm）。

式中R——缺陷腐蝕速率；

Time——未來的服役時間/年。

因此可以計算在未來的時間Time時刻，管道的預(yù)計壁厚tc就應(yīng)該為：

（3）根據(jù)管道運行最大壓力 （MAWP）與時間的關(guān)系曲線，確定構(gòu)件的剩余壽命Tr。

在未來的某一個時刻Time，軸向最大壓力：

式中SEW——管材的最小屈服強度/MPa；

tc——未來某時刻管道的預(yù)計壁厚/mm；

F——由于管道連續(xù)載荷產(chǎn)生的軸向力/N；

M——由于管道連續(xù)載荷產(chǎn)生的平面內(nèi)彎矩/kN·m；

Dm——管道的公稱直徑/mm；

β——泊桑系數(shù)；

Do——管道外徑/mm。

因此，管道的最大允許操作壓力：

根據(jù)MAWP與Time的函數(shù)關(guān)系繪出MAWP與時間Time的關(guān)系曲線，找到MAWP曲線與設(shè)計的MAWP曲線的交點所對應(yīng)的Time，則該Time就是管道的剩余壽命Tr。

（4）根據(jù)每根管道的實際情況，重復(fù)進行如上步驟 （1）、 （2）、 （3），然后取計算出來的管道壽命中最小的那個值作為管道的剩余壽命。

3 腐蝕剩余壽命評價方法的應(yīng)用

某廠區(qū)不同站點的長輸集油管道 （D250mm×6（7）mm）已經(jīng)運行了16年左右，管道外徑為250mm，管道壁厚取較小值6 mm，管道的設(shè)計工作壓力為1.6 MPa。由于管道的工作環(huán)境惡劣，環(huán)境因素變化比較大，腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，目前對部分管道進行腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，腐蝕深度最大已經(jīng)達到了4.35mm。

（1）局部腐蝕區(qū)域環(huán)向測試間距為20 mm，軸向測試間距為15 mm，獲取了局部腐蝕區(qū)域腐蝕缺陷的深度數(shù)據(jù)。由于腐蝕數(shù)據(jù)服從極值分布F（x），通過從廠區(qū)長輸管道獲得的腐蝕深度數(shù)據(jù)檢測結(jié)果，利用數(shù)理統(tǒng)計方法及Matlab計算最大腐蝕深度的Gumbel概率，得到最大腐蝕深度與Gumbel概率的關(guān)系曲線如圖1所示：

由直線擬合公式y(tǒng)=0.169x+0.253，可以估算出輸油管道的最大腐蝕缺陷深度為4.42 mm。

（2）臨界腐蝕深度的計算。

根據(jù)管道尺寸D 250 mm×6（7）mm，取外徑D=250 mm，管道壁厚A取較小值6 mm，屈服強度 （δys） 取最小值 290 MPa， 管道極限壓力 P取1.6 MPa。不考慮地域問題，按照100%的屈服強度計算，安全系數(shù)取1.1，可得到最小允許壁厚為：

因此，極限腐蝕深度為：ΔA=A-Amin=6-0.759=5.241 mm。

（3）腐蝕剩余壽命的預(yù)測 （見圖2）。

根據(jù)對各種腐蝕情況的數(shù)據(jù)分析和實際經(jīng)驗，得到局部最大腐蝕深度發(fā)展速度與tc成正比的關(guān)系：

式中t——腐蝕進展時間；

x——t時刻測得的最大已腐蝕壁厚值；

k——系數(shù)；

c——時間常數(shù)，由腐蝕體系等因素決定，一般采用比較保守的計算值，取0.5。

則本例中最大局部腐蝕進展深度與時間的關(guān)系可用下式表示：

由于該長輸管道已經(jīng)運行了16年，而防腐層有效保護壽命為5年左右，現(xiàn)在的最大腐蝕深度統(tǒng)計為4.42 mm。因此可得k=1.33。腐蝕剩余壽命預(yù)測見圖2。

估算管道使用壽命的公式為：

式中tf——管道的使用壽命；

ΔA——極限腐蝕深度；

t——測量時已使用的時間。計算得到tf為15.6年，則可估算該類油氣長輸管道的可服役年限為15年左右。鑒于該廠的管道已經(jīng)服役了16年，加上防護層的作用，可算得該輸油管道的腐蝕剩余壽命為：

即下次檢修該輸油管道將在4年以后進行。

［1］王剛.腐蝕管道剩余壽命預(yù)測[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2010.

［2］蘇欣，楊君，袁宗明，等.腐蝕管道的可靠性評價[J].石油工程建設(shè)，2005，（6）：9-12.

［3］翟云皓.石油集輸管道腐蝕剩余壽命預(yù)測方法研究 [D].武漢：華中科技大學(xué)，2006.

［4］盧曉剛.油氣長輸管道腐蝕剩余壽命評價研究[D].成都：西南石油學(xué)院，2005.

Application of Optimized Corrosion Residual Life Evaluation Method in Long-distance Oil and Gas Pipelines

LU Yan（SINOPEC Algeria Pipeline Department,Yangzhou 225009， China）,WEN Xue

This paper analyzes the research significance and status of corrosion residual life evaluation methods of long-distance oil and gas pipelines,outlines several evaluation methods in common use,stressing on the forming course of the corrosion residual life evaluation model based on the residual strength theory.And finally it describes the application of the corrosion residual life evaluation method with an engineering example of a certain factory.

long-distance pipeline;residual life;corrosion defect;evaluation method

TE980.2

B

1001－2206（2011）06－0030－03

路 焰 （1962-），男，江蘇宜興人，高級工程師，1982年畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣儲運專業(yè)，現(xiàn)從事國際EPC地面工程項目管理工作。

2011-05-19