對(duì)腐蝕造成的管道失效的估算

鄧暢+肖波+范宇

摘 要：腐蝕對(duì)管道系統(tǒng)的可靠性和使用壽命起到關(guān)鍵作用，油氣集輸管線(xiàn)的失效形式主要表現(xiàn)為腐蝕失效。每年因腐蝕引發(fā)的事故不勝枚舉，造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡的嚴(yán)重后果。本文從管道腐蝕特征入手，對(duì)管道的抗壓能力和失效幾率等特征進(jìn)行了估算，并有針對(duì)性的提出了維修措施對(duì)腐蝕失效的影響。為管道防腐提供了必要參考和理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：管道；腐蝕；失效；估算

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.017

1 引言

金屬腐蝕是管道失效的主要原因之一。據(jù)美國(guó)國(guó)家輸送安全局統(tǒng)計(jì)，美國(guó)45%的管道失效是由于外壁腐蝕引起的[1]，對(duì)于石油天然氣行業(yè)來(lái)說(shuō)，美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，有報(bào)道的17%天然氣管道和27%石油管道的失效都是由于腐蝕引起的。而在加拿大的石油大省阿爾伯達(dá)，40%的管道失效都與腐蝕有關(guān)。我國(guó)的油氣輸送管道大多已經(jīng)達(dá)到20年左右的使用年限，管道逐步進(jìn)入了事故高發(fā)期。為此，對(duì)管道失效的預(yù)測(cè)顯得尤為重要。

現(xiàn)有的處理腐蝕引起管道失效風(fēng)險(xiǎn)的方法大致有定性和定量?jī)深?lèi)：定性的方法將影響腐蝕危險(xiǎn)的因素賦值，需要更進(jìn)一步的深入研究，但是也能提供更加客觀、可靠的結(jié)果。本文就是要描述估算管道腐蝕失效風(fēng)險(xiǎn)的方法和描述如何控制腐蝕。

2 管道腐蝕的特征

圖1展示了典型的管道外部腐蝕的特征，經(jīng)常會(huì)包含有幾個(gè)相互獨(dú)立的坑狀腐蝕，然后慢慢發(fā)展成為連成一片的腐蝕區(qū)。

該處腐蝕由幾處點(diǎn)蝕逐漸發(fā)展而成，我們用腐蝕長(zhǎng)度、腐蝕深度等參數(shù)來(lái)描述腐蝕特征。腐蝕長(zhǎng)度：定義為沿著腐蝕處沿著管道軸方向的最大長(zhǎng)度。腐蝕深度：腐蝕處的最大深度或者軌跡處的平均深度。

3 腐蝕管線(xiàn)的抗壓能力

腐蝕后的管道抗壓能力主要取決于腐蝕點(diǎn)的尺寸（特別是腐蝕深度和長(zhǎng)度）。而管道的抗壓能力（R）與腐蝕的幾何形態(tài)、管道的幾何形態(tài)和材料的屈服強(qiáng)度之間有一定的函數(shù)關(guān)系。

T是管壁厚度，D是管直徑，S是屈服強(qiáng)度，是幾何因素也叫Folias數(shù)，與管子膨脹失效相關(guān)。

L是腐蝕處的長(zhǎng)度，C是不確定因素，τ是時(shí)間。

需要注意的是抗壓能力是時(shí)間的函數(shù)，而且腐蝕深度和長(zhǎng)度都被看成是時(shí)間的函數(shù)，因?yàn)樗鼈兌茧S著時(shí)間而發(fā)展。

和表示腐蝕的深度和長(zhǎng)度。和是腐蝕深度和長(zhǎng)度的成長(zhǎng)率。

（1）式是推導(dǎo)出的經(jīng)驗(yàn)公式。

該圖展示了上述管道腐蝕模型的計(jì)算結(jié)果（線(xiàn)）與擠毀實(shí)驗(yàn)結(jié)果（點(diǎn)）之間的關(guān)系，可以看出有些點(diǎn)在支線(xiàn)之外，所以我們?cè)诠嚼锛尤肓讼禂?shù)C來(lái)修正方程中的某些未知的因素。在圖中的回歸分析中，可以看出，在這里方程（1a）中的C值大致為1.38MPa。

4 因?yàn)楦g而造成的失效幾率

因?yàn)槭г蚺c腐蝕尺寸的大小、腐蝕的發(fā)展程度、管材的屈服強(qiáng)度和腐蝕模型的誤差都有關(guān)系，所以計(jì)算得到的失效時(shí)間往往不夠準(zhǔn)確。所以理論失效時(shí)間最好要結(jié)合概率才切合實(shí)際，即管材失效的概率等于管材承壓能力下降到最大操作壓力之下的概率，每個(gè)腐蝕引起的失效都是相對(duì)獨(dú)立的，所以要求得一段一公里長(zhǎng)的管道的失效幾率，就要把每個(gè)腐蝕點(diǎn)的失效幾率乘以一公里內(nèi)腐蝕點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

5 總結(jié)

本文描述了管道由于腐蝕造成的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架。這些基于失效風(fēng)險(xiǎn)的估算機(jī)制可以有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）提升持續(xù)安全水平。設(shè)定最低安全目標(biāo)并采取相應(yīng)的行動(dòng)，可以提升整個(gè)管道系統(tǒng)的安全性。（2） 提供合理的決策思路。本文提供判斷失效的理由可以為謹(jǐn)慎決策提供有益的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]俞蓉蓉.地下金屬管道的腐蝕與防護(hù)[M].石油工業(yè)出版社，1998.