液体石油管道内腐蚀直接评价方法.pdf

2 0 1 1焦 第 2期 管 道 技 术 Pi p e l i n e Te c h n i q u e 5 设 各 a n d Eq u i p me n t 2 01 1 No ． 2 液体石油管道内腐蚀直接评价方法 杨雪 ， 吴先 策 中国民航大学 ， 天津3 0 0 3 0 0 摘要 基 于美国腐蚀工程师协会提 出的液体石 油管道 内腐蚀直接评价标准， 介 绍了适用于该种管 道的腐蚀直接评价方法， 并阐述 了该方法的 4个步骤 ， 即预评价、 间接检测 、 详 细检查和后评价。运 用 油水流型预测、 管道积水情况分布 以及 固体 夹带与沉降 3个方面的模型来确定腐蚀的具体位置和数 量， 并考虑 了破乳、 微生物腐蚀和杀菌剂、 固体成分以及局部流动条件下对腐蚀分布的影响。液 态石油 管道 内腐蚀直接评价方法的提 出， 完善 了运输管线的内腐蚀评价体 系， 扩展 了其应用范围， 使其更具有 实用性 和工程 应 用价值 。 关键词 液体石油管道 ； 内腐蚀 ； 直接评价 中图分类号 T E 9 8 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 1 0 2 0 0 4 80 3 I n t e r n a l Co r r o s i o n Di r e c t As s e s s me n t o f Li q u i d Pe t r o l e u m Pi p e l i n e YANG Xu e． W U Xi a n c e C i v i l Aa fi o n Un i v e r s i t y o f C h i n a ， T i a n j i n 3 0 0 3 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t A p r o p o s e d me t h o d f o r a d i r e c t a s s e s s me n t o f l i q u i d p e t r o l e u m p i p e l i n e i n t e r n a l c o r r o s i o n h a s b e e n d e v e l o p e d ． T h e u n d e r l y i n g b a s i s of t h e p ropo s e d a p p r o a c h i s p r o v i d e d b y NAC E． F o u r s t e p s o f t h i s me t h o d h a v e b e e n e x po u n d e d ， wh i c h a r e p r e ass e s s me n t ， i n d i r e c t d e t e c t i o n ， d e t a i l e d e x a mi n a t i o n a n d po s t a s s e s s me n t ． T h r e e mo d e l s of t h i s a p p r o a c h h a v e b e e n c o n s i d e r e d ． T h e s e mo d e l s i n c l u d e a h y d r o c a r b o n w a t e r fl o w p a t t e r n， t h e a c c u mu l a t i o n of wa t e r u n d e r a s t r a t i fi e d fl o w， a n d t h e e n t r a i n me n t a n d d e po s i t i o n of s o l i d s ． Ma n y f a c t o r s ma y a ff e c t t h e c o r r o s i o n d i s t r i b u t i o n ， s u c h a s e mu l s i o n b r e a k i n g， MI C a n d b i o c i d e s ， s o l i d s c o rn po s i t i o n an d l o c a l fl o w c o n d i t i o n s ． I t i s c o n c l u d e d i n t h e e n d t h a t t h e p r o po s a l of L P I CD A p e r f e c t s t h e I CD A me t h od o l o g y s y s - t e rn o f t r a n s mi s s i o n p i p e l i n e s ， b r o a d e n s i t s a p p l i c a t i o n s c o p e an d ma k e s i t mo r e p r a c t i c al an d a p p l i c a b l e i n t h e r e l e v a n t e n g i n e e r i n g ． Ke y wo r d s l i q u i d p e tro l e u m p i p e l i n e ； i n t e r n a l c o r r o s i o n ； d i r e c t as s e s s me n t 0引言 随着管道使用时间的延长， 管道 自身出现老化、 腐蚀等现象 ， 管道事故频繁发生 ， 严重影响 了管道的 正常使用 ， 管道的安全可靠性及其完整性问题 日益突 出。管道完整性评价 的主要方法是 内检测 、 试压 和直接评价。直接评价具有成本低 、 易实施 等特点， 该方法近年得到了广泛的应用 。 内腐蚀直接评 价 是在外腐 蚀评价研究的基础 上发展起来的 ， 综合利用收集 到的资料 和检查 、 检测、 计算等的结果来判断 内腐蚀是否 已严重影响钢质管 道的物理完整性 ， 从而确定对腐蚀缺陷实施修补和 防 护的措施。内腐蚀直接评价方法包括输气管道内腐 蚀直接评价 D GI C D A - 4 ] 、 湿气管线 内腐蚀直接 评价 WGI C D A 以及液体石油管道 内腐蚀直接 收稿 日期 2 0 1 0 0 40 8 收修改稿 E l 期 2 0 1 01 02 O 评价 L PI C D A 。 1 液体石油管道内腐蚀直接评价 液体石油管道中含有 H S 、 C O 、 盐 、 沙子和蜡等 ， 且管道 内多相流 的流动受 多种 因素 的影响 ， 因此 ， 多 相流内壁材料的损失机理十分复杂 ， 是一种腐蚀和冲 蚀联合交互作用 的过程 一 。这类环境 中， 液滴 、 气 泡 、 颗粒都可能冲击管壁 ， 使表 面产生的腐蚀物脱落 ， 同时也可直接作用于表面， 产生磨损。基于上述物质 的存在， 液态管道同其余管道相比， 发生腐蚀的可能 性最大 ， 也是腐蚀最严重的管道 。 L PI C D A方法适用于管内部所含有的底部沉积 物和水比例少于总输量的 1 ％的满载石油管道。美国 腐蚀工程师协会 N A C E 针对这种管道的内腐蚀情况 进行研究 ， 在综合多种因素的基础上 ， 提 出了通用 的 推荐标准 液体石油管道 内腐蚀直接评价标准 。 该方法包括 4个步骤 ， 即预评价 P r e A s s e s s m e n t 、 间 第2 期 杨雪等 液体石油管道内 腐蚀 堡 查 兰 接检测 I n d i r e c t I n s p e c t i o n 、 详细检查 D e t a i l e d E x a m- i n a t i o n 及后评价 P o s t A s s e s s m e n t 。4个步骤相辅相 成 ， 前者为后者提供数据基础 ， 后 者又通过反馈对前 者的结果进行不断的修正 ， 从而完善实际应用管道的 完整性 。 2 液体石油管道内腐蚀直接评价步骤 2 ． 1 预评价 对于一个特定管道而言 ， 预评价 阶段的 目的是确 定 L P I C D A方法的适用性 ， 在该评价阶段 中， 评价人 员需进行大量的数据收集 、 整合以及分析来判断这条 管道是否适合采用该方法 ， 并确定使用该方法的地 区 以及各区段 的内部腐蚀机制。根据所收集的数据把 管道分成若干个区段 ， 如每个可能引入水和固体 杂质 的管道入 口， 路线更改或反 向流动也应考虑在 内。后 期工作一般都会以区段为空间基础进行 ， 这些 区段并 不要求空间上连续 ， 后期还可以调整。 2 ． 2间接检 测 间接检测并不是通过检测工具进行 ， 而是通过对 管道内液体石油流动 的模拟结果来 预测 管道 内部金 属是否有所损失 、 有无其他异常情况以及确定腐蚀 已 经发生或可能发生的位置。间接检测模 型 的建 立需要考虑油水流型的预测 、 管道积水情况分布 以及 固体 的夹带与沉降。 2 ． 2 ． 1 油水流型的预测和管道积水情况分布 油水流型可以通过临界速度进行预测 ， 要确定 临 界速度 ， 重要的是要确定最大液滴尺寸 d 和临界 液滴尺寸 d ， 最大液滴尺寸决定 液滴是否破裂和 聚积 ， 临界液滴尺寸决定能否被夹带出去。 2 ． 2 ． 1 ． 1 最大液滴尺寸 在多相流体系中， 管道 内流体具有一定 的携带液 滴的能力 。水相分散在油相 中时， 最大液滴尺寸依赖 于临界 We b e r 数 W e W e 7 ． d ／ o - 1 式 中 7 - 为 液滴 的变 形 外 力 ， N ／ m； 为界 面张 力 ， N／m． 2 ． 2 ． 1 ． 2 临界液滴尺寸 当液滴尺寸大 于一定 的值时 ， 受 重力或变形 、 挤 压作用 ， 液滴 在流动 过程 中可能形 成连续 相或 液膜 等 ， 因此， 必须计算临界液滴尺寸。 1 重力作用对临界液滴尺寸的影响 当管道倾斜角度较小时 ， 重力对 临界尺寸 的影响 较大 詈 式中 d 为受重力作用时临界液滴 的直径 ， m； p 。 为油 相的密度 ， k g ／ m ； Q值根据管道倾角 确定； D为管道 直径 ， m； U 。 为油相速度 ， m ／ s ； g为重力加速度 ； I厂 为摩 擦系数 ； 为油水两相 密度差 ， k g ／ m ； F r 。为弗劳德 数。 f 0 ． 0 4 6 ／ R e ’ 3 ， F r o k o 4 l I I p 。 一 p l 5 式中 。 为油相的雷诺数 ； J D 为水相的密度 ， k g ／ m ． 2 变形 、 挤压作用对临界液滴尺寸的影响 B r o d k e y给出了变形 、 挤压作用对 临界尺寸影 响 的表达式 0 ⋯“ 4 0 “ 2 ，] 6 式 中 d 为受变形 、 挤压作用 时临界液滴 的直径 ； o r 为 界面张力 ， N ／ m． 当 l J8 I ≤4 5 。 时， 0 l 卢l ； 当 I 卢l 4 5 。 时， 09 0 。一 l l 。 3 临界液滴尺寸 d m 的计算模型 鲁 一 m in [ ㈦， ] ㈩ 2 ． 2 ． 2 固体 的 夹带与 沉降 忽略颗粒与颗粒 之间的粒问离散力 和黏性颗粒 的粘结力 ， 当作用在固体颗粒上力达到平衡时 ， 颗粒 趋于稳定状 态， 此时驱动转矩和反抗转矩相互平衡 ， 颗粒的速度即为所求 。 流体对颗粒的拖曳力即各部分阻力的合力 ， 根据 牛顿定律 ， 可表示为 c 。 A 8 式中 为流体流动方向上颗粒 的投影 面积， m ； U b 为固体颗粒最小沉降速度 ， m ／ s ； C 。为颗粒 的阻力 系 数； F 。为流体对颗粒的拖曳力 ， N； p 为载体液体的密 度 ， k g ／ m ． 多个固体颗粒沉降时所受拖曳力 F Wp Nc 。 C ra b e o 9 言 1 T p s P t ； 1 0 式中 Ⅳ为固体颗粒平均数； Wp为有效重力 ， N； p 为 50 Pi p e l i n e Te c h n i q u e a n d Eq u i p me n t Ma t ．2 01 1 粒子的密度 ， k g ／ m ； ， 为移动床层高度 ， m； C 为颗 粒在流体中的质量分数， ％； 为颗粒直径， m ． 通过驱动转矩和反抗转矩平衡关系式 ， 即可得到 固体颗粒最小沉降速度 k ． 1． 55 9 p _ p L g d p [ sin ．_if - - ＼ cosl3 [ Y mb 4 ⋯ P L D 2 ． 3详细检查 详细检查的 目的是确定间接检测所测得异常处 的实际严重程度 以及进一步 收集数据来评价管体 的 腐蚀情况。针对有可能发生腐蚀的区段， 用内检测的 方法 如漏磁 、 超声 波等 来检测管道腐蚀原 因分析 ， 进行剩余强度评价以及剩余寿命计算等。运营商应 遵循美国腐蚀工程师协会标准 、 美 国机械工程师协会 标准 以及美 国无损检测协会标准 ， 评估每个站点对应 的腐蚀存在性和腐蚀程度。 2 ． 4后评价 后评价是通过分析前三个阶段收集的数据 ， 确定 到下一次评价的时间间隔和 L P I C D A评价程序的整 体有效性。剩余 寿命计算 的准确程度与再评价 时间 间隔是密切相关的， 时间间隔一般为剩余寿命 的一 半 ， 最大的时 间间隔可 以参 阅 A S ME的 B 3 1 ． 4以及 B 3 1 ． 8标准。在使用 L PI C D A方法进行估计 的区域 中， 如果所预测的最有可能发生腐蚀的位置在经过详 细检查后并没有发现金属的损失以及腐蚀情况， 那么 该区域的其他位置 是相对安 全 的， 这样通 过逐一排 除， 减小了工作范围， 可 以将更多的人力 、 物力集 中的 去关注重点管段的腐蚀工况。 3 影响因素 n ] 3 ． 1 破乳 由于原油 中含有 多种成分 复杂 的表面 活性 物质 及其细微固体颗粒， 如沥青质、 胶质、 石蜡等， 其在油 水界面上有着复杂的相互作用。一般情况下 ， 油水界 面压 、 界面黏度、 界面屈服值越 大， 乳状液越 稳定 ， 而 界面膜的强度既取决 于所形成膜 的表面活性物质 的 特性 ， 又决定于界面压的大小 。 3 ． 2 微生物腐蚀 MI C 和杀菌剂 微生物会产生腐蚀金属的产物 ， 如无机酸和有 机酸、 氨、 氧等， 在金属表面产生不同的充气和浓差电 池 ， 产生电化学腐蚀 ； 在生物膜／ 金属界面上产生一个 不同于本 体 溶 液 的 特殊 环 境 ， 使 得 硫 酸盐 还原 菌 S R B 、 金属还原菌 MR B 等在该环境的作用下进行 着大量复杂的化学反应 ， 从而不同程度地对管道进行 腐蚀 。随着管道长度 的不断变化 ， 抗微生物剂对此产 生的影响也应该被考虑。 3 ． 3 固体成分 随着流体的流动 ， 小的 固体颗粒可能也被带入管 道 ， 或积聚在 管线底 部。由于一些 固体具有吸湿性 ， 即使它们所在的地区内没有明显的积水 ， 腐蚀也可能 发生。如果大量 固体的存 在降低了有效管道直径 ， 那 么介质流动特性和清管作用都会受到影响， 管道内的 自由固体可 能导致裂缝 的产生 ， 并 由此带来 沉积腐 蚀 。此外 ， 水 和固体的共存会形 成浓差电池 ， 从 而加 速腐蚀或产生结垢腐蚀 。 3 ． 4 局部条件下的腐蚀 管道内没有流动流体 的位置 如死角 和在流动 剪切应力变化或 当地传输介质 的特性有所变化时， 会 造成管道中腐蚀程度有所改变 ， 尤其是在几何形状突 然改变的地点 ， 如弯头、 三通 、 阀门以及焊接点处 扰动 的影响是难以预料的。 4 结束语 液体石油管道内腐蚀直接评价 的提 出， 完善了内 腐蚀直接评价方法， 为液体石油管道的腐蚀评价提供 了专业意见 ， 但还存在一定 的局限性。国内外学者对 内腐蚀直接评价方 面的研究方法 基本 上都是从不 同 角度 、 采用不同方法对造成管道腐蚀的某些 因素进行 评价 ， 虽有一定 的标准 ， 但并没有形成一整套 比较完 整 ， 适应 范围较大 的评价方法 ， 模型 的预测分析也都 有待进一步的完善， 从而提高完整性评价的准确性。 为更好地解决管道输送过程 中的腐蚀评价问题 ， 应密切跟踪国外 内腐蚀评价的最新技术 ， 加强学术交 流 ， 将该方法与现场实 际的应用情况进行研究 比较 ， 建立完善的数据库 ， 开发适合 国内管道特色的智能检 测设备及其分析软件 ， 为 日后评价腐蚀缺陷提供对 比 和依据。 参考文献 [ 1 ] 杨祖佩， 艾慕阳， 冯庆善， 等． 管道完整性管理研究的最新 进展 ． 油气储 运 ， 2 0 0 8 ， 2 7 7 1 5 ． [ 2 ] 李国美 ， 何仁洋， 陈华伟， 等． 基于流场分析的管道内腐蚀 预测及检测技术． 管道技术与设备， 2 0 0 9 5 2 3 2 5 ． [ 3 ] O L I V E R M， P E R R Y L ． I n t e ma l C o r r o s i o n D i r e c t A s s e s s m e n t o f G a s T r a n s mi s s i o n P i p e l i n e s Ap p l i c a t i o n ． C o r r o s i o n， 2 0 0 3 ． [ 4 ] 赵学芬 ， 赵忠刚， 陈学锋 ， 等． 输气管道内腐蚀直接评价方 法． 腐蚀与防护 ， 2 0 0 6 ， 2 7 1 0 5 1 3 5 1 7 ． [ 5 ] 张鹏 ， 李欣茜， 彭星煜， 等． 湿气管线的内腐蚀直接评价原 理． 石油工业技术监督， 2 0 0 7 1 5 1 9 ． 下转第 5 4页 5 4 P i p e l i n e Te c h n i q u e a n d Eq ui p me n t Ma r ． 2 01 1 钢管壁厚。补偿 器具有 抗拉 、 抗压、 防拉 脱、 抗 扭功 能。补偿器的外筒能承受最大埋深时土层的压力。 3 套筒式补偿器通过对外接管 2与套筒外管之 间进 行柔性密封 ， 产生相对轴向移动不泄漏 ， 以吸收 管系热胀冷缩的变量。柔性密封填料耐温 4 0 0℃ ， 耐 压 2 5 M P a ， 无毒 ， 无挥发性 ， 自润滑性能好 ， 不渗透性 能和回弹率 、 可压缩率高。 4 补偿器的对外接管 2的外表面及补偿器的金 属内表面和波纹管外表面均采用镀镍磷合金 ， 主要性 能参数如下 涂层厚度为 5 0 p , m 含 P 9 ％ ～1 2 ％ ； 结 合强度 2 3 0～ 2 6 0 MP a ； 涂层硬度 H VI5 0 0 MP a； 表面 粗糙度达到 0 ． 2 m； 耐温小 于 1 5 0 o C； 耐磨性 大 于 4 ． 5 m； 附着力 2 ． 2级 ； 粘结强度 4 7 MP a ； 抗冲击性大 于2 5 J ； 涂层疲劳强度大于 1 0 0 0次； 耐划伤性能大于 5 1 0 N； 耐老化寿命 3 O年。 5 补偿器非活动保温层及外护壳要与聚氨酯泡 沫塑料高密度聚乙烯预制保温管相同， 高密度聚乙烯 外壳要采用挤 出式热熔焊 ， 其伸缩活动部位应采用硅 酸铝棉毡 不含 C 1 一 ， 外护壳采用 能伸缩 的橡胶伸缩 管 ， 硅酸铝棉毡在额定补偿量下应不影响柔性橡胶的 伸缩。橡胶伸缩管能有效防水且保证 与高密度聚乙 烯管的有效防水粘接。粘接强度大于 1 2 MP a ， 粘接后 用不锈钢带绑扎 ， 外面再用热缩带绑扎。 6 该补偿器所用橡胶 补偿器有 良好的耐候性、 耐臭氧性 、 耐热空气老化性 、 耐油 、 耐溶剂性 ， 并具有 耐化学腐蚀性、 耐海水腐蚀性和优异的阻燃性， 并与 高密度聚乙烯粘结亲和性好。另外 ， 拉伸强度大于 1 5 MP a ， 拉断伸长率 5 0 0 ％， 工作温度 1 3 0 c I ， 瞬间耐温达 1 5 0℃ ， 与高密度聚乙烯粘结强度大于 1 2 MP a ． 3结束 语 研究了一种全封闭的补偿器 ， 完全实现了即具有 补偿 能力 ， 又能够防止腐蚀介质 的入侵 ， 从而达到与 管道同等寿命 ， 还可以实现防扭 曲和防拉脱 ， 适用于 近海地 区和地下水 C 1 一 含量高的地区的热 网管道。该 型补偿器在秦皇岛热力公 司以及一些腐蚀介质含量 高的地区得到应用 ， 取得 了很好的效果。 参考 文献 [ 1 ] G B ／ T 1 2 7 7 72 0 0 8 金属波纹膨胀节通用技术条件． [ 2 ] C J ／ T 3 0 1 6 ． 21 9 9 4 城市供热补偿器焊制套筒补偿器． [ 3 ] G B 2 9 0 9 ． 1 橡胶硫化在压缩和剪切状态下蠕变的测定． 作者简介 刘亚征 1 9 7 5 一 ， 工程师， 主要研究城市集中供热、 热能动 力设计 。 上接第 3 8页 产生 的推力， 常规的直管压力平衡型 补偿器不能进行径 向补偿 ， 而万 向力平衡式波纹补偿 器不仅能进行径向补偿 ， 而且能很好地降低补偿器的 轴向推力。采用此种力平衡结构后 ， 补偿器不平衡 的 轴向推力 比原来盲板力大大降低 ， 实现在一个补偿器 上轴向和横 向同时补偿 ， 即节省空间和投资 ， 又提 高 了设备和系统的安全性和可靠性 。 参考文献 『 1 1 J B ／ T 1 0 6 1 7 --2 0 0 6高压组合电器用金属波纹管补偿器． [ 2 ] G B ／ T 1 2 7 7 7 --2 0 0 8金属波纹管膨胀节通用技术条件． [ 3 ] G B ／ T 1 9 7 2 --2 0 0 5碟型弹簧． 『 4 ] 王福新． 1 1 0 0 k V组合电器用金属波纹管补偿器制造工 艺． 管道技术与设备， 2 0 0 8 3 6 0 6 2 ． [ 5 ] 李永生， 李建国． 波形膨胀节实用技术一设计、 制造与应 用． 北京 化学 工业 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 6 ] 姜兆栋 ， 刘杰， 于振毅． 百万伏高压组合电器用复式波纹 补偿器． 第十届全 国膨胀节学术会议 ， 秦皇岛 ， 2 0 0 8 ． 作者简介 赵巍 1 9 8 5 一 ， 工学硕士， 主要从事膨胀节的设计与 应用工作 。 上接 第5 0页 [ 6 ] 王明皓， 郑永刚． 水平管多相段塞流中的流动腐蚀． 油气 储运， 1 9 9 7 ， 6 3 5 6 6 0 ． [ 7 ] 王德国， 何仁洋 ， 董山英． 长距离油气水混输管道内壁流 动腐蚀的研究进展． 天然气与石油， 2 0 0 2 ， 2 0 4 2 5 2 9 ． [ 8 ] O L I V E R M． I n t e rna l C o r r o s i o n D i r e c t A s s e s s m e n t o f L i q u i d P e t r o l e u m P i p e l i n e ． C o r r o s i o n， 2 0 0 7 ． f 9 1 B R A U N E R N ． T h e p r e d i c t i o n o f d i s p e r s e d f l o w s b o u n d a r i e s i n l i q u i d - l i q u i d a n d g a s l i q u i d s y s t e ms ． I n t e rna t i o n a l J o u r n a l o f Mu hi p h a s e F l o w， 2 0 01 ， 1 1 1～l 2 ． [ 1 O ] B A R N E A D ． A u n i fi e d mo d e l f o r p r e d i c t i n g fl o w p a t t e r n t r a n s i t i o n s f o r t h e w h o l e r a n g e o f p i p e i n c l i n a t i o n s ． I n t e r - n a t i o n a l J o u mal of Mu l t i p h a s e F l o w， 1 9 8 7 1 3 11 2 ． 『 1 1 ] C A I J ， N E S I C S ， WA A R D C ． Mo d e l i n g o f w a t e r w e t t i n g i n o i l w a t e r p i p e fl o w．Co r r o s i o r t ／ 2 0 0 4，p a p e r n o ．0 4 6 6 3， Ho u s t o n， Te x a s ， US． [ 1 2 ] 马涛 ， 张洪雷． 浅谈油气输送管道的腐蚀机理． 化学工程 与装备 ， 2 0 0 9 1 1 1 2 1 1 2 2 ． [ 1 3 ] 刘凯 ， 马丽敏， 陈志东， 等． 埋地管道的腐蚀与防护综述． 管道技术与设备， 2 0 0 7 4 3 6 3 8 ． [ 1 4 ] 樊友军， 皮振邦， 华萍． 微生物腐蚀的作用机制与研究方 法现状． 材料保护， 2 0 0 1 ， 3 4 5 1 8 2 O ． 作者简介 杨雪 1 9 8 6 一 ， 硕士研究生 ， 主要研究方向为油气储 运工程最优化 。