长输干燥天然气管道内腐蚀的直接评价技术.pdf

长输干燥天然气管道 内腐蚀的直接评价技术 冰 粱军营 ， 张 涛， 伍 广 安徽理工大学机械工程学院， 安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 摘要 长输干气管道 内腐蚀直接评价技 术 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 me n t Me t h o d o l o g f o r D r y N a t u r a l G a s ， D G I C D A 是在管道完整性管理基础上进行的输送干气管道的内腐蚀直接评价方 法。其主要思路是通过 D G I C D A方法确 定最 易腐蚀 的部位 并对 其进行 直接 检查 ， 检 测其 腐蚀情 况， 用以推测其余管段的腐蚀情况。该方法具有成本低、 无须大面积开挖等优点， 广泛用于国外的 长输干气管道的 内腐蚀检 测。本文对干 气输送管道 D G I C D A的基本原 理、 评价过程等 方面进行较 为详实的说明。通过预评价、 间接检测、 直接检测、 后评价四个步骤 ， 对管道腐蚀情况进行综合分 析 ， 预测管道 内易发生腐蚀的高风险区域， 提高管道腐蚀评价的准确性。 关键词 输气管道 干气内腐蚀直接评价 D G I C D A 完整- 眭管理 中图分类号 T E 9 8 5 ． 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 7 0 1 5 X 2 0 1 3 0 6 0 0 4 1 0 4 目前主要采用干气管道内腐蚀直接评价方 法 D G ． I C D A 对长输天然气 管道的完整性进 行 评价 。这种评价 主要是基 于美 国的 N A C E的有 关标 准 。国 内现 西 气 东 输 工 程 的管 道 全 长 8 7 9 4 k m， 2 0 0 0年 2月 1 3日， 西气 东输 工程正 式 启动 ， 2 0 0 2年 7月 4 日， 管道 全线 开工 ， 时 间较 国外较晚， 因此， 对于长距离高压干气输送的内 腐蚀研究较少。且西气东输横跨 1 5个省、 市、 自治区， 覆盖大半个中国， 不同地域的腐蚀情况 存在很 大的差异 ， 使 得这 方面 的研究 变得 十 分 的困难 。从 近 些 年 以来 的长输 管 道 的 内腐蚀 情况 来 看 ， 进 行 内腐 蚀 方 面 的 研 究 变 得 十 分 i 白 切 1 具体评价过程 干气管道 内腐蚀直接评价技术只适用于干燥 的气体输送 系统 ， 它主要包括 以下 四个步 骤⋯ ①预评价； ②间接检测； ③直接检测； ④后评价。 它的主要 目的是提高评价 的准确性 ； 通过上述评 价过程可 以确保管道 的完整性。评价流程见 图 1 。 1 ． I 预 评 价 预评价过程 主要包 括三个 步骤 数 据采集 、 D G I C D A的可行 性评 估 和 D G I C D A区域 的识 别。在此过程中需要了解管道的一些基本参数 如管道的长度、 直径、 壁厚 、 工作压力和操作温 度等 ， 除此以外还要了解管道的原先的一些情 况 ， 例如是否 发生 泄漏 、 泄 漏 的部 位 、 维修 数据 和所输 送 的气体 的性质 等。在 收集完数 据后 ， 需要基于这 些数据 对其 进行 分析 ， 如 果管道 中 含有液体 主要 为水 、 累计 的污泥和微生 物等 其他不适宜 采用 此方法 进行 评价 的， 则不 能用 D G I C D A方法进行 分析 ， 需 要考 虑运 用其他 方 法进 行 检 测 ， 如 WG I C D A I n t e r n a l C o r r o s i o n Di r e c t As s e s s me nt Me t ho do l o g y f o r P i pe l i n e s C a r r y i n g N o r ma l l y We t N a t u r a l G a s 湿气管道 内腐 蚀直接评价 等， 以提高内腐蚀评价的准确性。 最后 ， 需要 确定 所研 究 区域 的类型 。通过 对管 道长度 ， 气体 温度 、 压 强 、 流 向和流速 等方 面进 行综合 考 虑分类 。一 般情 况下 ， 天 然气 的输送 管道 只可 能形成 层流 和分 散液滴 两种 形式 ， 此 评价方法较适合层流体的状况 。 1 ． 2间接评价 间接评 价主要是对 于临界倾角 的计算 与分 析 ， 常用的两种方式 一是通过压缩因子来计算临 界倾角， 二是通过范德华方程来进行计算。下面 将对如何运用压缩因子求解临界倾角进行分析。 收稿 日期 2 0 1 3 0 81 6 ； 修改稿收到日期 2 0 1 31 0 2 8 。 作者简介 梁军营， 现为安徽理工大学 2 0 1 0级在校生。E ma i l 9 4 70 43 7 78 q q． c o rn 基金项 目 2 0 1 2年地方高校国家级大学生创新创业训练 计划项 目 2 0 1 2 1 0 3 6 1 0 4 3 、 安徽省淮南市 2 0 1 2年科技计划 项 目 2 0 1 2 A 0 0 9 0 8 的子课题。 4】 图 1 干气内部腐蚀直接评价流程 F i g ． 1 D r y Ga s I n t e r n a l C o r r o s i o n Di r e c t As s e s s me n t F l o w Ch a r t 压 缩 因子 用于修 正在 压力较 高 的情 况下 ， 此时用理想气体状态方程来 描述气体状态将 与 实际情况下气体 的状态存 在偏差 。还可 以利 用 压缩 因子来表示实际气体状 态偏离理想气体 状 态 的程度。即 P V Z n R T 1 Z 压缩 因子 无量纲 ； P 绝对压力 ； V 体 积； n 摩尔数； 气体常数； T 实际状态下的气 体绝对温度 。 根据 N A C E S P 0 2 0 6 - 2 0 0 6的相关规定 ， 利用压 缩因子进行临界倾角的求解 ， 可通过以下三个步骤。 步骤一 计算基准状态下的气体密度 P M V ， I P 基准状态下的气体密度 ； 摩尔质量。 步骤二 计算基准状态下的气体的表观速度 ㈣ 等 3 g 卯 实际的气体流量 ；q ㈣ 标 准状况 下 的气体流量 ； P 标准状况下的大气压 ；T s 标 准状况下的温度 。 q v o P 4 基准状态下 的气体的表观速度 ； A 管道 的截面面积 ； d 管道 内径 。 步骤三 计算临界倾角 0a r c s i n 0 ． 6 7 5且 。 5 PlPg g 口 临界倾角 ； p 液体密度 ； g 重力加速度。 根据上述步骤可求 出压缩因子与临界倾角的 关系曲线 如图 2所示 。其中临界倾角值与压 缩因子存在重要的联系， 因此在实际计算临界倾 角的时候 ， 要充分考虑压缩 因子 的影响。 实际检测中， 常用度数或弧度表示管道实际 的倾角 。倾角的正弦值表示管道高程 相对管 道长度的变化 见图3 。故可以得出 a r c s i n 6 0 管道倾角 ； △ 管道高程 ； △ Z 管道长度 嫂 竖 酶 磐 压缩 因子 图2 压缩因子对临界倾角的影响 F i g ． 2 C o mp r e s s i o n f a c t o r i n flu e n c e O il t h e c r i t i c a l i n c l i n a t i o n a n g l e 图 3 实际倾角 的示意 F i g ． 3 S c h e ma t i c d i a g r a m o f p r a c t i c a l i n c l i n a t i o n a n g l e 将所求得的管道实际倾角 和理论计算出的临 界角 进行 比较， 大于理论临界角 0的位置是最 有可能发生腐蚀， 需要经过进一步的检测来验证。 1 ． 3直接检测 直接检测 的目的主要在 于两方面 ， 一是对 间 接检测中所确定的可能发生内腐蚀的位置， 通过 检测技术来确定是否存在 内腐蚀； 再者是利用 D G I C D A检验结果对所检 测 区段进 行 内腐蚀 情 况的全面评价 。 由 D G I C D A可以确定理论最 大临界角 0 ， 由 公式 6 可以确定实际倾角 。通过 比较二者可 知， 存在以下两种情况 ①实测的管道倾角 部分 或全部大于理论最大临界角 ； ②实测的管道倾 角 都小于理论最大临界角 0 。 若发生第一类情 况 ， 则对大于理论倾 角的所 有位置 ， 按从大到小进行 编号 ， 记 为 1 ， 2 ， 3 ， 所 对 应 的倾角为 ， 0 ， 0 妇， 若 1 位置发生腐蚀 则此管道不具有完整性， 若 1 位置没发生腐蚀， 则 说明 D G ． I C D A的评价方法不适用于此 ， 需要利用 其他方法进行评价。 若发生第二类情况， 首先， 对实测的管道倾角 从大到小进行编号并检测 ， 对于 1位置开挖后 ， 若未发生腐蚀 ， 则需要对 2位置进行开挖检测 ， 只 有 2 位置也没有发生腐蚀才能保证整个管道的完 整性， 若 1 位置发生腐蚀则此管段不具有完整性， 只能得到部分管段的完整性情况。对于部分管段 完整性只需要对 2位置进行评价 ， 评价 的情况和 l 位置相同， 也有两种可能 腐蚀或不腐蚀， 以此 类推。只有确保第 N位置和第 N 1 位置都无腐 蚀 ， 才能得出这两个位置所判断的部分管段 的完 整性 ， 而不能保证整个管道的完整性。一般部分 管道的完整性检测常常可以忽略， 只有在推测出 该管段有可能存在腐蚀的情况下 ， 才会进行详细 的部分管道完整性检测 ， 这也从另一方面反映 出 内腐蚀直接评价技术的价值所在 。 对管 道进行 开挖 后 ， 可使 用无 损检 测技 术 N D T 来进行检验 ， 如超声 波检测法 、 电磁超声 检测法 、 涡流检测法 、 漏磁检测 法等 j 。如不对 管道进行开挖 ， 可采用智能化漏磁检测装置进行 直接检测 ， 智能化漏磁检测装置是 目前公认 的无 需管道开挖的先进 的内腐蚀检测技术 ， 但 由于技 术的垄 断 ， 目前 ， 国 内 尚无 法 全 面 开展 此 项 技 术 。考虑到管道输送压力不稳定或者每 日输 送压力参数有所不 同， 每 日的临界倾角会有所 区 别。因此可采用风险分析的方法， 对评价过程进 行改进和完善。 1 ． 4后评价 为了评价 D G ． I C D A过程 的有效性 和确定再 次评价的时 间间隔 ， 需要进行后评价 。把理论所 得位置的腐蚀情况和实际位置的腐蚀情况进行对 比分析 ， 并进行记录 ， 作为下次评价的参考依据。 随机挑选足够多 的位置进行检测， 若 发现这些位 置发生大面积腐蚀 ， 则证明 D G I C D A对此管道无 效 。除此之外 ， 在利用 I C D A 分析时要避免一些 常见的问题如 测 量所得管道高程数据的精度要 求是否满足 ， I C D A边界条件 如不用于极低流速 和非干气输气管道 等。且再次评价的时间应不 多于所确定的理论时间间隔。理论时间间隔的确 定常用以下几种方式 1 可 以确 定一 个腐 蚀增 长速率 的最小数 值 ， 当腐蚀增长速率达到此值时， 则需要对其进行 检测， 然后计算出本次检测距上次检测的时间间 隔 ， 并和原来的时间间隔进行 比较分析 ， 重新规定 新 的检测时间间隔 ； 43 2 对 D G I C D A所确定的高风险的位置上 安装腐蚀监控装置 ， 来进行实时监测 ， 根据实时监 测的结果确定时间间隔 ； 3 建立腐蚀速率数学模型， 对该模型以运 行条件、 流体组分和其他关键因素为依据， 来确定 时间间隔。 2分析 例 1 某管道直径 D N 3 0 0 ， 全长 8 0 ． 0 k m， 在操 作条件 流量 9 ． 1 0 d a m ／ h 、 压力 6 0 0 k P a 、 温 度 1 6 ． 5 o C 下 ， 检测中曾经 出现过积液现象 。对其 中输送 的 3～5 k m 的管段 进 行 分析 评 价。 由 I C D A得 出的临界倾角 为 2 ． 1 l 。 。当管道 的实际 倾角都小于这个临界值 ， 可认为该 管段不会 出现 腐蚀 ， 经过直接检测技术进行检测 发现该管道不 存在腐蚀 ， 从而验证了本评价方法的准确性。 例 2 对在操 作条件 流量 1 6 ． 5 0 d a m ／ h ， 压 力 1 MP a 、 温度为 1 5 ． 5 c IC 下工作 的管道相关地 理信息数据进行分析， 通过软件计算其中一段管 长为 5 ． 0 6 ． 0 k m的管段 临界倾角为 3 ． 1 5 。 。该 管段有 4个部位超过 了该临界值 ， 经特定仪器测 得液体积聚处存在腐蚀， 说明本方法对腐蚀部位 的判断是正确的。 通过以上两个例子可得 出 I C D A对于气管道 腐蚀状况和腐蚀部位的判断准确， 从而表明了本 方法 的实际应用过程和意义所在 。 3 结语 内腐蚀直接评价技术是一种有效识别一般干 气管道系统的内腐蚀检测技术， 它检测时不受管 道 自身物理和几何条件 的制约 ， 同时还能预测管 道未发生内腐蚀破坏的高风险段的腐蚀状况。由 于国内长输天然气管道的使用时间 比较短 ， 内腐 蚀评价方法较 国外起步迟。欧美 国家在此领域研 究比较深入 ， 并取得 了一定研究成果 。N A C E现 已经开 始 了湿 气 管道 的 内腐 蚀 直接 评 价技 术 WG I C D A 和液体管道的内腐蚀直接评价技术 L P I C D A 的研究 。国内现已加强了对 内腐蚀直 接评价技术的重视程度 ， 并基于 自身问题尤其是 西气东输工程的检测上 ， 对现有方法进行 了补充 和完善 ， 并提 出了 自己的相关理论 。今后随着 自 身检测水平的提高和对更多新型内腐蚀检测技术 的深入研究， 将会使人们对管道内腐蚀情况做出 更为准确的判断， 并据此提出更加有效的腐蚀防 治措施 参考文献 [ 1 ] 赵学芬 ， 姚安林 ， 赵忠 刚 ．输气 管道 内腐蚀 直接评 价方法 [ J ] ．焊管 ， 2 0 0 6， 2 9 2 6 8 - 7 2 ， [ 2 ] 刘福顺， 汤明 ． 无损检测基础[ M] ．北京 北京航空航天大 学 出版社 ， 2 0 0 2， 7 6 ． [ 3 ] 杨理践 ．管道漏磁在线检 测技术 [ J ] ．沈 阳工 业大学学报 ， 2 0 0 5， 2 7 5 5 2 3 5 2 5 ． [ 4] 范向红 ， 王少华 ， 那 晶 ．我 国管道 漏磁 检测技术 及 其成 就 [ J ] ． 石油科技论坛， 2 0 0 7 5 5 5 5 6 ． [ 5 ] 刘争芬， 张鹏 ． 多相流管线的内腐蚀直接评价方法[ J ] 管 道技术 与设备 ， 2 0 0 7， 4 3 5 ． 编辑张 向阳 Di r e c t a s s e s s me nt o f i nt e r n a l c o r r o s i o n i n l o ng d i s t a n c e dr y g a s t r a n s mi s s i o n pi p e l i ne L i a n g J u n y i n g，Zh a n g T a o，Wu G u a n g S c h o o l ofM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ofA n h u i U n i v e r s i t y ofS c ie n c e a n d T e c h n o l o g y ， H u a i n a n ， A n h u i 2 3 2 0 0 1 Ab s t r a c t D r y G a s I n t e r n a 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 D G I C D Ai s a d i r e c t i n t e r n a l c o r r o s i o n a s s e s s me n t me t h o d f o r d ry g a s t r a n s m i s s i o n p i p e l i n e b a s e d o n t h e p i p e l i n e s ’i n t e g r i t y m a n a g e me n t ．T h e o b j e c t i v e o f D G I C D A i s t o d e t e r m i n e t h e l o c a t i o n s w h i c h a r e t h e m o s t l i k e l y s u b j e c t t o c o r r o s i o n a n d d i r e c t l y e x a m i n e a n d i n s p e c t t h e c o rr o s i o n b y D G一1 C D A S O a s t o mo n i t o r t h e c o rro s i o n c o n d i t i o n s o f o t h e r p a r t s o f p i p e l i n e ．T h i s me t h o d， wh i c h o f f e r s t h e a d v a n t a g e s o f l o w c o s t s a n d n o d i g g i n g o f l a r g e a r e a ， h a s b e e n w i d e l y a p p l i e d f o r d e t e c t i o n o f i n t e r n a l c o rro s i o n o f o v e r s e a s l o n gd i s t a n c e d ry g a s p i p e l i n e s ．T h e f u n d a me n t a l s a n d p r o c e s s o f a s s e s s me n t o f DG I CG A a r e d e s c r i b e d i n d e t a i l ． T h e c o r r o s i o n c o n d i t i o n s o f t h e p i p e l i n e s a r e c o mp r e h e n s i v e l y a n a l y z e d t h r o u g h p r ea s s e s s me n t ， i n d i r e c t d e t e c t i o n， d i r e c t d e t e c t i o n a n d p o s t a s s e s s me n t ，t h e h i g h r i s k a r e a s o f p i p e l i n e s w h i c h a r e s u b j e c t t o c o r r o s i o n a r e p r e d i c t e d ， a n d t h e a c c u r a c y o f c o r r o s i o n a s s e s s me n t o f p i p e l i n e s i s i m p r o v e d ．T h e s e p r o v i d e g o o d g u i d e l i n e s f o r f u r t h e r r e l e v a n t c o r r o s i o n a s s e s s me n t a n d c o r r o s i o n p r o t e c t i o n i n C h i n a ． Ke y wo r d s g a s t r a n s mi s s i o n p i p e l i n e，d ry g a si n t e r n a l c o r r o s i o n d i r e c t a s s e s s me n t ，i n t e g r i t y ma n a g e me n t 4 4