油氣管道腐蝕檢測及剩余壽命預(yù)測

史　博,王　彥,孫　煊（.陜西延安石油天然氣有限公司項目管理部,陜西　延安　70054;　.長慶油田分公司第三采油廠,西安　70065）

油氣管道腐蝕檢測及剩余壽命預(yù)測

史博1,王彥1,孫煊2
（1.陜西延安石油天然氣有限公司項目管理部,陜西延安710054;2.長慶油田分公司第三采油廠,西安710065）

摘要：埋地油氣管道發(fā)生腐蝕將會導(dǎo)致油氣管道的穿孔、泄漏甚至破裂，造成巨大的財產(chǎn)生命損失，有必要對存在腐蝕缺陷的油氣管道進(jìn)行檢測并對其剩余壽命的預(yù)測。以油田油氣管道為研究對象，分析其管道的腐蝕特征及防護(hù)措施，并結(jié)合各檢測技術(shù)的優(yōu)缺點，采用CIPS與DCVG聯(lián)合檢測方法對管道腐蝕進(jìn)行檢測較為理想。同時在針對目前對管道剩余壽命預(yù)測方法的研究基礎(chǔ)上，提出采用灰色理論預(yù)測和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相組合對管道剩余壽命進(jìn)行預(yù)測。

關(guān)鍵詞：油氣管道腐蝕；腐蝕檢測；剩余壽命的預(yù)測

油氣管道絕大多數(shù)都是由金屬管道及設(shè)備構(gòu)成且埋地鋪設(shè)。管道與各種不同的周圍介質(zhì)接觸，導(dǎo)致油氣管道發(fā)生腐蝕。具有腐蝕缺陷的管道一旦發(fā)生穿孔、泄露，將會造成重大的財產(chǎn)損失和人身安全事故。因此，必須對管道的腐蝕進(jìn)行檢測，并對其剩余壽命進(jìn)行預(yù)測，以便做出管道繼續(xù)使用、維修及更換的正確決策。

1　油田管道腐蝕特征及防護(hù)

土壤屬于蘇打型鹽堿化土壤，地下水位高，礦化度較高，土壤的腐蝕性較強，為埋地管道的電化學(xué)腐蝕創(chuàng)造了有利的條件，通過測試：油田土壤的腐蝕速率平均為0.5mm/a，最高達(dá)0.9mm/a，是輸送介質(zhì)腐蝕速率的5～10倍，因此，外腐蝕成為油田埋地鋼質(zhì)管道腐蝕的主要因素。其外防腐蝕技術(shù)措施主要為管道外腐蝕層和陰極保護(hù)聯(lián)合保護(hù)。陰極保護(hù)技術(shù)措施主要為強制電流陰極保護(hù)和犧牲陽極陰極保護(hù)。由于強制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)具有輸出電流連續(xù)可調(diào)、保護(hù)范圍大、不受環(huán)境電阻率限制等優(yōu)點，目前，在有電力供應(yīng)條件的區(qū)塊，油田的外防腐技術(shù)措施采用強制電流陰極保護(hù)措施。

2　油田管道腐蝕的檢測

油田集輸系統(tǒng)管道腐蝕主要為外腐蝕，其檢測技術(shù)主要是對管道的外覆蓋層以及陰極保護(hù)效果進(jìn)行檢測評價，目前國內(nèi)外管道外腐蝕檢測技術(shù)主要分為兩類，一是對管道的外覆蓋層保護(hù)效果進(jìn)行檢測，主要有多頻管中電流衰減法（PCM）、電流梯度檢測法（ACVG）和直流電位梯度法（DCVG），另一是對陰極保護(hù)效果的檢測主要是密間距電位測量法(CIPS)[1]。

3　油田腐蝕管道剩余壽命的預(yù)測

目前，國內(nèi)外對剩余壽命的預(yù)測進(jìn)行了很多相關(guān)的研究并提出了現(xiàn)行的適用標(biāo)準(zhǔn)，如果CEGBR6、PD6493以及最新發(fā)布的API578草案中，都給出了粗略的指導(dǎo)方法，但在實際現(xiàn)場的應(yīng)用中效果較差。油氣管道腐蝕剩余壽命的預(yù)測起著決定性的是其腐蝕速率的確定。然而如采用傳統(tǒng)意義上的概率統(tǒng)計學(xué)的方法，由于存在沒有足夠多的數(shù)據(jù)樣本的缺陷，將會導(dǎo)致預(yù)測其腐蝕速率獲得的結(jié)果精度不高。有關(guān)油氣管道腐蝕速度的預(yù)測方法較多，如灰色預(yù)測模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和可靠度函數(shù)分析方法等。單純的灰色理論雖可進(jìn)行較好的預(yù)測，但對于復(fù)雜非線性系統(tǒng)進(jìn)行分析，由于其系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)隨機性變化較為明顯使其但其預(yù)測精度不高，且誤差精度無法控制；而單純的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖具有并行計算、分布式信息存儲、自適應(yīng)學(xué)習(xí)以及容錯性強等優(yōu)點，計算精度一般也比灰色理論預(yù)測精度高，對非線性問題處理方面具備一定的優(yōu)越性，但其計算量較大。目前，為了解決這一問題，油氣管道腐蝕剩余壽命的預(yù)測一般采用灰色理論方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法相配合進(jìn)行預(yù)測。

3.1預(yù)測思路

油氣管道發(fā)生腐蝕后會使得管道的壁厚逐漸減薄，管道承受內(nèi)壓能力降低，導(dǎo)致油氣管道抗泄漏和破裂的能力下降。當(dāng)管道的內(nèi)壓大于管道的極限承載能力時，管道發(fā)生泄漏或者破裂事故。即管道的剩余壁厚d減薄到最小允許壁厚dmin時，管道達(dá)到其使用壽命，使用壽命與當(dāng)前時間之差值Tr即為其剩余壽命。要預(yù)測腐蝕海底管道的剩余壽命，需要確定腐蝕管道的厚度、最大剩余厚度和平均腐蝕速率。其中腐蝕管道的厚度可以直接測量。

3.2預(yù)測方法

3.2.1最小允許壁厚確定

根據(jù)美國ASME鍋爐壓力容器N-480《管道腐蝕減薄驗收準(zhǔn)則》進(jìn)行評定。該準(zhǔn)則規(guī)定對腐蝕管道評定的范圍必須滿足以下條件：0.3t≤tp≤0.875t式中[2]，t為正常時管道的壁厚，即原設(shè)計時無腐蝕的壁厚；tp為評定壽命時的最大腐蝕坑深度剩余壁厚，即最小允許壁厚。

3.2.2腐蝕速率的確定

灰色理論預(yù)測方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測相結(jié)合，利用灰色方法求解需要的計算量小，在少樣本情況下可達(dá)到較高精度；利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算精度高，且誤差可控；并可以利用兩者組合預(yù)測的方法進(jìn)行分析；這樣二者優(yōu)勢互補，獲得了廣泛的應(yīng)用。其預(yù)測模型流程圖如圖1所示：

4　結(jié)語

隨著石油、天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展，管道輸送發(fā)揮著越來越重要的作用，但隨著使用年限的增加，防腐涂層發(fā)生老化、龜裂甚至剝離，進(jìn)而發(fā)生腐蝕，造成巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡。有必要對存在腐蝕缺陷的油氣管道進(jìn)行檢測并對其剩余壽命的預(yù)測。目前對管道腐蝕檢測的技術(shù)有很多種，并相關(guān)學(xué)者都對其進(jìn)行了研究和改進(jìn)，但都有一定的局限性。應(yīng)針對管道的腐蝕特征和類型，選取合適的檢測方法。油田油氣管道主要是以外腐蝕為主，防護(hù)措施為外防腐蝕層和陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)，故采用CIPS與DCVG聯(lián)合檢測方法對管道腐蝕進(jìn)行檢測較為理想。同時在針對目前的對管道剩余壽命的預(yù)測方法的研究的基礎(chǔ)上，提出采用灰色理論預(yù)測和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相組合對管道剩余壽命進(jìn)行預(yù)測。

參考文獻(xiàn)：

[1]龍憲春.油氣管道外檢測技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2008(01):20-22.

[2]吳明亮.基于灰色馬爾科夫理論的油氣管道腐蝕剩余壽命預(yù)測[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2008(05):43-44.

[3]蔣曉斌.油氣管道腐蝕剩余壽命的預(yù)測方法[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2005(04):18-20.