油氣管道腐蝕檢測及剩余壽命預測

史博　王彥　孫煊

摘 要：埋地油氣管道發生腐蝕將會導致油氣管道的穿孔、泄漏甚至破裂，造成巨大的財產生命損失，有必要對存在腐蝕缺陷的油氣管道進行檢測并對其剩余壽命的預測。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措施，并結合各檢測技術的優缺點，采用CIPS與DCVG聯合檢測方法對管道腐蝕進行檢測較為理想。同時在針對目前對管道剩余壽命預測方法的研究基礎上，提出采用灰色理論預測和人工神經網絡相組合對管道剩余壽命進行預測。

關鍵詞：油氣管道腐蝕；腐蝕檢測；剩余壽命的預測

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

1 油田管道腐蝕特征及防護

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腐蝕創造了有利的條件，通過測試：油田土壤的腐蝕速率平均為0.5mm/a，最高達0.9mm/a，是輸送介質腐蝕速率的5～10倍，因此，外腐蝕成為油田埋地鋼質管道腐蝕的主要因素。其外防腐蝕技術措施主要為管道外腐蝕層和陰極保護聯合保護。陰極保護技術措施主要為強制電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護。由于強制電流陰極保護系統具有輸出電流連續可調、保護范圍大、不受環境電阻率限制等優點，目前，在有電力供應條件的區塊，油田的外防腐技術措施采用強制電流陰極保護措施。

2 油田管道腐蝕的檢測

油田集輸系統管道腐蝕主要為外腐蝕，其檢測技術主要是對管道的外覆蓋層以及陰極保護效果進行檢測評價，目前國內外管道外腐蝕檢測技術主要分為兩類，一是對管道的外覆蓋層保護效果進行檢測，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測

目前，國內外對剩余壽命的預測進行了很多相關的研究并提出了現行的適用標準，如果CEGB R6、PD6493以及最新發布的API 578草案中，都給出了粗略的指導方法，但在實際現場的應用中效果較差。油氣管道腐蝕剩余壽命的預測起著決定性的是其腐蝕速率的確定。然而如采用傳統意義上的概率統計學的方法，由于存在沒有足夠多的數據樣本的缺陷，將會導致預測其腐蝕速率獲得的結果精度不高。有關油氣管道腐蝕速度的預測方法較多，如灰色預測模型、人工神經網絡模型和可靠度函數分析方法等。單純的灰色理論雖可進行較好的預測，但對于復雜非線性系統進行分析，由于其系統信息數據隨機性變化較為明顯使其但其預測精度不高，且誤差精度無法控制；而單純的神經網絡雖具有并行計算、分布式信息存儲、自適應學習以及容錯性強等優點，計算精度一般也比灰色理論預測精度高，對非線性問題處理方面具備一定的優越性，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測一般采用灰色理論方法和人工神經網絡的方法相配合進行預測。

3.1 預測思路

油氣管道發生腐蝕后會使得管道的壁厚逐漸減薄，管道承受內壓能力降低，導致油氣管道抗泄漏和破裂的能力下降。當管道的內壓大于管道的極限承載能力時，管道發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，管道達到其使用壽命，使用壽命與當前時間之差值Tr即為其剩余壽命。要預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 預測方法

3.2.1 最小允許壁厚確定

根據美國ASME鍋爐壓力容器 N-480《管道腐蝕減薄驗收準則》進行評定。該準則規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

灰色理論預測方法和人工神經網絡預測相結合，利用灰色方法求解需要的計算量小，在少樣本情況下可達到較高精度；利用神經網絡計算精度高，且誤差可控；并可以利用兩者組合預測的方法進行分析；這樣二者優勢互補，獲得了廣泛的應用。其預測模型流程圖如圖1所示：

4 結語

隨著石油、天然氣工業的不斷發展，管道輸送發揮著越來越重要的作用，但隨著使用年限的增加，防腐涂層發生老化、龜裂甚至剝離，進而發生腐蝕，造成巨大的財產損失和人員傷亡。有必要對存在腐蝕缺陷的油氣管道進行檢測并對其剩余壽命的預測。目前對管道腐蝕檢測的技術有很多種，并相關學者都對其進行了研究和改進，但都有一定的局限性。應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，防護措施為外防腐蝕層和陰極保護聯合防護，故采用CIPS與DCVG聯合檢測方法對管道腐蝕進行檢測較為理想。同時在針對目前的對管道剩余壽命的預測方法的研究的基礎上，提出采用灰色理論預測和人工神經網絡相組合對管道剩余壽命進行預測。

參考文獻：

[1]龍憲春.油氣管道外檢測技術現狀與發展趨勢[J].管道技術與設備，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測[J].管道技術與設備，2008（05）：43-44.

[3]蔣曉斌.油氣管道腐蝕剩余壽命的預測方法[J].石油工業技術監督，2005（04）：18-20.endprint