美國西南研究院設(shè)計出可預(yù)測腐蝕風(fēng)險的計算機模型

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美國西南研究院設(shè)計出可預(yù)測腐蝕風(fēng)險的計算機模型

美國西南研究院（SwRI）的工程師開發(fā)出CAsed管道腐蝕模型，即CAPCOM，來檢測復(fù)壁管段的腐蝕情況。CAPCOM原理是應(yīng)用有限元法（FEM）對管道腐蝕情況建立數(shù)學(xué)模型。利用有限元法對復(fù)雜表面、結(jié)構(gòu)以及天氣系統(tǒng)進行建模，把問題分解成許多小的、易解決的單元，這些單元就稱為“有限元”。對這些較小單元的求解，推導(dǎo)出整個問題的近似解。對于復(fù)壁管道，運用有限元法可對管道完整性、服役壽命和腐蝕風(fēng)險進行更好的預(yù)測。在一些不能進行目測和內(nèi)檢測的管段，CAPCOM可為這些管段提供重要的腐蝕信息。通過評估復(fù)壁管段處的管地電位，以及主管的腐蝕速率，CAPCOM可幫助人們判定復(fù)壁管段是否得到充分保護，或是否需要進行防護性維修。CAPCOM可對復(fù)雜腐蝕情況進行建模，包括主套管之間的電解接觸或電解加金屬接觸。對使用陰極保護系統(tǒng)的管段，CAPCOM可定量分析陰極保護系統(tǒng)的防腐蝕效果。當(dāng)主套管發(fā)生電解接觸時，CAPCOM還可定量管道所需的陰極保護電流。

同無套管管道上的陰極保護系統(tǒng)模型上的參數(shù)一樣，CAPCOM使用基本數(shù)學(xué)輸入?yún)?shù)（如涂層質(zhì)量、管道材質(zhì)、陽極輸出和流經(jīng)土壤和電解質(zhì)的電流）。除此之外CAPCOM還添加了套管自身的輸入?yún)?shù)。CAPCOM對有套管管段和無套管管段的輸入?yún)?shù)包括尺寸規(guī)格，涂層性能，土壤特性和主套管空隙間的電解特性，同時還可分析用于保護主套管的陰極保護設(shè)計。CAPCOM的有限元方法得出了用于預(yù)測復(fù)壁管段腐蝕狀況的模型方程。利用此模型方程CAPCOM可模擬影響主管的各種工況條件，比如，土壤在復(fù)壁管段附近的不同區(qū)域是如何導(dǎo)電和抑制電流傳導(dǎo)的。當(dāng)為同質(zhì)介質(zhì)建模時，基于邊界元法的軟件應(yīng)用效果最佳，比如管道附近相同特性的土壤，但當(dāng)為管道附近土壤和含有不同化學(xué)成分及含水量的其他填土材料建模時，效果不佳。CAPCOM可以通過對主套管之間的電阻和電解質(zhì)分別建模來判定金屬接觸和電解接觸情況。還可對主套管段的內(nèi)外部涂層漏點進行建模。

同人工目測檢測相比，CAPCOM花費費用較少。人工目測需要移除管道上的表層土，讓套管兩端暴露出來，用檢測工具對管道內(nèi)部進行檢測。根據(jù)套管尺寸和不同位置，人工目測檢測需要花費5萬-10萬美元。相比之下，利用CAPCOM軟件分析管道時，只需用于分析的相關(guān)工程時間。初次購買這套軟件約耗費3.5萬美元，但可使無限次對管道進行評估。人工目測檢測管道還需同時使用清管器對管道進行內(nèi)檢測，每公里需花費1-2萬美元，因為用于發(fā)射和接收清管器的站場通常20-50英里遠，實際檢測時間較長。清管檢測一般每5年進行一次，因此不能有效的檢測管道腐蝕情況，預(yù)防腐蝕引發(fā)的管道損壞。

CAPCOM需要大量的輸入?yún)?shù)來模擬復(fù)壁管道的腐蝕狀況，這些參數(shù)通過實地測量獲得，有些參數(shù)很難得到。不過SwRI團隊對CAPCOM軟件進行公式化處理后解決了這個問題。當(dāng)某一參數(shù)值無法獲取時，用具有可變范圍的標稱值代替，這樣就可以在一定范圍內(nèi)對管道進行模擬，預(yù)測得出該范圍內(nèi)管道腐蝕狀況和管道套管的電極電位。CAPCOM作為一種建模工具，不但能檢測管道，還可評價管道的防腐產(chǎn)品。CAPCOM可對受自身條件限制很難檢測的關(guān)鍵管段進行檢測，預(yù)測管道剩余壽命。

吳超 孫冰源 編譯自Pipeline & Gas Journal官網(wǎng)