天然氣管道內(nèi)腐蝕的原理及直接評(píng)價(jià)

袁宇輝 張艷琳(1.中石化川氣東送天然氣管道有限公司， 湖北 武漢 430000；2.中石油西南油氣田分公司輸氣管理處， 四川 成都 610213)

天然氣管道內(nèi)腐蝕的原理及直接評(píng)價(jià)

袁宇輝 張艷琳(1.中石化川氣東送天然氣管道有限公司， 湖北 武漢 430000；2.中石油西南油氣田分公司輸氣管理處， 四川 成都 610213)

社會(huì)各領(lǐng)域快速發(fā)展，對(duì)于天然氣等資源需求量日漸增加，與其他能源不同，天然氣運(yùn)輸需要通過(guò)管道形式。而天然氣中含有酸性氣體、水汽等，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸，會(huì)對(duì)管道內(nèi)部產(chǎn)生不同程度的腐蝕，且多發(fā)生在管徑等位置，極易引發(fā)天然氣泄漏等危險(xiǎn)。為了避免天然氣管道腐蝕進(jìn)一步惡化，加強(qiáng)對(duì)腐蝕效果原理的分析和評(píng)價(jià)至關(guān)重要。文章從天然氣管道內(nèi)腐蝕原理入手，結(jié)合具體案例探討天然氣管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)的應(yīng)用，旨在為天然氣運(yùn)輸提供相應(yīng)的支持。

天然氣管道；內(nèi)腐蝕；原理；直接評(píng)價(jià)

天然氣管道中含有大量積水，且其中含有H2S、CO2等腐蝕性物質(zhì)，在管道內(nèi)產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。內(nèi)腐蝕是導(dǎo)致管道系統(tǒng)嚴(yán)重老化的具體因素之一，長(zhǎng)時(shí)間作用下會(huì)出現(xiàn)管道泄漏，降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，直接威脅到輸氣系統(tǒng)安全性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)，美國(guó)所有天然氣輸送管道內(nèi)腐蝕事故占比為15%。在實(shí)踐檢測(cè)中，受到檢測(cè)工具自身體積等因素的限制，無(wú)法有效檢測(cè)到管道內(nèi)部狀態(tài)。而內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)方法(DG-ICDA)以其自身靈活性?xún)?yōu)勢(shì)，能夠幫助工作人員掌握管道內(nèi)部情況，并采取合理措施加以調(diào)整和優(yōu)化。

1 天然氣管道內(nèi)腐蝕原理分析

天然氣管道內(nèi)腐蝕是管道在周?chē)橘|(zhì)作用下產(chǎn)生的損耗。其中管道內(nèi)腐蝕介質(zhì)主要包括水汽、二氧化碳等。管道內(nèi)部水汽只有是氣態(tài)狀態(tài)不會(huì)引發(fā)內(nèi)腐蝕。在特定條件下，管道的水汽會(huì)被液化為水膜吸附在管道表面，逐步腐蝕管道[1]。現(xiàn)階段，管道輸送天然氣多經(jīng)過(guò)處理，以干氣狀態(tài)為主，常溫常壓下不易成為游離水狀態(tài)。但是一旦溫濕度發(fā)生變化，天然氣極易變?yōu)橐簯B(tài)水。

2 天然氣管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)

現(xiàn)階段，較為常用的內(nèi)腐蝕控制方法僅能夠降低腐蝕速度，并不會(huì)從根本上避免該現(xiàn)象的發(fā)生。針對(duì)不間斷運(yùn)輸?shù)墓艿溃梢赃\(yùn)用內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)方法對(duì)管道進(jìn)行全面、系統(tǒng)評(píng)價(jià)。詳細(xì)來(lái)說(shuō)：

(1)預(yù)評(píng)價(jià) DG-ICDA是一種基于風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法。在預(yù)評(píng)價(jià)階段，要收集管道歷史、運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)資料等基本資料，進(jìn)行綜合性分析和風(fēng)險(xiǎn)量化，實(shí)現(xiàn)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的合理劃分。為了最大限度上降低對(duì)管道運(yùn)行效率產(chǎn)生的影響，多收集需要數(shù)量數(shù)據(jù)列表。

(2)間接評(píng)價(jià) 間接評(píng)價(jià)也稱(chēng)ICDA計(jì)算，主要目標(biāo)是在合理范圍內(nèi)，結(jié)合當(dāng)前管道情況構(gòu)建相應(yīng)的流動(dòng)模型，與此來(lái)預(yù)測(cè)管道內(nèi)部可能存在的被腐蝕位置。在實(shí)踐中，可以分為兩個(gè)步驟進(jìn)行，一是收集管道相關(guān)資料，進(jìn)行多相流計(jì)算，獲得積液最大臨界傾角，并繪制出高程剖面分布圖，更加直觀、形象地觀察管道。二是將計(jì)算結(jié)果與高程圖與原圖進(jìn)行分析，能夠更加準(zhǔn)確的找到腐蝕危險(xiǎn)位置。通常情況下，可以通過(guò)如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：θ、ρ1、分別代表的是臨界角、積液密度等。

在計(jì)算中，要保持液體與氣體密度單元一致性。同時(shí)還要充分考慮非理想狀態(tài)下的壓縮因子，并對(duì)非理想狀態(tài)下氣體狀態(tài)方程進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以此來(lái)找到極有可能發(fā)生腐蝕的位置。

(3)直接檢查 直接檢查在評(píng)價(jià)活動(dòng)中，主要是選取一個(gè)大于最大臨界角的管道傾角位置進(jìn)行開(kāi)挖檢查處理，以此來(lái)驗(yàn)證上述工作內(nèi)腐蝕位置判斷是否準(zhǔn)確，從更高層面上進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)一步提高評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性[2]。在檢查中，一旦發(fā)現(xiàn)管道實(shí)際傾角小于計(jì)算得出的最大臨界角，要根據(jù)最大傾角進(jìn)行開(kāi)挖，檢查位置存在腐蝕情況，應(yīng)根據(jù)最大傾角位置進(jìn)行開(kāi)挖。再者，當(dāng)檢測(cè)位置都未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，應(yīng)結(jié)束檢查。信息時(shí)代背景下，還可以借助無(wú)損檢測(cè)，將檢測(cè)設(shè)備安裝在高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，當(dāng)出現(xiàn)泄漏問(wèn)題時(shí)，把握好泄露程度，能夠第一時(shí)間做出針對(duì)性處理。

(4)后評(píng)價(jià) 后評(píng)價(jià)作為最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是將發(fā)現(xiàn)的被腐蝕位置，與通過(guò)ICDA預(yù)測(cè)位置進(jìn)行比較分析，評(píng)價(jià)其是否具有有效性，并做好記錄和備案，為后續(xù)事件工作提供指導(dǎo)[3]。如果在任何位置上都出現(xiàn)了大面積腐蝕現(xiàn)象，可以證明評(píng)價(jià)對(duì)該部分無(wú)效。然后，按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行再次評(píng)價(jià)處理。

(5)案例分析 為了進(jìn)一步深化對(duì)于管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)的認(rèn)識(shí)，本文選取具體研究對(duì)象進(jìn)行分析。該管道為國(guó)外天然氣管道，于1954年正式投產(chǎn)運(yùn)行，運(yùn)行壓力為3.54MPa，輸送介質(zhì)溫度為15.7℃，另外，水汽、CO2、H2S質(zhì)量為3658mg·m-3、1.1%、0.55mg·m-3。在預(yù)評(píng)價(jià)階段，結(jié)合管道基本資料確定ICDA為Ⅰ級(jí)，管道輸送方向?yàn)殡p向，且途中存在多個(gè)出入口，因此要將每個(gè)方向進(jìn)行單獨(dú)分區(qū)。管道由南——北、由北——南可以劃分為八個(gè)區(qū)域[4]。根據(jù)地質(zhì)勘查局提供的管道剖面圖，能夠計(jì)算得出最大臨界傾角，通過(guò)開(kāi)挖證明，能夠發(fā)現(xiàn)直接評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率高達(dá)88%。DG-ICDA既可以用于內(nèi)腐蝕評(píng)價(jià)方法，進(jìn)行單獨(dú)性評(píng)價(jià)，也可以借助智能檢測(cè)設(shè)備、試壓法進(jìn)行輔助測(cè)量。針對(duì)天然氣而言，利用內(nèi)腐蝕評(píng)價(jià)方法還應(yīng)進(jìn)一步深化，隨著直接評(píng)價(jià)方法功能愈發(fā)明顯，該方法將得到全面推廣和普及。

[1]朱向泰，米曉利.直接評(píng)價(jià)法在油氣集輸管道內(nèi)腐蝕評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].地質(zhì)找礦論叢，2016，(02)：309-316.

[2]梁軍營(yíng)，張濤，伍廣.長(zhǎng)輸干燥天然氣管道內(nèi)腐蝕的直接評(píng)價(jià)技術(shù)[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2013，(06)：41-44.