管道腐蝕失效可視化管理試驗(yàn)研究

張微

大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠

隨著管道鋪設(shè)距離、服役時(shí)間的延長，管道受損、腐蝕、老化以及失效的概率增加，管道質(zhì)量易造成損壞[1]。管道一旦發(fā)生泄漏，即可能造成燃爆起火、高壓破壞、環(huán)境污染，甚至亡人事故，存在嚴(yán)重安全隱患，因此，有效控制管道腐蝕失效是管道安全運(yùn)行的前提[2]。針對埋地管道老化、穿孔頻繁的問題，以某油田區(qū)塊為試驗(yàn)區(qū)，探索形成管道腐蝕失效可視化管理技術(shù)。通過采集穿孔坐標(biāo)點(diǎn)，利用空間分析技術(shù)，進(jìn)行土壤腐蝕性測試和腐蝕性評價(jià)，進(jìn)而開展點(diǎn)密度分析與趨勢預(yù)測，對不同類型的腐蝕及其控制方法[3]進(jìn)行深入研究，從而為管道治理決策和方案優(yōu)化提供依據(jù)。

1 管道腐蝕失效現(xiàn)狀

截至2018年，某油田共建成埋地管道8 515 km，管道年限情況見表1。由表1可見，運(yùn)行20年以上的管道占管道總長度的25%。

2015—2017 年，該區(qū)塊管道穿孔率分別為1.40、1.44、1.32 km-1a-1，遠(yuǎn)高于公司平均水平0.6 km-1a-1。管道穿孔數(shù)據(jù)量大且繁雜，依靠管道穿孔臺賬難以對穿孔數(shù)據(jù)進(jìn)行有效統(tǒng)計(jì)及分析，在老化管道治理上也無法提出有效依據(jù)，會(huì)導(dǎo)致無法按照輕重緩急有效安排老化管道治理，因此如何有效管理管道穿孔成為一項(xiàng)難題。

表1 埋地管道服役年限現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of service life status of buried pipeline status

2 可視化管理試驗(yàn)

2.1 技術(shù)思路

通過土壤電阻率測試，進(jìn)行土壤腐蝕性分級；通過GNSS定位技術(shù)，采集管道穿孔點(diǎn)坐標(biāo)。將土壤電阻率數(shù)據(jù)與穿孔點(diǎn)位置信息導(dǎo)入Arc GIS[4]軟件空間分析模塊，形成全區(qū)土壤腐蝕性分布圖及穿孔點(diǎn)密度圖。依據(jù)可視化的大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，分析腐蝕機(jī)理[5]，對管道穿孔影響因素進(jìn)行識別和評價(jià)[6]，從而采取針對性治理措施。可視化管理技術(shù)可為管道完整性管理[7]個(gè)性化分析提供量化、直觀的分析手段。

2.2 試驗(yàn)過程

2.2.1 土壤腐蝕速率測試和腐蝕性評價(jià)

為掌握全廠各區(qū)塊埋地管道外腐蝕成因，開展了土壤電阻率補(bǔ)充測試工作。以每平方公里為網(wǎng)格，選取測試點(diǎn)100處，現(xiàn)場測試土壤的電阻率和腐蝕速率等指標(biāo)。根據(jù)測試結(jié)果，該區(qū)域平均腐蝕速率6 g/(dm2·a）；區(qū)域偏堿性，pH 值8～9，土壤平均電阻率15.02 Ω·m；腐蝕深度速率0.2×10-2～0.7×10-2mm/a。該區(qū)域強(qiáng)腐蝕區(qū)占70%以上。按照GB/T 21447—2018 規(guī)定，進(jìn)行土壤腐蝕性分級（表2），在此基礎(chǔ)上，編制全區(qū)域土壤腐蝕性分布圖（圖1）。

表2 土壤腐蝕性分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Grade standards for soil corrosivity

2.2.2 管道腐蝕失效數(shù)據(jù)調(diào)查及可視化分析

對現(xiàn)場發(fā)生腐蝕失效的管段進(jìn)行坐標(biāo)信息實(shí)地測量，采集穿孔位置三維坐標(biāo)。利用Arc GIS軟件[8]進(jìn)行管道腐蝕穿孔位置空間分析，并編制全區(qū)域可視化管道穿孔點(diǎn)分布圖及管道穿孔密度分析圖（圖2）。

圖1 土壤腐蝕性分布圖Fig.1 Distribution map of soil corrosivity

圖2 穿孔點(diǎn)分布及穿孔密度分析Fig.2 Analysis of perforation point distribution and perforation density

3 可視化技術(shù)應(yīng)用及效果

3.1 管道腐蝕失效影響因素分析

（1）土壤電阻率影響分析。通過將該區(qū)域土壤電阻率布圖（圖3）與穿孔密度圖（圖4）對照分析，能看出管道穿孔區(qū)域與土壤電阻率有一定關(guān)系。如區(qū)塊1在土壤電阻率高腐蝕區(qū)，該區(qū)域穿孔較為密集；但有部分管道穿孔區(qū)域與土壤電阻率腐蝕度高低情況不相符，如區(qū)塊2在土壤電阻率高腐蝕區(qū)，但該區(qū)域穿孔并不密集。可見影響埋地管道穿孔的因素并不只是受土壤電阻率高低影響，還有其他影響因素。

（2）管道所屬系統(tǒng)影響分析。按照管道所屬系統(tǒng)[9]進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)分析，油系統(tǒng)管道穿孔次數(shù)占所有穿孔數(shù)的65%，如圖5所示。注水系統(tǒng)的穿孔率最高，為2.23 km-1a-1（圖6），超過油系統(tǒng)的1.05 km-1a-1。可見加強(qiáng)油系統(tǒng)管道穿孔管理及研究對降低全廠管道的穿孔率更為直接，同時(shí)對于注水系統(tǒng)管道穿孔率的管理及研究潛力更大。

圖3 土壤電阻率分級Fig.3 Soil resistivity classification

圖4 穿孔密度Fig.4 Perforation density

圖5 不同系統(tǒng)管道腐蝕百分比Fig.5 Percentage of pipeline corrosion in different systems

圖6 不同系統(tǒng)管道穿孔率Fig.6 Pipeline perforation rate in different systems

（3）管道建設(shè)年限影響分析。對區(qū)塊管道穿孔按照該管道年限進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)分析，見表3。

表3 管道穿孔年限統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of pipe line perforation age

可以看出，管道穿孔率隨著年限增長而升高，5年內(nèi)管道穿孔率僅有0.25 km-1a-1，20年以上管道穿孔率達(dá)1.74 km-1a-1，且5～10年管道穿孔率相比5年以下管道穿孔增幅高達(dá)4.24倍。可見投運(yùn)年限在5年以上的管道開始進(jìn)入穿孔高發(fā)期。

3.2 管道腐蝕失效日常管理

通過管道腐蝕失效可視化管理，對管道穿孔進(jìn)行點(diǎn)密度分析與趨勢預(yù)測，對穿孔多發(fā)范圍進(jìn)行劃定，穿孔密集區(qū)域一目了然。同時(shí)，采取穿孔即時(shí)錄入的方式，及時(shí)更新區(qū)域內(nèi)穿孔密度圖，配合穿孔現(xiàn)場照片、修復(fù)照片及周圍參照物照片，通過直觀密度圖等對管道穿孔實(shí)行全過程可視化管理，為管道完整性常態(tài)化、動(dòng)態(tài)化管理提供可視化直觀依據(jù)。

3.3 失效管道治理

結(jié)合可視化分析結(jié)果，對管道完整性進(jìn)行可視化與信息化管理[10]，為今后的管道治理提出依據(jù)。有針對性地對穿孔管段提前進(jìn)行防腐層維修及更換，有效降低穿孔事件發(fā)生，可以減小穿孔問題引發(fā)的經(jīng)濟(jì)環(huán)保等方面帶來的損失。2018 年采取的各類管道完整性管理措施見表4。所形成的管道穿孔密度圖已應(yīng)用在“2018 年高風(fēng)險(xiǎn)金屬管道檢測”項(xiàng)目、“金屬管道檢測與評價(jià)”項(xiàng)目，以及“億元項(xiàng)目腐蝕老化管道更新”項(xiàng)目管道篩選工作中。

3.4 取得的效果

2018 年，應(yīng)用管道腐蝕失效可視化技術(shù)進(jìn)行全區(qū)塊管道穿孔治理，全年埋地管道平均穿孔率0.98 km-1a-1，較2015年下降0.42 km-1a-1。

4 結(jié)論

（1）通過可視化管理試驗(yàn)，使土壤腐蝕情況及穿孔情況更加直觀，可有效指導(dǎo)管道腐蝕失效原因分析及日常管理，提高了工作效率。

（2）管道腐蝕失效是受年限、系統(tǒng)壓力、土壤電阻率等多方面因素綜合影響。為確定各項(xiàng)因素對穿孔影響程度，還需控制因素變量，進(jìn)行更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)分析，以實(shí)現(xiàn)總體規(guī)劃、宏觀分析、精細(xì)描述的管道完整性管理目標(biāo)。

（3）管道腐蝕失效治理應(yīng)該個(gè)性化，根據(jù)不同區(qū)域的實(shí)際情況采取有針對性的治理措施。可視化管理技術(shù)可為個(gè)性化分析提供量化、直觀的分析手段。