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

油氣管道腐蝕檢測(cè)及剩余壽命預(yù)測(cè)

史博1,王彥1,孫煊2
（1.陜西延安石油天然氣有限公司項(xiàng)目管理部,陜西延安710054;2.長(zhǎng)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(huì)導(dǎo)致油氣管道的穿孔、泄漏甚至破裂，造成巨大的財(cái)產(chǎn)生命損失，有必要對(duì)存在腐蝕缺陷的油氣管道進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)其剩余壽命的預(yù)測(cè)。以油田油氣管道為研究對(duì)象，分析其管道的腐蝕特征及防護(hù)措施，并結(jié)合各檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，采用CIPS與DCVG聯(lián)合檢測(cè)方法對(duì)管道腐蝕進(jìn)行檢測(cè)較為理想。同時(shí)在針對(duì)目前對(duì)管道剩余壽命預(yù)測(cè)方法的研究基礎(chǔ)上，提出采用灰色理論預(yù)測(cè)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相組合對(duì)管道剩余壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：油氣管道腐蝕；腐蝕檢測(cè)；剩余壽命的預(yù)測(cè)

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(huì)造成重大的財(cái)產(chǎn)損失和人身安全事故。因此，必須對(duì)管道的腐蝕進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)其剩余壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，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(qiáng)，為埋地管道的電化學(xué)腐蝕創(chuàng)造了有利的條件，通過測(cè)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(qiáng)制電流陰極保護(hù)和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)。由于強(qiáng)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(diǎn)，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(qiáng)制電流陰極保護(hù)措施。

2　油田管道腐蝕的檢測(cè)

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

3　油田腐蝕管道剩余壽命的預(yù)測(cè)

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)剩余壽命的預(yù)測(cè)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(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用中效果較差。油氣管道腐蝕剩余壽命的預(yù)測(cè)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(jì)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(huì)導(dǎo)致預(yù)測(cè)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(cè)方法較多，如灰色預(yù)測(cè)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(cè)，但對(duì)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(jī)性變化較為明顯使其但其預(yù)測(cè)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(jì)算、分布式信息存儲(chǔ)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)以及容錯(cuò)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，計(jì)算精度一般也比灰色理論預(yù)測(cè)精度高，對(duì)非線性問題處理方面具備一定的優(yōu)越性，但其計(jì)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(cè)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(cè)。

3.1預(yù)測(cè)思路

油氣管道發(fā)生腐蝕后會(huì)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(shí)，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(shí)，管道達(dá)到其使用壽命，使用壽命與當(dāng)前時(shí)間之差值Tr即為其剩余壽命。要預(yù)測(cè)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(cè)量。

3.2預(yù)測(cè)方法

3.2.1最小允許壁厚確定

根據(jù)美國(guó)ASME鍋爐壓力容器N-480《管道腐蝕減薄驗(yàn)收準(zhǔn)則》進(jìn)行評(píng)定。該準(zhǔn)則規(guī)定對(duì)腐蝕管道評(píng)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(shí)管道的壁厚，即原設(shè)計(jì)時(shí)無腐蝕的壁厚；tp為評(píng)定壽命時(shí)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(cè)方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)相結(jié)合，利用灰色方法求解需要的計(jì)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(jì)算精度高，且誤差可控；并可以利用兩者組合預(yù)測(cè)的方法進(jìn)行分析；這樣二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，獲得了廣泛的應(yīng)用。其預(yù)測(cè)模型流程圖如圖1所示：

4　結(jié)語(yǔ)

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(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。有必要對(duì)存在腐蝕缺陷的油氣管道進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)其剩余壽命的預(yù)測(cè)。目前對(duì)管道腐蝕檢測(cè)的技術(shù)有很多種，并相關(guān)學(xué)者都對(duì)其進(jìn)行了研究和改進(jìn)，但都有一定的局限性。應(yīng)針對(duì)管道的腐蝕特征和類型，選取合適的檢測(cè)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(cè)方法對(duì)管道腐蝕進(jìn)行檢測(cè)較為理想。同時(shí)在針對(duì)目前的對(duì)管道剩余壽命的預(yù)測(cè)方法的研究的基礎(chǔ)上，提出采用灰色理論預(yù)測(cè)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相組合對(duì)管道剩余壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]龍憲春.油氣管道外檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[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(cè)[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(cè)方法[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2005(04):18-20.