油氣長輸腐蝕管道剩余強度評價技術研究

焦江明++王志強++張露

摘 要：油氣管線在輸送環(huán)境及輸送介質(zhì)的影響下發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象在所難免，必須剩余強度評價腐蝕的管線，才能為管線的更換、修復、繼續(xù)服役提供科學、正確決策。文章對評價相關油氣長輸管線腐蝕曲線剩余強度的軟件進行簡要介紹，使評價具有可靠性。

關鍵詞：分級評價 剩余強度評價 服飾缺陷 油氣管線

中圖分類號：TE988.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0090-01

長輸管道在腐蝕性較強的土壤地段受到嚴重危害，特別是城鎮(zhèn)地區(qū)，環(huán)境保護措施實施的效果不顯著、以及工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展速度過快等原因，局部土壤在大量工業(yè)廢水排放后，增強了腐蝕性，而越來越強的土壤腐蝕性也加速著長輸管道的腐蝕程度，腐蝕性穿孔漏油的可能性也就增大了。油氣技術能力的提升受到管道故障的嚴重影響與制約，與此同時增加了改造、維修的費用，而從另一方面來看，管線事故的發(fā)生在對生態(tài)環(huán)境造成破壞的同時，更嚴重的是會對人身安全產(chǎn)生直接威脅。因此，腐蝕管道剩余強度的確定、確保管道可靠、安全地運行是亟待解決的課題。

1 腐蝕原因概述

腐蝕是自然現(xiàn)象，是一個自然的過程，并且是一種破壞，在電化學或者化學的作用下，金屬的元素狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子狀態(tài)就是腐蝕。水、氣、油等存在于油氣管線的管內(nèi)，管道內(nèi)壁上的水會產(chǎn)生親水膜，最終發(fā)生電化學腐蝕，或者二氧化碳、硫化物、硫化氫等有害物質(zhì)與金屬直接發(fā)生作用所引發(fā)的化學腐蝕都屬于內(nèi)壁腐蝕。尤其是在管道氣液交界面、低洼積水處、管道彎頭等處，具有強烈的電化學腐蝕，這樣，一系列腐蝕深坑就形成于管壁上。相對于內(nèi)壁，外壁腐蝕的情況更為復雜，對其的分析也必須從所處管道環(huán)境展開。水中或土壤中的管道容易受到雜散電流腐蝕、細菌腐蝕、土壤腐蝕等。而大氣腐蝕則會給架空管道帶來影響。管道的防腐層一旦遭到破壞，環(huán)境條件的腐蝕會直接侵犯外壁。

2 評價原則

由于表面缺陷存在于管道的內(nèi)、外壁，因此，由兩部分給予減少部分承載能力進行補償。這兩部分分別為缺陷處管壁承受荷載較多、以及缺陷處應力對荷載進行了集中承受。通過兩部分能夠得出，缺陷處底部面積所承受載荷比例越大說明缺陷越長；反之，應力集中部分對載荷承受比例越大，缺陷長度則越小。表面缺陷的破壞規(guī)律如下：（1）及時發(fā)現(xiàn)泄漏，斷裂事故就能夠通過修復得到避免。（2）在腐蝕區(qū)域面積的的情況下，臨街擴展長度一般都小于缺陷長度，當臨界應力小于缺陷處應力時，并非只是發(fā)生腐蝕穿透。（3）由于臨街擴展長度大于缺陷長度，因此，針對與點蝕情況而言，穿透處并不發(fā)生斷裂，僅僅產(chǎn)生泄露。（4）非穿透缺陷演變?yōu)榇┩溉毕荩罱K全部傳統(tǒng)。（5）逐漸加深缺陷深度。

3 評價方法

沿著M1-M5，通過檢查板，在公共平面上投影每個網(wǎng)格線上最小壁厚，從而獲得軸向方向上的CTP。沿著C1-C7，通過檢查板，在公共平面上投影每個網(wǎng)格線上最小壁厚，從而獲得環(huán)向方向上的CTP。在對腐蝕缺陷剩余強度進行評價時，可按照下述兩種準則，第一，按照應力疊加結(jié)果、載荷分類、荷載條件，對載荷所引起的各種應力進行計算。之后，在制定的分類與范疇內(nèi)將許用應力與計算應力進行比較。第二，剩余強度系數(shù)，RSF，即剩余強度系數(shù)表示為以下公式：

> （1）

在公式中，為沒有受到腐蝕的管道塑性極限載荷；為包含缺陷的管道塑性極限載荷。按照剩余強度系數(shù)定義，創(chuàng)建出可接受準則，使用彈塑性分析、極限載荷理論、彈性應力分析、傳統(tǒng)規(guī)范規(guī)范公式等。若剩余強度系數(shù)值超過許用值，表示腐蝕管段能夠繼續(xù)服役。若計算出的剩余強度系數(shù)低于許用值，應修理腐蝕管段，為減小操作環(huán)境嚴重性，還應采取一些補救措施。可根據(jù)剩余強度系數(shù)來計算再評價時所使用的壓力值：

< （2）

≥ （3）

公式中，許用值；剩余強度系數(shù)，按照腐蝕缺陷計算出的；為管段設計許用最高工作壓力；為位于腐蝕管段的已降低的許用最高工作壓力。

4 局部腐蝕缺陷評價

金屬表面一定區(qū)域內(nèi)集中腐蝕則為局部腐蝕，其他區(qū)域輕微腐蝕或者幾乎不受腐蝕。局部腐蝕主要包括溝槽行腐蝕和局部減薄腐蝕。采取剩余強度系數(shù)準則來進行局部腐蝕缺陷評價的，通過內(nèi)壓作用，所需壁厚與管道承受壓力之間的關系為一級評價。在金屬損失去內(nèi)壁厚端面具有極大差別的管段一級未達到一級評價準則的管段則采用二級評價。彎曲載荷與軸向載荷的影響可在評價中考慮，剩余強度系數(shù)準則應用于整個評價過程中。定義局部金屬損失缺陷如下：（1）管道表面存在金屬損失，金屬損失區(qū)域?qū)挾冉咏陂L度，局部減薄。（2）因腐蝕或者沖蝕，形成較長的、一定方向的金屬損失區(qū)域，金屬損失區(qū)域的寬度顯著大于長度。缺陷底部曲率半徑小，較為尖銳。

5 結(jié)語

土壤的性質(zhì)決定對埋地管道腐蝕速度造成影響的主要，包括含鹽量數(shù)量及種類、土壤電阻率、PH值等。這些因素是對埋地管道外腐蝕剩余壽命進行分析時的依據(jù)。文章簡要介紹了油氣長輸管道腐蝕剩余強度評價方法，評價的目的在于某一操作壓力條件下缺陷是否能夠存在，及其最大工作壓力，最終對管道的安全生產(chǎn)管理和維修計劃進行科學的指導。

參考文獻

[1] 鄒才能，朱如凱，吳松濤，等.常規(guī)與非常規(guī)油氣聚集類型、特征、機理及展望——以中國致密油和致密氣為例[J].石油學報，2012（2）.

[2] 孟元林，趙紫桐，焦金鶴，等.共和盆地頁巖油氣地球化學特征[J].中國石油大學學報：然科學版，2012（5）.

[3] 杜金虎，周新源，李啟明，等.塔里木盆地碳酸鹽巖大油氣區(qū)特征與主控因素[J].石油勘探與開發(fā)，2011（6）.

[4] 鄒才能，張國生，楊智，等.非常規(guī)油氣概念、特征、潛力及技術——兼論非常規(guī)油氣地質(zhì)學[J].石油勘探與開發(fā)，2013（4）.endprint

摘 要：油氣管線在輸送環(huán)境及輸送介質(zhì)的影響下發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象在所難免，必須剩余強度評價腐蝕的管線，才能為管線的更換、修復、繼續(xù)服役提供科學、正確決策。文章對評價相關油氣長輸管線腐蝕曲線剩余強度的軟件進行簡要介紹，使評價具有可靠性。

關鍵詞：分級評價 剩余強度評價 服飾缺陷 油氣管線

中圖分類號：TE988.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0090-01

長輸管道在腐蝕性較強的土壤地段受到嚴重危害，特別是城鎮(zhèn)地區(qū)，環(huán)境保護措施實施的效果不顯著、以及工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展速度過快等原因，局部土壤在大量工業(yè)廢水排放后，增強了腐蝕性，而越來越強的土壤腐蝕性也加速著長輸管道的腐蝕程度，腐蝕性穿孔漏油的可能性也就增大了。油氣技術能力的提升受到管道故障的嚴重影響與制約，與此同時增加了改造、維修的費用，而從另一方面來看，管線事故的發(fā)生在對生態(tài)環(huán)境造成破壞的同時，更嚴重的是會對人身安全產(chǎn)生直接威脅。因此，腐蝕管道剩余強度的確定、確保管道可靠、安全地運行是亟待解決的課題。

1 腐蝕原因概述

腐蝕是自然現(xiàn)象，是一個自然的過程，并且是一種破壞，在電化學或者化學的作用下，金屬的元素狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子狀態(tài)就是腐蝕。水、氣、油等存在于油氣管線的管內(nèi)，管道內(nèi)壁上的水會產(chǎn)生親水膜，最終發(fā)生電化學腐蝕，或者二氧化碳、硫化物、硫化氫等有害物質(zhì)與金屬直接發(fā)生作用所引發(fā)的化學腐蝕都屬于內(nèi)壁腐蝕。尤其是在管道氣液交界面、低洼積水處、管道彎頭等處，具有強烈的電化學腐蝕，這樣，一系列腐蝕深坑就形成于管壁上。相對于內(nèi)壁，外壁腐蝕的情況更為復雜，對其的分析也必須從所處管道環(huán)境展開。水中或土壤中的管道容易受到雜散電流腐蝕、細菌腐蝕、土壤腐蝕等。而大氣腐蝕則會給架空管道帶來影響。管道的防腐層一旦遭到破壞，環(huán)境條件的腐蝕會直接侵犯外壁。

2 評價原則

由于表面缺陷存在于管道的內(nèi)、外壁，因此，由兩部分給予減少部分承載能力進行補償。這兩部分分別為缺陷處管壁承受荷載較多、以及缺陷處應力對荷載進行了集中承受。通過兩部分能夠得出，缺陷處底部面積所承受載荷比例越大說明缺陷越長；反之，應力集中部分對載荷承受比例越大，缺陷長度則越小。表面缺陷的破壞規(guī)律如下：（1）及時發(fā)現(xiàn)泄漏，斷裂事故就能夠通過修復得到避免。（2）在腐蝕區(qū)域面積的的情況下，臨街擴展長度一般都小于缺陷長度，當臨界應力小于缺陷處應力時，并非只是發(fā)生腐蝕穿透。（3）由于臨街擴展長度大于缺陷長度，因此，針對與點蝕情況而言，穿透處并不發(fā)生斷裂，僅僅產(chǎn)生泄露。（4）非穿透缺陷演變?yōu)榇┩溉毕荩罱K全部傳統(tǒng)。（5）逐漸加深缺陷深度。

3 評價方法

沿著M1-M5，通過檢查板，在公共平面上投影每個網(wǎng)格線上最小壁厚，從而獲得軸向方向上的CTP。沿著C1-C7，通過檢查板，在公共平面上投影每個網(wǎng)格線上最小壁厚，從而獲得環(huán)向方向上的CTP。在對腐蝕缺陷剩余強度進行評價時，可按照下述兩種準則，第一，按照應力疊加結(jié)果、載荷分類、荷載條件，對載荷所引起的各種應力進行計算。之后，在制定的分類與范疇內(nèi)將許用應力與計算應力進行比較。第二，剩余強度系數(shù)，RSF，即剩余強度系數(shù)表示為以下公式：

> （1）

在公式中，為沒有受到腐蝕的管道塑性極限載荷；為包含缺陷的管道塑性極限載荷。按照剩余強度系數(shù)定義，創(chuàng)建出可接受準則，使用彈塑性分析、極限載荷理論、彈性應力分析、傳統(tǒng)規(guī)范規(guī)范公式等。若剩余強度系數(shù)值超過許用值，表示腐蝕管段能夠繼續(xù)服役。若計算出的剩余強度系數(shù)低于許用值，應修理腐蝕管段，為減小操作環(huán)境嚴重性，還應采取一些補救措施。可根據(jù)剩余強度系數(shù)來計算再評價時所使用的壓力值：

< （2）

≥ （3）

公式中，許用值；剩余強度系數(shù)，按照腐蝕缺陷計算出的；為管段設計許用最高工作壓力；為位于腐蝕管段的已降低的許用最高工作壓力。

4 局部腐蝕缺陷評價

金屬表面一定區(qū)域內(nèi)集中腐蝕則為局部腐蝕，其他區(qū)域輕微腐蝕或者幾乎不受腐蝕。局部腐蝕主要包括溝槽行腐蝕和局部減薄腐蝕。采取剩余強度系數(shù)準則來進行局部腐蝕缺陷評價的，通過內(nèi)壓作用，所需壁厚與管道承受壓力之間的關系為一級評價。在金屬損失去內(nèi)壁厚端面具有極大差別的管段一級未達到一級評價準則的管段則采用二級評價。彎曲載荷與軸向載荷的影響可在評價中考慮，剩余強度系數(shù)準則應用于整個評價過程中。定義局部金屬損失缺陷如下：（1）管道表面存在金屬損失，金屬損失區(qū)域?qū)挾冉咏陂L度，局部減薄。（2）因腐蝕或者沖蝕，形成較長的、一定方向的金屬損失區(qū)域，金屬損失區(qū)域的寬度顯著大于長度。缺陷底部曲率半徑小，較為尖銳。

5 結(jié)語

土壤的性質(zhì)決定對埋地管道腐蝕速度造成影響的主要，包括含鹽量數(shù)量及種類、土壤電阻率、PH值等。這些因素是對埋地管道外腐蝕剩余壽命進行分析時的依據(jù)。文章簡要介紹了油氣長輸管道腐蝕剩余強度評價方法，評價的目的在于某一操作壓力條件下缺陷是否能夠存在，及其最大工作壓力，最終對管道的安全生產(chǎn)管理和維修計劃進行科學的指導。

參考文獻

[1] 鄒才能，朱如凱，吳松濤，等.常規(guī)與非常規(guī)油氣聚集類型、特征、機理及展望——以中國致密油和致密氣為例[J].石油學報，2012（2）.

[2] 孟元林，趙紫桐，焦金鶴，等.共和盆地頁巖油氣地球化學特征[J].中國石油大學學報：然科學版，2012（5）.

[3] 杜金虎，周新源，李啟明，等.塔里木盆地碳酸鹽巖大油氣區(qū)特征與主控因素[J].石油勘探與開發(fā)，2011（6）.

[4] 鄒才能，張國生，楊智，等.非常規(guī)油氣概念、特征、潛力及技術——兼論非常規(guī)油氣地質(zhì)學[J].石油勘探與開發(fā)，2013（4）.endprint

摘 要：油氣管線在輸送環(huán)境及輸送介質(zhì)的影響下發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象在所難免，必須剩余強度評價腐蝕的管線，才能為管線的更換、修復、繼續(xù)服役提供科學、正確決策。文章對評價相關油氣長輸管線腐蝕曲線剩余強度的軟件進行簡要介紹，使評價具有可靠性。

關鍵詞：分級評價 剩余強度評價 服飾缺陷 油氣管線

中圖分類號：TE988.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0090-01

長輸管道在腐蝕性較強的土壤地段受到嚴重危害，特別是城鎮(zhèn)地區(qū)，環(huán)境保護措施實施的效果不顯著、以及工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展速度過快等原因，局部土壤在大量工業(yè)廢水排放后，增強了腐蝕性，而越來越強的土壤腐蝕性也加速著長輸管道的腐蝕程度，腐蝕性穿孔漏油的可能性也就增大了。油氣技術能力的提升受到管道故障的嚴重影響與制約，與此同時增加了改造、維修的費用，而從另一方面來看，管線事故的發(fā)生在對生態(tài)環(huán)境造成破壞的同時，更嚴重的是會對人身安全產(chǎn)生直接威脅。因此，腐蝕管道剩余強度的確定、確保管道可靠、安全地運行是亟待解決的課題。

1 腐蝕原因概述

腐蝕是自然現(xiàn)象，是一個自然的過程，并且是一種破壞，在電化學或者化學的作用下，金屬的元素狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子狀態(tài)就是腐蝕。水、氣、油等存在于油氣管線的管內(nèi)，管道內(nèi)壁上的水會產(chǎn)生親水膜，最終發(fā)生電化學腐蝕，或者二氧化碳、硫化物、硫化氫等有害物質(zhì)與金屬直接發(fā)生作用所引發(fā)的化學腐蝕都屬于內(nèi)壁腐蝕。尤其是在管道氣液交界面、低洼積水處、管道彎頭等處，具有強烈的電化學腐蝕，這樣，一系列腐蝕深坑就形成于管壁上。相對于內(nèi)壁，外壁腐蝕的情況更為復雜，對其的分析也必須從所處管道環(huán)境展開。水中或土壤中的管道容易受到雜散電流腐蝕、細菌腐蝕、土壤腐蝕等。而大氣腐蝕則會給架空管道帶來影響。管道的防腐層一旦遭到破壞，環(huán)境條件的腐蝕會直接侵犯外壁。

2 評價原則

由于表面缺陷存在于管道的內(nèi)、外壁，因此，由兩部分給予減少部分承載能力進行補償。這兩部分分別為缺陷處管壁承受荷載較多、以及缺陷處應力對荷載進行了集中承受。通過兩部分能夠得出，缺陷處底部面積所承受載荷比例越大說明缺陷越長；反之，應力集中部分對載荷承受比例越大，缺陷長度則越小。表面缺陷的破壞規(guī)律如下：（1）及時發(fā)現(xiàn)泄漏，斷裂事故就能夠通過修復得到避免。（2）在腐蝕區(qū)域面積的的情況下，臨街擴展長度一般都小于缺陷長度，當臨界應力小于缺陷處應力時，并非只是發(fā)生腐蝕穿透。（3）由于臨街擴展長度大于缺陷長度，因此，針對與點蝕情況而言，穿透處并不發(fā)生斷裂，僅僅產(chǎn)生泄露。（4）非穿透缺陷演變?yōu)榇┩溉毕荩罱K全部傳統(tǒng)。（5）逐漸加深缺陷深度。

3 評價方法

沿著M1-M5，通過檢查板，在公共平面上投影每個網(wǎng)格線上最小壁厚，從而獲得軸向方向上的CTP。沿著C1-C7，通過檢查板，在公共平面上投影每個網(wǎng)格線上最小壁厚，從而獲得環(huán)向方向上的CTP。在對腐蝕缺陷剩余強度進行評價時，可按照下述兩種準則，第一，按照應力疊加結(jié)果、載荷分類、荷載條件，對載荷所引起的各種應力進行計算。之后，在制定的分類與范疇內(nèi)將許用應力與計算應力進行比較。第二，剩余強度系數(shù)，RSF，即剩余強度系數(shù)表示為以下公式：

> （1）

在公式中，為沒有受到腐蝕的管道塑性極限載荷；為包含缺陷的管道塑性極限載荷。按照剩余強度系數(shù)定義，創(chuàng)建出可接受準則，使用彈塑性分析、極限載荷理論、彈性應力分析、傳統(tǒng)規(guī)范規(guī)范公式等。若剩余強度系數(shù)值超過許用值，表示腐蝕管段能夠繼續(xù)服役。若計算出的剩余強度系數(shù)低于許用值，應修理腐蝕管段，為減小操作環(huán)境嚴重性，還應采取一些補救措施。可根據(jù)剩余強度系數(shù)來計算再評價時所使用的壓力值：

< （2）

≥ （3）

公式中，許用值；剩余強度系數(shù)，按照腐蝕缺陷計算出的；為管段設計許用最高工作壓力；為位于腐蝕管段的已降低的許用最高工作壓力。

4 局部腐蝕缺陷評價

金屬表面一定區(qū)域內(nèi)集中腐蝕則為局部腐蝕，其他區(qū)域輕微腐蝕或者幾乎不受腐蝕。局部腐蝕主要包括溝槽行腐蝕和局部減薄腐蝕。采取剩余強度系數(shù)準則來進行局部腐蝕缺陷評價的，通過內(nèi)壓作用，所需壁厚與管道承受壓力之間的關系為一級評價。在金屬損失去內(nèi)壁厚端面具有極大差別的管段一級未達到一級評價準則的管段則采用二級評價。彎曲載荷與軸向載荷的影響可在評價中考慮，剩余強度系數(shù)準則應用于整個評價過程中。定義局部金屬損失缺陷如下：（1）管道表面存在金屬損失，金屬損失區(qū)域?qū)挾冉咏陂L度，局部減薄。（2）因腐蝕或者沖蝕，形成較長的、一定方向的金屬損失區(qū)域，金屬損失區(qū)域的寬度顯著大于長度。缺陷底部曲率半徑小，較為尖銳。

5 結(jié)語

土壤的性質(zhì)決定對埋地管道腐蝕速度造成影響的主要，包括含鹽量數(shù)量及種類、土壤電阻率、PH值等。這些因素是對埋地管道外腐蝕剩余壽命進行分析時的依據(jù)。文章簡要介紹了油氣長輸管道腐蝕剩余強度評價方法，評價的目的在于某一操作壓力條件下缺陷是否能夠存在，及其最大工作壓力，最終對管道的安全生產(chǎn)管理和維修計劃進行科學的指導。

參考文獻

[1] 鄒才能，朱如凱，吳松濤，等.常規(guī)與非常規(guī)油氣聚集類型、特征、機理及展望——以中國致密油和致密氣為例[J].石油學報，2012（2）.

[2] 孟元林，趙紫桐，焦金鶴，等.共和盆地頁巖油氣地球化學特征[J].中國石油大學學報：然科學版，2012（5）.

[3] 杜金虎，周新源，李啟明，等.塔里木盆地碳酸鹽巖大油氣區(qū)特征與主控因素[J].石油勘探與開發(fā)，2011（6）.

[4] 鄒才能，張國生，楊智，等.非常規(guī)油氣概念、特征、潛力及技術——兼論非常規(guī)油氣地質(zhì)學[J].石油勘探與開發(fā)，2013（4）.endprint