管道腐蝕失效可視化管理試驗研究

張微

大慶油田有限責任公司第三采油廠

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

1 管道腐蝕失效現狀

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，運行20年以上的管道占管道總長度的25%。

2015—2017 年，該區塊管道穿孔率分別為1.40、1.44、1.32 km-1a-1，遠高于公司平均水平0.6 km-1a-1。管道穿孔數據量大且繁雜，依靠管道穿孔臺賬難以對穿孔數據進行有效統計及分析，在老化管道治理上也無法提出有效依據，會導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難題。

表1 埋地管道服役年限現狀統計Tab.1 Statistics of service life status of buried pipeline status

2 可視化管理試驗

2.1 技術思路

通過土壤電阻率測試，進行土壤腐蝕性分級；通過GNSS定位技術，采集管道穿孔點坐標。將土壤電阻率數據與穿孔點位置信息導入Arc GIS[4]軟件空間分析模塊，形成全區土壤腐蝕性分布圖及穿孔點密度圖。依據可視化的大數據分析結果，分析腐蝕機理[5]，對管道穿孔影響因素進行識別和評價[6]，從而采取針對性治理措施。可視化管理技術可為管道完整性管理[7]個性化分析提供量化、直觀的分析手段。

2.2 試驗過程

2.2.1 土壤腐蝕速率測試和腐蝕性評價

為掌握全廠各區塊埋地管道外腐蝕成因，開展了土壤電阻率補充測試工作。以每平方公里為網格，選取測試點100處，現場測試土壤的電阻率和腐蝕速率等指標。根據測試結果，該區域平均腐蝕速率6 g/(dm2·a）；區域偏堿性，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。該區域強腐蝕區占70%以上。按照GB/T 21447—2018 規定，進行土壤腐蝕性分級（表2），在此基礎上，編制全區域土壤腐蝕性分布圖（圖1）。

表2 土壤腐蝕性分級標準Tab.2 Grade standards for soil corrosivity

2.2.2 管道腐蝕失效數據調查及可視化分析

對現場發生腐蝕失效的管段進行坐標信息實地測量，采集穿孔位置三維坐標。利用Arc GIS軟件[8]進行管道腐蝕穿孔位置空間分析，并編制全區域可視化管道穿孔點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 可視化技術應用及效果

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，能看出管道穿孔區域與土壤電阻率有一定關系。如區塊1在土壤電阻率高腐蝕區，該區域穿孔較為密集；但有部分管道穿孔區域與土壤電阻率腐蝕度高低情況不相符，如區塊2在土壤電阻率高腐蝕區，但該區域穿孔并不密集?？梢娪绊懧竦毓艿来┛椎囊蛩夭⒉恢皇鞘芡寥离娮杪矢叩陀绊?，還有其他影響因素。

（2）管道所屬系統影響分析。按照管道所屬系統[9]進行分類統計分析，油系統管道穿孔次數占所有穿孔數的65%，如圖5所示。注水系統的穿孔率最高，為2.23 km-1a-1（圖6），超過油系統的1.05 km-1a-1?？梢娂訌娪拖到y管道穿孔管理及研究對降低全廠管道的穿孔率更為直接，同時對于注水系統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 不同系統管道腐蝕百分比Fig.5 Percentage of pipeline corrosion in different systems

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

（3）管道建設年限影響分析。對區塊管道穿孔按照該管道年限進行分類統計分析，見表3。

表3 管道穿孔年限統計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年內管道穿孔率僅有0.25 km-1a-1，20年以上管道穿孔率達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4.24倍?？梢娡哆\年限在5年以上的管道開始進入穿孔高發期。

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，對管道穿孔進行點密度分析與趨勢預測，對穿孔多發范圍進行劃定，穿孔密集區域一目了然。同時，采取穿孔即時錄入的方式，及時更新區域內穿孔密度圖，配合穿孔現場照片、修復照片及周圍參照物照片，通過直觀密度圖等對管道穿孔實行全過程可視化管理，為管道完整性常態化、動態化管理提供可視化直觀依據。

3.3 失效管道治理

結合可視化分析結果，對管道完整性進行可視化與信息化管理[10]，為今后的管道治理提出依據。有針對性地對穿孔管段提前進行防腐層維修及更換，有效降低穿孔事件發生，可以減小穿孔問題引發的經濟環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用在“2018 年高風險金屬管道檢測”項目、“金屬管道檢測與評價”項目，以及“億元項目腐蝕老化管道更新”項目管道篩選工作中。

3.4 取得的效果

2018 年，應用管道腐蝕失效可視化技術進行全區塊管道穿孔治理，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 結論

（1）通過可視化管理試驗，使土壤腐蝕情況及穿孔情況更加直觀，可有效指導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、系統壓力、土壤電阻率等多方面因素綜合影響。為確定各項因素對穿孔影響程度，還需控制因素變量，進行更為嚴謹的試驗分析，以實現總體規劃、宏觀分析、精細描述的管道完整性管理目標。

（3）管道腐蝕失效治理應該個性化，根據不同區域的實際情況采取有針對性的治理措施?？梢暬芾砑夹g可為個性化分析提供量化、直觀的分析手段。