對腐蝕造成的管道失效的估算

鄧暢+肖波+范宇

摘 要：腐蝕對管道系統的可靠性和使用壽命起到關鍵作用，油氣集輸管線的失效形式主要表現為腐蝕失效。每年因腐蝕引發的事故不勝枚舉，造成經濟損失和人員傷亡的嚴重后果。本文從管道腐蝕特征入手，對管道的抗壓能力和失效幾率等特征進行了估算，并有針對性的提出了維修措施對腐蝕失效的影響。為管道防腐提供了必要參考和理論依據。

關鍵詞：管道；腐蝕；失效；估算

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.017

1 引言

金屬腐蝕是管道失效的主要原因之一。據美國國家輸送安全局統計，美國45%的管道失效是由于外壁腐蝕引起的[1]，對于石油天然氣行業來說，美國國家運輸局的統計數據顯示，有報道的17%天然氣管道和27%石油管道的失效都是由于腐蝕引起的。而在加拿大的石油大省阿爾伯達，40%的管道失效都與腐蝕有關。我國的油氣輸送管道大多已經達到20年左右的使用年限，管道逐步進入了事故高發期。為此，對管道失效的預測顯得尤為重要。

現有的處理腐蝕引起管道失效風險的方法大致有定性和定量兩類：定性的方法將影響腐蝕危險的因素賦值，需要更進一步的深入研究，但是也能提供更加客觀、可靠的結果。本文就是要描述估算管道腐蝕失效風險的方法和描述如何控制腐蝕。

2 管道腐蝕的特征

圖1展示了典型的管道外部腐蝕的特征，經常會包含有幾個相互獨立的坑狀腐蝕，然后慢慢發展成為連成一片的腐蝕區。

該處腐蝕由幾處點蝕逐漸發展而成，我們用腐蝕長度、腐蝕深度等參數來描述腐蝕特征。腐蝕長度：定義為沿著腐蝕處沿著管道軸方向的最大長度。腐蝕深度：腐蝕處的最大深度或者軌跡處的平均深度。

3 腐蝕管線的抗壓能力

腐蝕后的管道抗壓能力主要取決于腐蝕點的尺寸（特別是腐蝕深度和長度）。而管道的抗壓能力（R）與腐蝕的幾何形態、管道的幾何形態和材料的屈服強度之間有一定的函數關系。

T是管壁厚度，D是管直徑，S是屈服強度，是幾何因素也叫Folias數，與管子膨脹失效相關。

L是腐蝕處的長度，C是不確定因素，τ是時間。

需要注意的是抗壓能力是時間的函數，而且腐蝕深度和長度都被看成是時間的函數，因為它們都隨著時間而發展。

和表示腐蝕的深度和長度。和是腐蝕深度和長度的成長率。

（1）式是推導出的經驗公式。

該圖展示了上述管道腐蝕模型的計算結果（線）與擠毀實驗結果（點）之間的關系，可以看出有些點在支線之外，所以我們在公式里加入了系數C來修正方程中的某些未知的因素。在圖中的回歸分析中，可以看出，在這里方程（1a）中的C值大致為1.38MPa。

4 因為腐蝕而造成的失效幾率

因為失效原因與腐蝕尺寸的大小、腐蝕的發展程度、管材的屈服強度和腐蝕模型的誤差都有關系，所以計算得到的失效時間往往不夠準確。所以理論失效時間最好要結合概率才切合實際，即管材失效的概率等于管材承壓能力下降到最大操作壓力之下的概率，每個腐蝕引起的失效都是相對獨立的，所以要求得一段一公里長的管道的失效幾率，就要把每個腐蝕點的失效幾率乘以一公里內腐蝕點的個數。

5 總結

本文描述了管道由于腐蝕造成的風險評估框架。這些基于失效風險的估算機制可以有以下兩個優點：

（1）提升持續安全水平。設定最低安全目標并采取相應的行動，可以提升整個管道系統的安全性。（2） 提供合理的決策思路。本文提供判斷失效的理由可以為謹慎決策提供有益的參考。

參考文獻：

[1]俞蓉蓉.地下金屬管道的腐蝕與防護[M].石油工業出版社，1998.