復雜地形條件下輸油管道內腐蝕位置預測與檢測技術
2021-04-12 01:10:00
hualin
1引言
輸(shu)油管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)由于(yu)原(yuan)油介質中含(han)有 CO2、H2S 和(he)(he)水等腐蝕(shi)(shi)性介質，會對(dui)(dui)管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)內(nei)(nei)部(bu)產生一定的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)，會嚴重危害管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)的(de)(de)安全(quan)運行。管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)內(nei)(nei)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)影響因素眾多(duo)，造成(cheng)破壞的(de)(de)機理(li)復雜(za)，一旦造成(cheng)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)內(nei)(nei)腐蝕(shi)(shi)，則危害性極強(qiang)。本文(wen)根據某油田輸(shu)油管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)實際地(di)形分析(xi)，在(zai)輸(shu)油管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)流體分析(xi)的(de)(de)基礎上，結合(he)腐蝕(shi)(shi)風險概率分析(xi)結果(guo)、高(gao)程地(di)勢變化數據分析(xi)結果(guo)和(he)(he)歷史泄漏(lou)位置(zhi)(zhi)進(jin)(jin)行統計(ji)分析(xi)，對(dui)(dui)復雜(za)地(di)形條件下輸(shu)油管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)內(nei)(nei)腐蝕(shi)(shi)敏感位置(zhi)(zhi)進(jin)(jin)行預測(ce)(ce)研究(jiu)，結合(he)現有檢測(ce)(ce)技術，對(dui)(dui)重點腐蝕(shi)(shi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)進(jin)(jin)行檢測(ce)(ce)，最后對(dui)(dui)現場實際檢測(ce)(ce)和(he)(he)數值模擬計(ji)算(suan)結果(guo)對(dui)(dui)比分析(xi)，對(dui)(dui)輸(shu)油管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)內(nei)(nei)腐蝕(shi)(shi)研究(jiu)具有重要的(de)(de)現實意義。
2內(nei)腐蝕(shi)失效原因分(fen)析
本次(ci)(ci)評估的(de)(de)管道(dao)為(wei)輸油管道(dao)，管道(dao)材(cai)質：L360，規格：Φ377×6.4/8.0mm，該管道(dao)自2016年(nian)9月運行(xing)(xing)至今，輸量逐漸降低(di)，導(dao)致檢測(ce)段(duan)(duan)（96#-131#陰(yin)保(bao)樁）長時(shi)間(jian)低(di)流速運行(xing)(xing)，管道(dao)內部(bu)油水分離和沉降的(de)(de)風險(xian)(xian)增(zeng)大(da)(da)；同時(shi)對該管段(duan)(duan)沿線敷(fu)設環境(jing)調(diao)查，發現管道(dao)所經過的(de)(de)地(di)域地(di)勢(shi)特征(zheng)復(fu)雜(za)，沿線環境(jing)屬于梁峁(mao)起伏，溝壑縱橫(heng)，谷深坡陡的(de)(de)黃土梁峁(mao)地(di)形(xing)，高程落差(cha)大(da)(da)，存在很多容易積液(ye)的(de)(de)低(di)洼部(bu)位，增(zeng)加了管道(dao)內腐蝕的(de)(de)風險(xian)(xian)。歷史資料調(diao)查中發現該管段(duan)(duan)（96#-131#陰(yin)保(bao)樁）長約35km，一年(nian)內已發生泄(xie)漏(lou)事(shi)故17次(ci)(ci)，且大(da)(da)部(bu)分泄(xie)漏(lou)部(bu)位均發生在管道(dao)4點(dian)-8點(dian)鐘(zhong)方(fang)向(xiang)，具體(ti)腐蝕泄(xie)漏(lou)位置統(tong)計見下圖1所示。
圖 1 歷次泄漏部位示意圖
根據現場實際(ji)情況(kuang)，為(wei)摸清管(guan)道(dao)的(de)(de)內(nei)腐蝕原因，對該管(guan)道(dao)輸(shu)送流程中的(de)(de)油氣水(shui)三(san)相(xiang)23個樣品進行了(le)化學成分(fen)分(fen)析研究，分(fen)析了(le)輸(shu)油介質對管(guan)線的(de)(de)腐蝕危(wei)害，具體(ti)分(fen)析過程和(he)結果如下：
2.1油樣(yang)分(fen)析結果
原油(you)(you)中的硫含量(liang)、酸值、溫度是影響輸油(you)(you)管道(dao)內(nei)腐(fu)蝕速率的主要因素。
根據(ju)API581 2000中(zhong)文(wen)版P219頁(ye)表G-17，可得(de)16個油樣的(de)腐(fu)蝕速率均為(wei)0.025mm/a，腐(fu)蝕速率較低(di)，原油對管道(dao)腐(fu)蝕的(de)影響較小。
2.2采出水分析結果
根據水樣化驗結(jie)果(guo)，水樣可分為兩(liang)類：（1）氯(lv)化鎂型；（2）氯(lv)化鈣型。
根據API581 2016版冷卻水腐蝕(shi)速率計算公式：
當氯離子為(wei)5000mg/L時，腐蝕(shi)速(su)率(lv)CRB約為(wei)0.12mm/a。通過溫度和流(liu)速(su)修正，最終(zhong)計算(suan)可得CR為(wei)0.18mm/a。
當(dang)氯離子為33000-49000mg/L時，腐蝕速率(lv)CRB約為0.11mm/a。通過溫度和流(liu)速修正，最終計算可得CR為0.22mm/a。
2.3管道腐蝕原因分析(xi)
（1）由原油(you)(you)分析測(ce)試結果可得，從對(dui)輸油(you)(you)管道內腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率產生重要影響的(de)鹽含(han)量(liang)、硫含(han)量(liang)、酸值、含(han)水等四個指標來看，本次測(ce)試原油(you)(you)為(wei)低含(han)鹽、低含(han)水、低含(han)硫且低酸原油(you)(you)，原油(you)(you)本體的(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)不強(qiang)；由采出水物性(xing)分析結果可得，采出水腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)以(yi)及(ji)結垢(gou)性(xing)較(jiao)強(qiang)，在管線底部(bu)形成(cheng)沉積水，易(yi)對(dui)管線造成(cheng)底部(bu)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)，引起管線底部(bu)穿孔。
（2）由管(guan)道(dao)敷設環境調查及高程測繪發現，該管(guan)道(dao)沿線屬于梁峁起伏，溝(gou)壑縱橫，地(di)形破碎，谷深坡陡的(de)黃土梁峁地(di)形。全(quan)線地(di)勢起伏較大，高程落差大，存在很多(duo)容易(yi)積(ji)液(ye)的(de)低洼部位，同(tong)時(shi)，管(guan)道(dao)流速(su)(su)長時(shi)間維持在較低水平(ping)（0.3m/s），更加速(su)(su)了管(guan)道(dao)的(de)腐蝕。
（3）當輸油(you)管線流速較(jiao)低(di)（0.3m/s）時，由于水(shui)(shui)(shui)的比重(zhong)大于油(you)品，原油(you)中(zhong)含有的游離水(shui)(shui)(shui)容易發(fa)生沉降，在管線的底部(bu)形成(cheng)水(shui)(shui)(shui)相，尤其在管道的低(di)洼部(bu)位，更容易形成(cheng)沉積水(shui)(shui)(shui)，凝(ning)結(jie)水(shui)(shui)(shui)具有結(jie)垢傾(qing)向，導致垢下局(ju)部(bu)腐蝕，長時間運行導致發(fa)生局(ju)部(bu)腐蝕穿孔。
3 輸油管道(dao)內腐蝕流(liu)體(ti)模擬
3.1 邊界條件的設(she)置
本次(ci)采用數值分(fen)析的(de)方法，對頻繁發生腐(fu)蝕泄露的(de)管段（96#-131#陰(yin)保(bao)樁），進(jin)行流體模擬，分(fen)析管道(dao)內易于出現積水的(de)位(wei)置，對管道(dao)內腐(fu)蝕敏感位(wei)置進(jin)行預測(ce)。
管內介質為(wei)(wei)(wei)油和(he)水，含水率(lv)為(wei)(wei)(wei) 0.1%，由于管道已運行(xing)一段(duan)時間(jian)，含水率(lv)有所增加(jia)，故(gu)本次(ci)模擬假定(ding)含水率(lv)為(wei)(wei)(wei) 10%。進口(kou)為(wei)(wei)(wei)速(su)度進口(kou)，流(liu)速(su)為(wei)(wei)(wei)0.27m/s；出(chu)口(kou)為(wei)(wei)(wei)壓力出(chu)口(kou)。
3.2 模(mo)型(xing)處理
1）由于實際管道跨度較(jiao)大，全程約35km，幾何模(mo)(mo)型(xing)無法按照實際尺寸建立，故(gu)本(ben)次模(mo)(mo)擬將(jiang)模(mo)(mo)型(xing)進行(xing)了縮放(fang)，縮放(fang)倍率(lv)為 50；2）本(ben)次模(mo)(mo)擬將(jiang)全程分成 8 段進行(xing)計算(suan)，每段計算(suan)取 200 個數據(ju)點。
3.3 計算(suan)結果
根據實際模型(xing)計算(suan)結果顯示(shi)：第(di)(di)1段(duan)(duan)管(guan)(guan)道(dao)為(wei)(wei)(wei)從(cong)(cong)起點到(dao)2642.7m之(zhi)間的距(ju)離(li)，共(gong)預(yu)測(ce)(ce)(ce)有(you)(you)2處(chu)(chu)(chu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感(gan)區(qu)(qu)域(yu)；第(di)(di)2段(duan)(duan)管(guan)(guan)道(dao)為(wei)(wei)(wei)從(cong)(cong)2642.7m到(dao)5047.2m之(zhi)間的距(ju)離(li)，共(gong)預(yu)測(ce)(ce)(ce)有(you)(you)2處(chu)(chu)(chu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感(gan)區(qu)(qu)域(yu)；第(di)(di)3段(duan)(duan)管(guan)(guan)道(dao)為(wei)(wei)(wei)從(cong)(cong) 5047.2m 到(dao) 7404.2m 之(zhi)間的距(ju)離(li)，共(gong)預(yu)測(ce)(ce)(ce)有(you)(you)2處(chu)(chu)(chu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感(gan)區(qu)(qu)域(yu)； 第(di)(di)4段(duan)(duan)管(guan)(guan)道(dao)為(wei)(wei)(wei)從(cong)(cong) 7404.2m 到(dao) 9544.3m 之(zhi)間的距(ju)離(li)，共(gong)預(yu)測(ce)(ce)(ce)有(you)(you)4處(chu)(chu)(chu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感(gan)區(qu)(qu)域(yu)；第(di)(di) 5 段(duan)(duan)管(guan)(guan)道(dao)為(wei)(wei)(wei)從(cong)(cong) 9544.3m 到(dao) 11903.0m 之(zhi)間的距(ju)離(li)，共(gong)預(yu)測(ce)(ce)(ce)有(you)(you)4處(chu)(chu)(chu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感(gan)區(qu)(qu)域(yu)；第(di)(di) 6 段(duan)(duan)管(guan)(guan)道(dao)為(wei)(wei)(wei)從(cong)(cong) 11903.0m 到(dao) 14040.7m 之(zhi)間的距(ju)離(li)，共(gong)預(yu)測(ce)(ce)(ce)有(you)(you)3處(chu)(chu)(chu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感(gan)區(qu)(qu)域(yu)；第(di)(di) 7 段(duan)(duan)管(guan)(guan)道(dao)為(wei)(wei)(wei)從(cong)(cong) 14040.7m 到(dao) 15984.0m 之(zhi)間的距(ju)離(li)，共(gong)預(yu)測(ce)(ce)(ce)有(you)(you)1處(chu)(chu)(chu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感(gan)區(qu)(qu)域(yu)；第(di)(di) 8 段(duan)(duan)管(guan)(guan)道(dao)為(wei)(wei)(wei)從(cong)(cong)15984.0m 到(dao) 19038.4m（終點）之(zhi)間的距(ju)離(li)，共(gong)預(yu)測(ce)(ce)(ce)有(you)(you)3處(chu)(chu)(chu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感(gan)區(qu)(qu)域(yu)。
圖2 第1段(duan)水相體積分數分布圖
分(fen)析(xi)以(yi)上各圖可以(yi)看出，由(you)(you)于管道距離長，途徑地(di)區地(di)形起伏較(jiao)大(da)(da)，地(di)勢復雜，內(nei)積水(shui)主(zhu)要發生在管道的(de)低洼處和(he)爬坡(po)處。這是由(you)(you)于水(shui)相(xiang)在爬坡(po)過程中受到重力(li)、壁(bi)面(mian)和(he)油(you)相(xiang)的(de)剪切(qie)(qie)力(li)的(de)綜合作用。重力(li)的(de)分(fen)量不同(tong)(tong)，對油(you)攜水(shui)的(de)影(ying)響(xiang)也不同(tong)(tong)，剪切(qie)(qie)力(li)與流速(su)有關，由(you)(you)于流速(su)較(jiao)小，造(zao)成(cheng)油(you)攜水(shui)的(de)能力(li)較(jiao)差。在坡(po)度(du)較(jiao)大(da)(da)的(de)地(di)方，大(da)(da)量積水(shui)聚集在管道底部，造(zao)成(cheng)管道腐蝕泄(xie)漏。
4 內腐(fu)蝕(shi)直(zhi)接檢測的(de)結果驗證
4.1 內(nei)腐蝕直接檢測位置篩選
由于(yu)目標管(guan)道(dao)所經過的(de)(de)(de)地域(yu)地勢(shi)特(te)征(zheng)復雜，本次(ci)檢測管(guan)段沿線環境屬于(yu)梁(liang)峁起伏，溝壑(he)縱橫(heng)，谷(gu)深坡陡的(de)(de)(de)黃(huang)土梁(liang)峁地形。對(dui)歷(li)史泄露位置進行統計分析，發現(xian)泄露大多出現(xian)在高程變(bian)化的(de)(de)(de)“V”字型(xing)變(bian)化的(de)(de)(de)區段或在梁(liang)峁的(de)(de)(de)相對(dui)低洼點等(deng)位置。結(jie)合現(xian)場勘查，管(guan)道(dao)實際測繪數(shu)據與管(guan)道(dao)實際走勢(shi)相符，依據開挖可行性調(diao)研結(jie)果，綜合確定評估區域(yu)內的(de)(de)(de)開挖詳細檢查位置。
本(ben)次(ci)高程測量點共(gong)3425個點，通過對頻繁發生腐蝕泄露(lu)的(de)管段(duan)進行(xing)有(you)限元模擬，確定(ding)了21處(chu)腐蝕敏感區域，同時，根據臨(lin)界傾(qing)角(jiao)的(de)計算(suan)結(jie)果和(he)現(xian)場開挖可行(xing)性等綜(zong)合(he)因素(su)，確定(ding)了10處(chu)位(wei)(wei)(wei)置(zhi)為本(ben)次(ci)詳細(xi)直接(jie)開挖驗證檢(jian)測位(wei)(wei)(wei)置(zhi)。本(ben)次(ci)確定(ding)的(de)10處(chu)位(wei)(wei)(wei)置(zhi)開挖順序從介質流向(xiang)的(de)順流方向(xiang)檢(jian)測實際傾(qing)角(jiao)大于臨(lin)界傾(qing)角(jiao)的(de)管道位(wei)(wei)(wei)置(zhi)，并(bing)優先(xian)考慮(lv)實際傾(qing)角(jiao)相對較大的(de)位(wei)(wei)(wei)置(zhi)。詳見(jian)表1所示。
表(biao)1開(kai)挖直接檢測問(wen)題匯(hui)總表(biao)
4.2開挖直接檢測結果
參照《壓(ya)力管道(dao)(dao)(dao)定(ding)期檢驗規(gui)則—長輸（油(you)氣）管道(dao)(dao)(dao)》（TSG D7003-2010）、SY/T 0087.2-2012《鋼(gang)制(zhi)管道(dao)(dao)(dao)及(ji)儲罐腐(fu)(fu)蝕評價(jia)標(biao)準(zhun) 埋(mai)地鋼(gang)制(zhi)管道(dao)(dao)(dao)內腐(fu)(fu)蝕直接(jie)評價(jia)》等標(biao)準(zhun)要求，對開挖(wa)點處選擇的(de)(de)檢測方法(fa)如下：管體壁厚測量、管體腐(fu)(fu)蝕漏(lou)磁檢測和超(chao)聲相控陣的(de)(de)方法(fa)，對于(yu)腐(fu)(fu)蝕敏感(gan)區域進行(xing)開挖(wa)直接(jie)檢測。經超(chao)聲壁厚、超(chao)聲相控陣、漏(lou)磁檢測10處內腐(fu)(fu)蝕敏感(gan)位置(zhi)共發現65處不同程度腐(fu)(fu)蝕減薄情況(kuang)，且位置(zhi)均在管道(dao)(dao)(dao)4-8點方向（沿著(zhu)管道(dao)(dao)(dao)介質流(liu)向順(shun)時(shi)針）。
其中9#探坑檢測(ce)發現(xian)(xian)問題描述：此(ci)處(chu)采取超聲壁(bi)厚(hou)、超聲相控陣、漏磁檢測(ce)方(fang)法對整段管道進行100%全覆蓋，現(xian)(xian)場(chang)檢測(ce)部(bu)位及缺(que)陷位置示(shi)意圖見圖3、4所示(shi)，檢測(ce)共發現(xian)(xian)9處(chu)明顯壁(bi)厚(hou)減薄處(chu)，其中③處(chu)最(zui)小(xiao)實測(ce)壁(bi)厚(hou)為3.62mm，檢測(ce)發現(xian)(xian)缺(que)陷匯總見表2所示(shi)。
圖3現場檢測部(bu)位及缺陷位置示意圖
表2 9#探坑檢(jian)測發(fa)現缺(que)陷(xian)匯(hui)總表
圖(tu)4 現場檢測(ce)部(bu)位照片
5結(jie)論
（1）通過(guo)對管(guan)(guan)道歷年(nian)泄(xie)露(lu)情況概率數據統計以及(ji)介質(zhi)取樣分(fen)析發(fa)現：該段管(guan)(guan)道由于(yu)長時間低(di)流速(su)運(yun)行(xing)，導致管(guan)(guan)道全線低(di)洼部(bu)(bu)位(wei)(wei)因(yin)積液形成(cheng)多(duo)個內腐(fu)(fu)蝕(shi)高風(feng)險部(bu)(bu)位(wei)(wei)，同時，由于(yu)管(guan)(guan)道介質(zhi)中含(han)有的(de)游離水、凝結水具有結垢傾(qing)向，容(rong)易(yi)發(fa)生(sheng)沉降(jiang)，尤其在復雜地形條件下的(de)低(di)洼部(bu)(bu)位(wei)(wei)，更容(rong)易(yi)形成(cheng)沉積水，導致垢下局部(bu)(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)，長時間運(yun)行(xing)導致發(fa)生(sheng)局部(bu)(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)穿孔。
（2）本文Fluent數值模擬軟件對頻(pin)繁(fan)發(fa)生(sheng)腐蝕泄露的(de)管段(duan)（96#-131#陰保樁），進行流體模擬，分析管道(dao)內易(yi)于出現積水(shui)的(de)位置，對管道(dao)內腐蝕敏感位置進行預測。
（3）經過超(chao)聲波壁厚、漏磁(ci)、超(chao)聲相控(kong)陣檢測等方(fang)法對10個開挖點(dian)的(de)(de)(de)驗證(zheng)檢測，發(fa)現內(nei)腐(fu)蝕(shi)(shi)直接評價技術(shu)分(fen)(fen)析得出(chu)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)點(dian)均(jun)存在不(bu)同程度(du)的(de)(de)(de)局部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)情況，10個檢測點(dian)的(de)(de)(de)數據分(fen)(fen)析結果證(zheng)明通過該技術(shu)得出(chu)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)點(dian)位置(zhi)均(jun)可靠、有效。
（4）該技(ji)術通過現場工(gong)程應用實踐，驗證了(le)對(dui)于(yu)復(fu)雜地形條(tiao)件下輸油管道內(nei)腐蝕敏(min)感位置進行預測研(yan)究(jiu)(jiu)這(zhe)套方法的準確性、可靠性。為(wei)進一步輸油管道內(nei)腐蝕研(yan)究(jiu)(jiu)與(yu)完(wan)管道整性管理奠定(ding)了(le)一定(ding)的基礎。