油气长输腐蚀管道剩余强度评价技术研究

焦江明++王志强++张露

摘 要：油气管线在输送环境及输送介质的影响下发生腐蚀的现象在所难免，必须剩余强度评价腐蚀的管线，才能为管线的更换、修复、继续服役提供科学、正确决策。文章对评价相关油气长输管线腐蚀曲线剩余强度的软件进行简要介绍，使评价具有可靠性。

关键词：分级评价 剩余强度评价 服饰缺陷 油气管线

中图分类号：TE988.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0090-01

长输管道在腐蚀性较强的土壤地段受到严重危害，特别是城镇地区，环境保护措施实施的效果不显著、以及工业生产发展速度过快等原因，局部土壤在大量工业废水排放后，增强了腐蚀性，而越来越强的土壤腐蚀性也加速着长输管道的腐蚀程度，腐蚀性穿孔漏油的可能性也就增大了。油气技术能力的提升受到管道故障的严重影响与制约，与此同时增加了改造、维修的费用，而从另一方面来看，管线事故的发生在对生态环境造成破坏的同时，更严重的是会对人身安全产生直接威胁。因此，腐蚀管道剩余强度的确定、确保管道可靠、安全地运行是亟待解决的课题。

1 腐蚀原因概述

腐蚀是自然现象，是一个自然的过程，并且是一种破坏，在电化学或者化学的作用下，金属的元素状态转变为离子状态就是腐蚀。水、气、油等存在于油气管线的管内，管道内壁上的水会产生亲水膜，最终发生电化学腐蚀，或者二氧化碳、硫化物、硫化氢等有害物质与金属直接发生作用所引发的化学腐蚀都属于内壁腐蚀。尤其是在管道气液交界面、低洼积水处、管道弯头等处，具有强烈的电化学腐蚀，这样，一系列腐蚀深坑就形成于管壁上。相对于内壁，外壁腐蚀的情况更为复杂，对其的分析也必须从所处管道环境展开。水中或土壤中的管道容易受到杂散电流腐蚀、细菌腐蚀、土壤腐蚀等。而大气腐蚀则会给架空管道带来影响。管道的防腐层一旦遭到破坏，环境条件的腐蚀会直接侵犯外壁。

2 评价原则

由于表面缺陷存在于管道的内、外壁，因此，由两部分给予减少部分承载能力进行补偿。这两部分分别为缺陷处管壁承受荷载较多、以及缺陷处应力对荷载进行了集中承受。通过两部分能够得出，缺陷处底部面积所承受载荷比例越大说明缺陷越长；反之，应力集中部分对载荷承受比例越大，缺陷长度则越小。表面缺陷的破坏规律如下：（1）及时发现泄漏，断裂事故就能够通过修复得到避免。（2）在腐蚀区域面积的的情况下，临街扩展长度一般都小于缺陷长度，当临界应力小于缺陷处应力时，并非只是发生腐蚀穿透。（3）由于临街扩展长度大于缺陷长度，因此，针对与点蚀情况而言，穿透处并不发生断裂，仅仅产生泄露。（4）非穿透缺陷演变为穿透缺陷，最终全部传统。（5）逐渐加深缺陷深度。

3 评价方法

沿着M1-M5，通过检查板，在公共平面上投影每个网格线上最小壁厚，从而获得轴向方向上的CTP。沿着C1-C7，通过检查板，在公共平面上投影每个网格线上最小壁厚，从而获得环向方向上的CTP。在对腐蚀缺陷剩余强度进行评价时，可按照下述两种准则，第一，按照应力叠加结果、载荷分类、荷载条件，对载荷所引起的各种应力进行计算。之后，在制定的分类与范畴内将许用应力与计算应力进行比较。第二，剩余强度系数，RSF，即剩余强度系数表示为以下公式：

> （1）

在公式中，为没有受到腐蚀的管道塑性极限载荷；为包含缺陷的管道塑性极限载荷。按照剩余强度系数定义，创建出可接受准则，使用弹塑性分析、极限载荷理论、弹性应力分析、传统规范规范公式等。若剩余强度系数值超过许用值，表示腐蚀管段能够继续服役。若计算出的剩余强度系数低于许用值，应修理腐蚀管段，为减小操作环境严重性，还应采取一些补救措施。可根据剩余强度系数来计算再评价时所使用的压力值：

< （2）

≥ （3）

公式中，许用值；剩余强度系数，按照腐蚀缺陷计算出的；为管段设计许用最高工作压力；为位于腐蚀管段的已降低的许用最高工作压力。

4 局部腐蚀缺陷评价

金属表面一定区域内集中腐蚀则为局部腐蚀，其他区域轻微腐蚀或者几乎不受腐蚀。局部腐蚀主要包括沟槽行腐蚀和局部减薄腐蚀。采取剩余强度系数准则来进行局部腐蚀缺陷评价的，通过内压作用，所需壁厚与管道承受压力之间的关系为一级评价。在金属损失去内壁厚端面具有极大差别的管段一级未达到一级评价准则的管段则采用二级评价。弯曲载荷与轴向载荷的影响可在评价中考虑，剩余强度系数准则应用于整个评价过程中。定义局部金属损失缺陷如下：（1）管道表面存在金属损失，金属损失区域宽度接近于长度，局部减薄。（2）因腐蚀或者冲蚀，形成较长的、一定方向的金属损失区域，金属损失区域的宽度显著大于长度。缺陷底部曲率半径小，较为尖锐。

5 结语

土壤的性质决定对埋地管道腐蚀速度造成影响的主要，包括含盐量数量及种类、土壤电阻率、PH值等。这些因素是对埋地管道外腐蚀剩余寿命进行分析时的依据。文章简要介绍了油气长输管道腐蚀剩余强度评价方法，评价的目的在于某一操作压力条件下缺陷是否能够存在，及其最大工作压力，最终对管道的安全生产管理和维修计划进行科学的指导。

参考文献

[1] 邹才能，朱如凯，吴松涛，等.常规与非常规油气聚集类型、特征、机理及展望——以中国致密油和致密气为例[J].石油学报，2012（2）.

[2] 孟元林，赵紫桐，焦金鹤，等.共和盆地页岩油气地球化学特征[J].中国石油大学学报：然科学版，2012（5）.

[3] 杜金虎，周新源，李启明，等.塔里木盆地碳酸盐岩大油气区特征与主控因素[J].石油勘探与开发，2011（6）.

[4] 邹才能，张国生，杨智，等.非常规油气概念、特征、潜力及技术——兼论非常规油气地质学[J].石油勘探与开发，2013（4）.endprint

摘 要：油气管线在输送环境及输送介质的影响下发生腐蚀的现象在所难免，必须剩余强度评价腐蚀的管线，才能为管线的更换、修复、继续服役提供科学、正确决策。文章对评价相关油气长输管线腐蚀曲线剩余强度的软件进行简要介绍，使评价具有可靠性。

关键词：分级评价 剩余强度评价 服饰缺陷 油气管线

中图分类号：TE988.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0090-01

长输管道在腐蚀性较强的土壤地段受到严重危害，特别是城镇地区，环境保护措施实施的效果不显著、以及工业生产发展速度过快等原因，局部土壤在大量工业废水排放后，增强了腐蚀性，而越来越强的土壤腐蚀性也加速着长输管道的腐蚀程度，腐蚀性穿孔漏油的可能性也就增大了。油气技术能力的提升受到管道故障的严重影响与制约，与此同时增加了改造、维修的费用，而从另一方面来看，管线事故的发生在对生态环境造成破坏的同时，更严重的是会对人身安全产生直接威胁。因此，腐蚀管道剩余强度的确定、确保管道可靠、安全地运行是亟待解决的课题。

1 腐蚀原因概述

腐蚀是自然现象，是一个自然的过程，并且是一种破坏，在电化学或者化学的作用下，金属的元素状态转变为离子状态就是腐蚀。水、气、油等存在于油气管线的管内，管道内壁上的水会产生亲水膜，最终发生电化学腐蚀，或者二氧化碳、硫化物、硫化氢等有害物质与金属直接发生作用所引发的化学腐蚀都属于内壁腐蚀。尤其是在管道气液交界面、低洼积水处、管道弯头等处，具有强烈的电化学腐蚀，这样，一系列腐蚀深坑就形成于管壁上。相对于内壁，外壁腐蚀的情况更为复杂，对其的分析也必须从所处管道环境展开。水中或土壤中的管道容易受到杂散电流腐蚀、细菌腐蚀、土壤腐蚀等。而大气腐蚀则会给架空管道带来影响。管道的防腐层一旦遭到破坏，环境条件的腐蚀会直接侵犯外壁。

2 评价原则

由于表面缺陷存在于管道的内、外壁，因此，由两部分给予减少部分承载能力进行补偿。这两部分分别为缺陷处管壁承受荷载较多、以及缺陷处应力对荷载进行了集中承受。通过两部分能够得出，缺陷处底部面积所承受载荷比例越大说明缺陷越长；反之，应力集中部分对载荷承受比例越大，缺陷长度则越小。表面缺陷的破坏规律如下：（1）及时发现泄漏，断裂事故就能够通过修复得到避免。（2）在腐蚀区域面积的的情况下，临街扩展长度一般都小于缺陷长度，当临界应力小于缺陷处应力时，并非只是发生腐蚀穿透。（3）由于临街扩展长度大于缺陷长度，因此，针对与点蚀情况而言，穿透处并不发生断裂，仅仅产生泄露。（4）非穿透缺陷演变为穿透缺陷，最终全部传统。（5）逐渐加深缺陷深度。

3 评价方法

沿着M1-M5，通过检查板，在公共平面上投影每个网格线上最小壁厚，从而获得轴向方向上的CTP。沿着C1-C7，通过检查板，在公共平面上投影每个网格线上最小壁厚，从而获得环向方向上的CTP。在对腐蚀缺陷剩余强度进行评价时，可按照下述两种准则，第一，按照应力叠加结果、载荷分类、荷载条件，对载荷所引起的各种应力进行计算。之后，在制定的分类与范畴内将许用应力与计算应力进行比较。第二，剩余强度系数，RSF，即剩余强度系数表示为以下公式：

> （1）

在公式中，为没有受到腐蚀的管道塑性极限载荷；为包含缺陷的管道塑性极限载荷。按照剩余强度系数定义，创建出可接受准则，使用弹塑性分析、极限载荷理论、弹性应力分析、传统规范规范公式等。若剩余强度系数值超过许用值，表示腐蚀管段能够继续服役。若计算出的剩余强度系数低于许用值，应修理腐蚀管段，为减小操作环境严重性，还应采取一些补救措施。可根据剩余强度系数来计算再评价时所使用的压力值：

< （2）

≥ （3）

公式中，许用值；剩余强度系数，按照腐蚀缺陷计算出的；为管段设计许用最高工作压力；为位于腐蚀管段的已降低的许用最高工作压力。

4 局部腐蚀缺陷评价

金属表面一定区域内集中腐蚀则为局部腐蚀，其他区域轻微腐蚀或者几乎不受腐蚀。局部腐蚀主要包括沟槽行腐蚀和局部减薄腐蚀。采取剩余强度系数准则来进行局部腐蚀缺陷评价的，通过内压作用，所需壁厚与管道承受压力之间的关系为一级评价。在金属损失去内壁厚端面具有极大差别的管段一级未达到一级评价准则的管段则采用二级评价。弯曲载荷与轴向载荷的影响可在评价中考虑，剩余强度系数准则应用于整个评价过程中。定义局部金属损失缺陷如下：（1）管道表面存在金属损失，金属损失区域宽度接近于长度，局部减薄。（2）因腐蚀或者冲蚀，形成较长的、一定方向的金属损失区域，金属损失区域的宽度显著大于长度。缺陷底部曲率半径小，较为尖锐。

5 结语

土壤的性质决定对埋地管道腐蚀速度造成影响的主要，包括含盐量数量及种类、土壤电阻率、PH值等。这些因素是对埋地管道外腐蚀剩余寿命进行分析时的依据。文章简要介绍了油气长输管道腐蚀剩余强度评价方法，评价的目的在于某一操作压力条件下缺陷是否能够存在，及其最大工作压力，最终对管道的安全生产管理和维修计划进行科学的指导。

参考文献

[1] 邹才能，朱如凯，吴松涛，等.常规与非常规油气聚集类型、特征、机理及展望——以中国致密油和致密气为例[J].石油学报，2012（2）.

[2] 孟元林，赵紫桐，焦金鹤，等.共和盆地页岩油气地球化学特征[J].中国石油大学学报：然科学版，2012（5）.

[3] 杜金虎，周新源，李启明，等.塔里木盆地碳酸盐岩大油气区特征与主控因素[J].石油勘探与开发，2011（6）.

[4] 邹才能，张国生，杨智，等.非常规油气概念、特征、潜力及技术——兼论非常规油气地质学[J].石油勘探与开发，2013（4）.endprint

摘 要：油气管线在输送环境及输送介质的影响下发生腐蚀的现象在所难免，必须剩余强度评价腐蚀的管线，才能为管线的更换、修复、继续服役提供科学、正确决策。文章对评价相关油气长输管线腐蚀曲线剩余强度的软件进行简要介绍，使评价具有可靠性。

关键词：分级评价 剩余强度评价 服饰缺陷 油气管线

中图分类号：TE988.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0090-01

长输管道在腐蚀性较强的土壤地段受到严重危害，特别是城镇地区，环境保护措施实施的效果不显著、以及工业生产发展速度过快等原因，局部土壤在大量工业废水排放后，增强了腐蚀性，而越来越强的土壤腐蚀性也加速着长输管道的腐蚀程度，腐蚀性穿孔漏油的可能性也就增大了。油气技术能力的提升受到管道故障的严重影响与制约，与此同时增加了改造、维修的费用，而从另一方面来看，管线事故的发生在对生态环境造成破坏的同时，更严重的是会对人身安全产生直接威胁。因此，腐蚀管道剩余强度的确定、确保管道可靠、安全地运行是亟待解决的课题。

1 腐蚀原因概述

腐蚀是自然现象，是一个自然的过程，并且是一种破坏，在电化学或者化学的作用下，金属的元素状态转变为离子状态就是腐蚀。水、气、油等存在于油气管线的管内，管道内壁上的水会产生亲水膜，最终发生电化学腐蚀，或者二氧化碳、硫化物、硫化氢等有害物质与金属直接发生作用所引发的化学腐蚀都属于内壁腐蚀。尤其是在管道气液交界面、低洼积水处、管道弯头等处，具有强烈的电化学腐蚀，这样，一系列腐蚀深坑就形成于管壁上。相对于内壁，外壁腐蚀的情况更为复杂，对其的分析也必须从所处管道环境展开。水中或土壤中的管道容易受到杂散电流腐蚀、细菌腐蚀、土壤腐蚀等。而大气腐蚀则会给架空管道带来影响。管道的防腐层一旦遭到破坏，环境条件的腐蚀会直接侵犯外壁。

2 评价原则

由于表面缺陷存在于管道的内、外壁，因此，由两部分给予减少部分承载能力进行补偿。这两部分分别为缺陷处管壁承受荷载较多、以及缺陷处应力对荷载进行了集中承受。通过两部分能够得出，缺陷处底部面积所承受载荷比例越大说明缺陷越长；反之，应力集中部分对载荷承受比例越大，缺陷长度则越小。表面缺陷的破坏规律如下：（1）及时发现泄漏，断裂事故就能够通过修复得到避免。（2）在腐蚀区域面积的的情况下，临街扩展长度一般都小于缺陷长度，当临界应力小于缺陷处应力时，并非只是发生腐蚀穿透。（3）由于临街扩展长度大于缺陷长度，因此，针对与点蚀情况而言，穿透处并不发生断裂，仅仅产生泄露。（4）非穿透缺陷演变为穿透缺陷，最终全部传统。（5）逐渐加深缺陷深度。

3 评价方法

沿着M1-M5，通过检查板，在公共平面上投影每个网格线上最小壁厚，从而获得轴向方向上的CTP。沿着C1-C7，通过检查板，在公共平面上投影每个网格线上最小壁厚，从而获得环向方向上的CTP。在对腐蚀缺陷剩余强度进行评价时，可按照下述两种准则，第一，按照应力叠加结果、载荷分类、荷载条件，对载荷所引起的各种应力进行计算。之后，在制定的分类与范畴内将许用应力与计算应力进行比较。第二，剩余强度系数，RSF，即剩余强度系数表示为以下公式：

> （1）

在公式中，为没有受到腐蚀的管道塑性极限载荷；为包含缺陷的管道塑性极限载荷。按照剩余强度系数定义，创建出可接受准则，使用弹塑性分析、极限载荷理论、弹性应力分析、传统规范规范公式等。若剩余强度系数值超过许用值，表示腐蚀管段能够继续服役。若计算出的剩余强度系数低于许用值，应修理腐蚀管段，为减小操作环境严重性，还应采取一些补救措施。可根据剩余强度系数来计算再评价时所使用的压力值：

< （2）

≥ （3）

公式中，许用值；剩余强度系数，按照腐蚀缺陷计算出的；为管段设计许用最高工作压力；为位于腐蚀管段的已降低的许用最高工作压力。

4 局部腐蚀缺陷评价

金属表面一定区域内集中腐蚀则为局部腐蚀，其他区域轻微腐蚀或者几乎不受腐蚀。局部腐蚀主要包括沟槽行腐蚀和局部减薄腐蚀。采取剩余强度系数准则来进行局部腐蚀缺陷评价的，通过内压作用，所需壁厚与管道承受压力之间的关系为一级评价。在金属损失去内壁厚端面具有极大差别的管段一级未达到一级评价准则的管段则采用二级评价。弯曲载荷与轴向载荷的影响可在评价中考虑，剩余强度系数准则应用于整个评价过程中。定义局部金属损失缺陷如下：（1）管道表面存在金属损失，金属损失区域宽度接近于长度，局部减薄。（2）因腐蚀或者冲蚀，形成较长的、一定方向的金属损失区域，金属损失区域的宽度显著大于长度。缺陷底部曲率半径小，较为尖锐。

5 结语

土壤的性质决定对埋地管道腐蚀速度造成影响的主要，包括含盐量数量及种类、土壤电阻率、PH值等。这些因素是对埋地管道外腐蚀剩余寿命进行分析时的依据。文章简要介绍了油气长输管道腐蚀剩余强度评价方法，评价的目的在于某一操作压力条件下缺陷是否能够存在，及其最大工作压力，最终对管道的安全生产管理和维修计划进行科学的指导。

参考文献

[1] 邹才能，朱如凯，吴松涛，等.常规与非常规油气聚集类型、特征、机理及展望——以中国致密油和致密气为例[J].石油学报，2012（2）.

[2] 孟元林，赵紫桐，焦金鹤，等.共和盆地页岩油气地球化学特征[J].中国石油大学学报：然科学版，2012（5）.

[3] 杜金虎，周新源，李启明，等.塔里木盆地碳酸盐岩大油气区特征与主控因素[J].石油勘探与开发，2011（6）.

[4] 邹才能，张国生，杨智，等.非常规油气概念、特征、潜力及技术——兼论非常规油气地质学[J].石油勘探与开发，2013（4）.endprint