油气管道腐蚀检测及剩余寿命预测

史博　王彦　孙煊

摘 要：埋地油气管道发生腐蚀将会导致油气管道的穿孔、泄漏甚至破裂，造成巨大的财产生命损失，有必要对存在腐蚀缺陷的油气管道进行检测并对其剩余寿命的预测。以油田油气管道为研究对象，分析其管道的腐蚀特征及防护措施，并结合各检测技术的优缺点，采用CIPS与DCVG联合检测方法对管道腐蚀进行检测较为理想。同时在针对目前对管道剩余寿命预测方法的研究基础上，提出采用灰色理论预测和人工神经网络相组合对管道剩余寿命进行预测。

关键词：油气管道腐蚀；腐蚀检测；剩余寿命的预测

油气管道绝大多数都是由金属管道及设备构成且埋地铺设。管道与各种不同的周围介质接触，导致油气管道发生腐蚀。具有腐蚀缺陷的管道一旦发生穿孔、泄露，将会造成重大的财产损失和人身安全事故。因此，必须对管道的腐蚀进行检测，并对其剩余寿命进行预测，以便做出管道继续使用、维修及更换的正确决策。

1 油田管道腐蚀特征及防护

土壤属于苏打型盐碱化土壤，地下水位高，矿化度较高，土壤的腐蚀性较强，为埋地管道的电化学腐蚀创造了有利的条件，通过测试：油田土壤的腐蚀速率平均为0.5mm/a，最高达0.9mm/a，是输送介质腐蚀速率的5～10倍，因此，外腐蚀成为油田埋地钢质管道腐蚀的主要因素。其外防腐蚀技术措施主要为管道外腐蚀层和阴极保护联合保护。阴极保护技术措施主要为强制电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护。由于强制电流阴极保护系统具有输出电流连续可调、保护范围大、不受环境电阻率限制等优点，目前，在有电力供应条件的区块，油田的外防腐技术措施采用强制电流阴极保护措施。

2 油田管道腐蚀的检测

油田集输系统管道腐蚀主要为外腐蚀，其检测技术主要是对管道的外覆盖层以及阴极保护效果进行检测评价，目前国内外管道外腐蚀检测技术主要分为两类，一是对管道的外覆盖层保护效果进行检测，主要有多频管中电流衰减法（PCM）、电流梯度检测法（ACVG）和直流电位梯度法（DCVG），另一是对阴极保护效果的检测主要是密间距电位测量法（CIPS）[1]。

3 油田腐蚀管道剩余寿命的预测

目前，国内外对剩余寿命的预测进行了很多相关的研究并提出了现行的适用标准，如果CEGB R6、PD6493以及最新发布的API 578草案中，都给出了粗略的指导方法，但在实际现场的应用中效果较差。油气管道腐蚀剩余寿命的预测起着决定性的是其腐蚀速率的确定。然而如采用传统意义上的概率统计学的方法，由于存在没有足够多的数据样本的缺陷，将会导致预测其腐蚀速率获得的结果精度不高。有关油气管道腐蚀速度的预测方法较多，如灰色预测模型、人工神经网络模型和可靠度函数分析方法等。单纯的灰色理论虽可进行较好的预测，但对于复杂非线性系统进行分析，由于其系统信息数据随机性变化较为明显使其但其预测精度不高，且误差精度无法控制；而单纯的神经网络虽具有并行计算、分布式信息存储、自适应学习以及容错性强等优点，计算精度一般也比灰色理论预测精度高，对非线性问题处理方面具备一定的优越性，但其计算量较大。目前，为了解决这一问题，油气管道腐蚀剩余寿命的预测一般采用灰色理论方法和人工神经网络的方法相配合进行预测。

3.1 预测思路

油气管道发生腐蚀后会使得管道的壁厚逐渐减薄，管道承受内压能力降低，导致油气管道抗泄漏和破裂的能力下降。当管道的内压大于管道的极限承载能力时，管道发生泄漏或者破裂事故。即管道的剩余壁厚d减薄到最小允许壁厚dmin时，管道达到其使用寿命，使用寿命与当前时间之差值Tr即为其剩余寿命。要预测腐蚀海底管道的剩余寿命，需要确定腐蚀管道的厚度、最大剩余厚度和平均腐蚀速率。其中腐蚀管道的厚度可以直接测量。

3.2 预测方法

3.2.1 最小允许壁厚确定

根据美国ASME锅炉压力容器 N-480《管道腐蚀减薄验收准则》进行评定。该准则规定对腐蚀管道评定的范围必须满足以下条件：0.3t≤ tp≤ 0.875t式中[2]，t为正常时管道的壁厚，即原设计时无腐蚀的壁厚；tp为评定寿命时的最大腐蚀坑深度剩余壁厚，即最小允许壁厚。

3.2.2 腐蚀速率的确定

灰色理论预测方法和人工神经网络预测相结合，利用灰色方法求解需要的计算量小，在少样本情况下可达到较高精度；利用神经网络计算精度高，且误差可控；并可以利用两者组合预测的方法进行分析；这样二者优势互补，获得了广泛的应用。其预测模型流程图如图1所示：

4 结语

随着石油、天然气工业的不断发展，管道输送发挥着越来越重要的作用，但随着使用年限的增加，防腐涂层发生老化、龟裂甚至剥离，进而发生腐蚀，造成巨大的财产损失和人员伤亡。有必要对存在腐蚀缺陷的油气管道进行检测并对其剩余寿命的预测。目前对管道腐蚀检测的技术有很多种，并相关学者都对其进行了研究和改进，但都有一定的局限性。应针对管道的腐蚀特征和类型，选取合适的检测方法。油田油气管道主要是以外腐蚀为主，防护措施为外防腐蚀层和阴极保护联合防护，故采用CIPS与DCVG联合检测方法对管道腐蚀进行检测较为理想。同时在针对目前的对管道剩余寿命的预测方法的研究的基础上，提出采用灰色理论预测和人工神经网络相组合对管道剩余寿命进行预测。

参考文献：

[1]龙宪春.油气管道外检测技术现状与发展趋势[J].管道技术与设备，2008（01）：20-22.

[2]吴明亮.基于灰色马尔科夫理论的油气管道腐蚀剩余寿命预测[J].管道技术与设备，2008（05）：43-44.

[3]蒋晓斌.油气管道腐蚀剩余寿命的预测方法[J].石油工业技术监督，2005（04）：18-20.endprint