謝飛

遼寧石油化工大學天然氣工程學院

背景

管道內腐蝕是造成天然氣管道失效的重要原因。隨著管道工況條件的改變，某些位置的管道壓力會有所降低，管道內部產生凝析水和液滴。這些液滴與天然氣中的二氧化碳、硫化氫等酸性氣體結合，形成腐蝕環境，對管道的安全性和完整性造成破壞。由內腐蝕引發的事故中，未進行詳細內腐蝕檢測或未采用正確內腐蝕評估方法是事故發生的主要原因。

目前，國內外學者針對管道內腐蝕開展了很多研究。美國腐蝕工程師協會（NACE）基于大量研究成果，建立了一系列天然氣管道內腐蝕直接評價（ICDA）標準。在國內，不具備內檢測條件的情況下，多數參照ICDA方法對管道進行內腐蝕評價。然而，由于國內外管道輸送介質和工藝的差異，NACE標準在科學性和準確性上并不適用于國內油氣田礦場集輸管道。此外，對于管道中傾角較小但上坡管段較長的情況，NACE標準也不適用。因此，建立一種能夠判斷積液是否發生并對管道各位置進行風險排序的天然氣集輸管道內腐蝕直接評價方法具有重要意義。

遼河油田供氣管道于2011年投產，管道外徑為355.6 mm，壁厚為6.3 mm，最高運行壓力為2.4 MPa。本次評價以該管道為例，在ICDA方法的基礎上，利用ANSYS Fluent軟件模擬管道內部流動情況，并得到管道持液率。進而通過電化學實驗分析持液率對管道內腐蝕的影響，提出了一種管道在不同情況下易腐蝕風險排序方法。

做法

（1）評價方法優化。本方法在NACE標準基礎上，針對臨界傾角法未考慮管道傾角處上坡段長度以及在地形平坦地區應用效果較差的問題，提出利用傾角處管道長度進一步判別該處是否可能積液。判別臨界長度之前的步驟與NACE標準步驟相同，在間接評價得到臨界傾角后，對每個大于臨界傾角的位置進行二次計算。基于NACE標準中臨界傾角的計算公式，經過改進后得到了本方法中臨界長度ι''的表達式：

應用臨界長度判斷易積液位置的結果圖如圖 1所示。可見全線共22個易積液位置（即易腐蝕點），采用臨界長度公式，對所有易腐蝕點的積液可能性進行再次判別，有5個大于臨界傾角的位置不會發生積液，并記錄其中一個里程位置820 m，作為開挖驗證位置。

圖 1 易積液位置公式判別結果圖

根據上述易積液位置以及管道運行參數等數據進行風險排序后，得到了持液率的大小順序關系（圖 2），持液率的大小順序即為管道易腐蝕風險的大小順序。

圖 2 易腐蝕位置持液率與管道傾角對應關系圖

該技術無需對易積液位置全部進行開挖驗證，只需確定易腐蝕位置的腐蝕風險，僅對腐蝕風險最大的位置進行開挖驗證，即可預測管道整體腐蝕情況。該技術的評價結果與遼河油田現場進行漏磁檢測的數據完全吻合，證明了改進后方法的適用性與準確性，也為天然氣管道內腐蝕完整性評價提供了新思路和新方法。

（2）開挖驗證。對上述方法得到的持液率最高點（7130 m）、最低點（1060 m）、記錄點（820 m）進行開挖驗證（圖 3）。結果表明：7130 m處腐蝕深度（剩余壁厚5.4 mm）大于1060 m處腐蝕深度（剩余壁厚5.7 mm）；820 m處腐蝕情況較輕（剩余壁厚6.1 mm），說明該方法相較臨界傾角公式判斷更加準確，適用范圍更廣泛。

圖 3 開挖易腐蝕位置

“天然氣集輸管網ICDA內腐蝕評價技術”在遼河油田供氣管道東線應用后，預測出此管段存在5處易腐蝕位置，現場隨機開挖驗證點，與研究預測結果100%吻合，成功預測了管道中的內腐蝕位置（圖 4）。

圖 4 現場測量壁厚與預測結果對比

啟示

在天然氣管道中，判斷管道內腐蝕位置時應主要考慮管道中存在積液的位置。本案例提出了一種新的天然氣管道內腐蝕直接評價方法—臨界長度法，準確預測了管道易腐蝕位置，明確管道易腐蝕位置的風險等級排序，解決了低壓天然氣集輸管道的安全保障問題，極大地節省了經濟費用。該技術適用于油氣田集輸管道的安全管理，可在油氣田集輸管道管理中推廣應用。

作者簡介：謝飛，1983年生，教授，2013年博士畢業于中國石油大學（華東）油氣儲運工程專業，現主要從事油氣管道腐蝕與防護技術的研究工作。聯系方式：13942359915，xiefei@lnpu.edu.cn。