王修云  楊萍  蘭旭  楊陽(yáng)  劉英坤  閆婷婷

安科工程技術(shù)研究院（北京）有限公司

摘要：內腐蝕直接評價(jià)作為管道完整性管理三大技術(shù)之一，因其成本低、工作量小、無(wú)清管條件限制、無(wú)需停輸等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛重視。根據美國腐蝕工程師協(xié)會(huì )（NACE）頒布的《濕天然氣管道內腐蝕直接評價(jià)方法》（NACE SP0110―2010），介紹了該內腐蝕直接評價(jià)方法，闡述了濕氣管道內腐蝕直接評價(jià)的原理，以及預評價(jià)、間接檢測、詳細檢查和后評價(jià)4個(gè)步驟。并結合某濕天然氣管道進(jìn)行了詳細的案例分析，說(shuō)明濕天然氣管道內腐蝕直接評價(jià)方法在輸氣管道完整性管理中的重要性。

關(guān)鍵詞：內腐蝕直接評價(jià)；濕天然氣；完整性管理

近年來(lái)，隨著(zhù)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國對石油天然氣的需求量日益增加，但隨著(zhù)油氣田開(kāi)采進(jìn)入中后期，油氣輸送管道面臨的腐蝕風(fēng)險逐漸升高。管道完整性管理作為油氣田安全生產(chǎn)的重要保障，已得到普遍重視并應用于實(shí)踐，其中完整性檢測常用直接評價(jià)、內檢測、水壓試驗等技術(shù)[1~3]。

相較于內檢測與水壓試驗，直接評價(jià)技術(shù)具有成本低、工作量小、無(wú)清管限制、無(wú)需停輸等優(yōu)點(diǎn)，在內檢測不適用的情況下，通過(guò)收集和整合風(fēng)險因素數據，針對所選管道的內腐蝕威脅進(jìn)行模擬分析，獲取可能存在腐蝕風(fēng)險的區域，以確定管道完整性狀況。

2006年美國腐蝕工程師協(xié)會(huì )（NACE）首次在國際上頒布用于管道完整性管理的內腐蝕直接評價(jià)標準[4]。通過(guò)確認積液風(fēng)險最高位置的腐蝕風(fēng)險，從而確定管道全線(xiàn)的完整性，起到減輕管道腐蝕檢測（或者完整性評價(jià)）工作量的目的。隨后，NACE又相繼于2008年、2010年、2016年針對液體石油管道、濕天然氣管道（濕氣管道）、多相流管道頒布了相應的內腐蝕直接評價(jià)標準[5~7]。

本文以NACE《濕天然氣管道內腐蝕直接評價(jià)方法》（SP 0110―2010）（Wet Gas Internal Corrosion Direct Assessment Methodology for Pipelines ，簡(jiǎn)稱(chēng)WG-ICDA）為標準，結合某濕氣管道實(shí)例，解析濕氣管道內腐蝕直接評價(jià)方法，為其在國內濕氣管線(xiàn)上的應用提供參考。

1 濕氣管道內腐蝕直接評價(jià)方法

濕天然氣系統是指有水且具有較大氣液體積比（氣液比＞5000）的系統[6]。

WG-ICDA的基本原理是通過(guò)沿線(xiàn)的腐蝕速率、流動(dòng)效應和其它影響因素，對管道沿線(xiàn)腐蝕發(fā)生的可能性進(jìn)行優(yōu)先排列，其目標是識別出管段內腐蝕風(fēng)險最高的位置。同時(shí)，腐蝕速率模型也是預測管段未來(lái)腐蝕發(fā)展趨勢的工具之一。

濕氣管道內腐蝕直接評價(jià)包括4個(gè)關(guān)鍵步驟：①預評價(jià)：量化潛在的內腐蝕風(fēng)險威脅，并選擇對特定風(fēng)險直接評價(jià)的可靠方法；②間接檢測：通過(guò)建立多相流模型、腐蝕發(fā)展預測模型分析管道的內腐蝕高風(fēng)險位置；③詳細檢查：應用無(wú)損檢測方法對內腐蝕風(fēng)險最高的位置進(jìn)行檢查，識別是否存在腐蝕及腐蝕的嚴重性；④后評價(jià)：評價(jià)前三階段的有效性，確定再評估周期。

2 直接評估方法流程

2.1 預評價(jià)

主要工作是收集和整理對內腐蝕直接評價(jià)有效的歷史和當前運行數據，確定是否符合WG-ICDA執行條件，以及對管段進(jìn)行WG-ICDA里程分區。

收集的典型數據一般包括：高程-里程、路由、閥室、管徑、壁厚、材質(zhì)、設計壓力、設計溫度等管道設計施工數據；進(jìn)/出站壓力、溫度、輸量、含水率等管道運行數據；掛片、鐵離子含量監測、電阻探針等管道監檢測數據；失效分析、修復資料等管道維修維護數據。

WG-ICDA里程分區的影響因素包括：入口/出口位置、溫度變化、壓力變化、管徑變化和流向變化等。

2.2 間接檢測

通過(guò)多相流模型分析WG-ICDA區間內的流態(tài)變化，并根據流態(tài)變化劃分子區。在子區內，利用多相流模型計算持液率，以及利用腐蝕模型預測腐蝕速率，綜合分析多相流計算結果和腐蝕模型計算結果，預測發(fā)生腐蝕可能性較大的位置，且確定詳細檢查步驟的優(yōu)先次序。

腐蝕評估過(guò)程中，必須綜合評估影響腐蝕進(jìn)程的各個(gè)關(guān)鍵因素：水是造成管道內腐蝕的必要條件，而含水的醇類(lèi)、吸附水的生物膜、濕氣凝結的液膜或液滴也可以作為腐蝕發(fā)生的電解質(zhì)，還應考慮腐蝕性氣體、上游工藝操作、微生物、凝析油、固體顆粒、流體力學(xué)及緩蝕劑等腐蝕影響因素。

2.3 詳細檢查

根據內腐蝕直接評價(jià)和間接檢測結果，確定管道內腐蝕高風(fēng)險位置，結合現場(chǎng)開(kāi)挖難度，綜合確定詳細檢查位置。

對開(kāi)挖后的管道，可采用射線(xiàn)探測、超聲波檢測等無(wú)損檢測方法測量?jì)雀�蝕引起的壁厚損失，并進(jìn)行內腐蝕特征鑒定和描述。標準規定了最少的開(kāi)挖個(gè)數，對不同長(cháng)度的管段，針對不同壁厚損失等級，確定不同的最少開(kāi)挖數量。當1組壁厚損失級別不存在，則可以在其他任意1個(gè)級別中多選擇1個(gè)評價(jià)位置。

2.4 后評價(jià)

評價(jià)WG-ICDA過(guò)程的有效性以及確定再評估時(shí)間間隔。詳細檢查之后發(fā)現管道存在腐蝕缺陷，則參考ASME B31G―2012《腐蝕管道剩余強度測定手冊》，計算剩余強度，進(jìn)而計算管道剩余使用壽命，以確定再評估時(shí)間間隔。再評估間隔不得超過(guò)估算的剩余使用壽命的一半。同時(shí)，確定再評估間隔也應參考ASME B31.8S―2010《輸氣管道系統完整性管理》標準給出的相關(guān)建議。

3  應用實(shí)例

某管道2008年投產(chǎn)，輸送介質(zhì)為濕天然氣，全長(cháng)2km，采用單層管，管材選用L360，管徑273 mm，因管徑較小，且缺乏收發(fā)球筒裝置，不能對其進(jìn)行內檢測。為評估管線(xiàn)的腐蝕風(fēng)險，預測腐蝕敏感位置，參考WG-ICDA標準對其進(jìn)行內腐蝕直接評估，評價(jià)目標管線(xiàn)的內腐蝕情況。

3.1  預評估

在預評估階段收集目標管道數據，以判斷WG-ICDA應用的可行性，并對管道內腐蝕評價(jià)進(jìn)行分區。目標管道的相關(guān)數據詳見(jiàn)表1。

從表 1數據分析，該管段滿(mǎn)足進(jìn)行WG-ICDA的條件：①目標管道輸送介質(zhì)為濕天然氣，且氣液比＞5000；②正常運行期間，沿WG-ICDA區間存在連續或周期性水相出現；③間接檢測可以確定最有可能發(fā)生內腐蝕的位置；④該管段可進(jìn)行詳細檢查；⑤該管段可確定再評價(jià)時(shí)間間隔。據此，對該管段進(jìn)行評價(jià)具有可行性。再據管道運行參數的變化情況，將其細分為3個(gè)時(shí)間分區。

3.2 間接檢測

依據WG-ICDA，內腐蝕風(fēng)險位置的確認應滿(mǎn)足2個(gè)準則：①壁厚損失，利用每個(gè)子區所有的壁厚損失來(lái)計算該子區的壁厚損失平均值，選擇每個(gè)子區壁厚損失大于平均值的位置。②持液率，利用每個(gè)子區的所有持液率來(lái)計算該子區的持液率平均值，選擇子區內持液率大于平均值的位置作為預選的評價(jià)位置。

以目標管線(xiàn)第一時(shí)間分區為例，利用專(zhuān)業(yè)軟件，預測目標管線(xiàn)的流態(tài)變化，根據流態(tài)的變化進(jìn)行進(jìn)一步的子區劃分。在每個(gè)子區內利用腐蝕速率預測模型及多相流模型分別預測目標管道的腐蝕速率變化及持液量變化，根據計算結果找出每個(gè)子區內壁厚損失大于平均值且持液率大于平均值的位置，即目標管道第一時(shí)間分區內腐蝕風(fēng)險位置。流態(tài)/腐蝕速率/持液率隨里程變化趨勢及風(fēng)險位置如圖1所示。

圖 1  第一分區流態(tài)/腐蝕速率/持液率隨里程變化及風(fēng)險位置

3.3 詳細檢查

通過(guò)實(shí)地勘察，根據實(shí)際埋深和管道可開(kāi)挖狀況確定對目標管道里程位置283 m和303 m位置進(jìn)行詳細檢查。在指定里程位置進(jìn)行開(kāi)挖，露出管道，將管段3PE防腐層剝離，對管道表面進(jìn)行打磨。在該位置繪制超聲波測厚網(wǎng)格共168個(gè)測試點(diǎn)，對每個(gè)測試點(diǎn)進(jìn)行2次以上測量，選擇測試最小值。測試完成以后，對管道進(jìn)行修復，確認修復完善后回填。開(kāi)挖點(diǎn)1詳細檢查位置的超聲波壁厚檢測結果如圖2所示，最大壁厚減薄率為9.68%，腐蝕減薄最深為1.8 mm；開(kāi)挖點(diǎn)2檢測結果如圖3所示，最大壁厚減薄率為3.90%，腐蝕減薄最深為0.7 mm。

圖 2  開(kāi)挖點(diǎn)1詳細檢查結果

圖 3  開(kāi)挖點(diǎn)2詳細檢查結果

3.4 后評價(jià)

根據缺陷的長(cháng)度和最大深度，計算目標管道的失效壓力。結果顯示失效壓力為50 MPa，大于目標管線(xiàn)的最大設計壓力25MPa，因此認為管道的剩余強度未受到顯著(zhù)影響。根據缺陷尺寸、失效壓力、腐蝕發(fā)展速率計算得到管線(xiàn)的剩余壽命為14年。

ASME B31.8S―2010《輸氣管道系統完整性管理》[9]規定，對于運行壓力低于30%最小屈服強度（SMYS）的管道，最大再評價(jià)間隔時(shí)間為5～10年；WG-ICDA則規定，再評估時(shí)間間隔不應超過(guò)管道剩余壽命的二分之一。因此，綜合得到目標管線(xiàn)的最大再評估時(shí)間間隔為不超過(guò)5年。

4 結論

將WG-ICDA成功應用于某濕氣管道，識別出管道的內腐蝕風(fēng)險位置。通過(guò)詳細檢查證實(shí)預測出的風(fēng)險位置確實(shí)存在內腐蝕缺陷，后評價(jià)階段根據缺陷尺寸及相關(guān)標準確定了目標管道的剩余壽命，為管道的完整性管理提供了依據。該評價(jià)方法作為一種相對成本較低的輸氣管道完整性管理輔助方式，其應用與實(shí)施依賴(lài)于豐富的數據基礎和更廣泛的模型，并用更多的案例分析去修正模型，以有效地滿(mǎn)足管道完整性管理需求。

參考文獻

[1]董紹華,楊祖佩. 全球油氣管道完整性技術(shù)與管理的最新進(jìn)展——中國管道完整性管理的發(fā)展對策[J]. 油氣儲運, 2007, 26(2):1-17.

[2]楊祖佩,王維斌. 油氣管道完整性管理體系研究進(jìn)展[J]. 油氣儲運, 2006,25(8):7-11

[3]PILLAI A P. Direct Assessment Pipeline Integrity Management[C]. Corrosion 2011. Houston: NACE International, 2011: Paper No. 11126.

[4]NACE International. NACE SP0206―2016, Internal Corrosion Direct Assessment Methodology for Pipelines Carrying Normally Dry Natural Gas[S]. Houston: NACE International, 2016.

[5]NACE International. NACE SP0208―2008, Internal Corrosion Direct Assessment Methodology for Liquid Petroleum Pipelines[S]. Houston: NACE International,2008.

[6]NACE International. NACE SP0110―2010, Wet Gas Internal Corrosion Direct Assessment Methodology for Pipelines[S]. Houston: NACE International, 2010.

[7]NACE International. NACE SP0116―2016, Multiphase Flow Internal Corrosion Direct Assessment (MP-ICDA) Methodology for Pipelines [S]. Houston: NACE International，2016.

[8]The American Society of Mechanical Engineers. ASME B31G―2012, Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines[S]. New York: ASME, 2012.

[9]The American Society of Mechanical Engineers. ASME B31.8S―2010, Managing System Integrity of Gas Pipelines[S]. New York: ASME, 2010.

作者：王修云，女，1979年生，高級工程師，2004年碩士畢業(yè)于清華大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)專(zhuān)業(yè)，現主要從事油氣管道腐蝕與控制的研究工作。

《管道保護》2018年第1期（總第38期）