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机电信息杂志投稿文章:塔河油田集输管道内腐蚀风险评估分析 |
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摘要:文中通过对塔河油田集输管道内腐蚀风险辨识，对肯特评分法腐蚀指标进行改进，使用半定量风险评价方法，建立了内腐蚀风险评估模型，获得管道内腐蚀高风险部位信息。
关键词:内腐蚀;肯特法;半定量风险评价;评估模型;高风险
塔河油田公司的油气管道多为20世纪90年代建设和近年来新建管道。老管道运行时间长，应解决运行安全问题。对新建管道，由于输送压力高，事故后果影响严重，应保证管道在投入运行前期的运行安全。风险评价的目的是将管道的风险控制在可接受范围内。目前国际上通用的风险评价方法分为定性、半定量和定量3种类型。半定量风险评价方法在国内的管道风险管理中较常用[1-3]。比较成熟的是肯特评分法。《管道风险管理手册》介绍的风险评价模型是普遍采用的模型[4-5]。本文对该模型中的腐蚀指标改进，通过数据收集、失效概率计算、失效后果计算和风险值计算，获得管道的内腐蚀风险信息。
1数据收集
设计数据包括管道类型、管道壁厚、管径、材质、长度、防腐层、设计压力、设计温度、CO2设计含量、H2S设计含量等。施工数据包括运行年份、连接方法、工艺和检测结果、埋深、高程图/路由图、现场涂层方法、检测报告、涂层类型等。运行数据包括流量、含水率、输送温度、运行压力、规定的最大最小操作压力、油品信息、CO2含量、H2S含量、Cl-含量、矿化度等。维护数据包括失效位置、失效时间、维护或维修措施、缓蚀注氮、扫线等。开挖检测数据包括NDT或超声测厚等，监测数据包括Fe离子、pH值、溶解氧、挂片、探针、细菌监测等。通过这些数据，可真实评估数据的整个使用过程，对评估结果的准确性及潜在影响。
2管道内腐蚀风险识别
集输管道腐蚀风险指标是由表征管道内腐蚀各方面特性及其相互联系的多个指标，所构成的具有内在结构的有机整体。通过全面分析集输管线内腐蚀的风险指标，构建腐蚀风险指标体系，才能将腐蚀风险评估更实际化、简便化。根据管道内的介质成分，判断管道内可能的内腐蚀风险有CO2腐蚀、H2S腐蚀或开裂、垢下腐蚀、溶解氧腐蚀和Cl-造成的影响[6]。油田的CO2分压范围为0～0.18MPa，干燥的CO2气体本身是没有腐蚀性的，但溶于水形成弱酸，对钢铁造成电化学腐蚀。腐蚀过程中往往形成腐蚀产物膜覆盖于钢铁表面，可对腐蚀起到一定阻碍作用，但在油气等流动介质中，流体造成的壁面剪切应力会对腐蚀产物膜造成破坏，可能引起钢铁局部裸露并形成更严重的局部腐蚀[7]。油田的H2S分压范围为0～0.08MPa，通常当管道中存在H2S且溶解在水中时，溶解的H2S会侵蚀铁和非耐酸合金。硫化氢可能导致的另一个问题是硫化物应力腐蚀开裂，它是一种暴露于湿H2S和其他酸性环境时发生在钢铁和其他高强度合金中的自发脆性断裂[8]。对于含CO2和H2S的管道，O2是影响局部腐蚀的重要因素，是导致油气管道腐蚀失效的主要原因之一。O2的来源主要有以下两个途径:注氮或注入化学药剂时带入。研究结果表明，O2在醇类中的溶解度是在水中的3～5倍，会加速管道的内腐蚀;在盐水扫线环节中，若操作不当，空气可能进入，从而将O2带入到工艺系统。进入系统中的O2使钢铁发生腐蚀，O2混入产生的腐蚀速率比无氧环境高10～20倍[9]。在油气管道内部固体颗粒沉积主要包括砂、淤泥、石蜡、沥青以及腐蚀产物、碳酸钙、硫酸钙等难溶颗粒。固体颗粒沉积后会导致局部产生较严重的垢下腐蚀。此外，固体颗粒沉积可能会促进细菌生长，增大细菌腐蚀的可能性[10]。与上述CO2、H2S、S和O2不同，Cl-在腐蚀过程中并不获取金属的电子，因此并非“腐蚀剂”，但Cl-的存在将显著影响腐蚀过程，可以视为腐蚀的“促进剂”，而且绝大多数的点蚀与Cl-的存在有关。根据埃克森美孚公司的实验研究结果，当NaCl含量为1%时，碳钢未发生点蚀;当NaCl含量提高至5%时，碳钢遭受明显的点蚀，点蚀速率为1mm/a。
3腐蚀风险评估方法改进
肯特评分方法将引起管道事故的第三方破坏、腐蚀、设计和操作四大类因素按照一定的顺序进行评分，将所得分数相加，得到腐蚀因子指数总评分，然后根据管道中所输入介质的影响因素得出泄漏系数，从而得出相对风险系数。
3.1失效概率
参考《管道风险管理手册》，在计算失效概率前，先对造成管道内腐蚀指标进行赋分。内腐蚀指标是指影响集输管道内表面腐蚀的流体参数、腐蚀防护，包括内部工况参数、内防腐和管道工艺影响在内的所有项目。与《管道风险管理手册》相比，在“强腐蚀性”、“中等腐蚀性”、“只在特定情况下具有腐蚀性”、“无腐蚀性”基础上细化了内腐蚀指标。其中内腐蚀指标包括影响管道内腐蚀的因素，温度、Cl-含量、CO2分压、H2S分压、含水率和SRB含量等内部工况参数。表1汇总了内部工况参数的打分规则，共30分。另外，影响内腐蚀的因素还包括内防腐措施和注氮引入的溶解氧腐蚀等因素。表2汇总了内防腐和管道工艺影响的打分规则，共10分。指标总分值为40分。
3.2失效后果
失效后果以管道的腐蚀速率体现:选择管道腐蚀失效后的腐蚀速率;选择由内检测或超声壁厚测试获得的腐蚀速率。两者获得的腐蚀速率能够真实反应管道的腐蚀快慢。对于从未发生过腐蚀失效的管道，由于无法直接获得其腐蚀速率，可采用挂片或探针监测获得的腐蚀速率，优先选择能够体现管道腐蚀状况的点腐蚀速率进行评估。
4内腐蚀风险等级
将归一化后的相对风险值等效于失效概率，并作为矩阵的横轴;将归一化后的点腐蚀速率等效于失效后果，并作为矩阵的纵轴。失效概率和失效后果严重性构成矩阵行和列，获得用等级表示的风险值。图1为塔河油田原油集输管道内腐蚀高风险部位评估结果，该评估结果用风险矩阵表示。风险矩阵中的各个区域，表示了风险高低程度。深灰色区域风险最高，必须立即维修或更换;浅灰色区域风险次之，采用监控措施或安排后续检修计划;灰白色区域表示比较安全，管道处于低风险、安全状态，无需采取任何措施。图1塔河油田原油集输管道内腐蚀高风险部位评估结果依据该方法可对塔河油田的高腐蚀风险集输管线进行提前预判，并有针对性采取腐蚀防护措施，可有效降低集输管线检测和维护费用。
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