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穿越輸油管道腐蝕評價模型

文檔作者：周裕鑫高雷駱勛國梁運枚文檔來源： 1．西南石油大學(xué) 2．四川科宏石油天然氣工程有限公司 3．瀘州川南石油天然氣公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月26日
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2008
第2期
管
Pipeline
披 水
Technique
設(shè) 備
Equipment
2008
No．2
穿越輸油管道腐蝕評價模型
周裕鑫。，高 雷 ，駱勛國 ，梁運枚
(1．西南石油大學(xué)，四川成都610500；2．四川科宏石油天然氣工程有限公司，四川成都610500；
3．瀘州川南石油天然氣公司，四川瀘州646000)
摘要：隨著運行時間的增加，穿越輸油管道必然受到不同程度的腐蝕，如果不及時維修或更換，可發(fā)生泄漏或爆裂。
為了確定管道的腐蝕情況，提出了一種模糊評判法。根據(jù)引起穿越輸油管道腐蝕失效的各個因素，建立穿越輸油管道腐
蝕評價體系，對穿越輸油管道進行腐蝕因素的模糊綜合評判，通過實例分析，驗證了該評價方法的實用性。
關(guān)鍵詞：輸油管道；腐蝕；模糊綜合評判；評價
中圖分類號：TE98 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—9614(2008)02—0047—02
Evaluation M odel for Crossing Oil Pipeline Corrosion
ZHOU Yu—xin ，GAO Lei ，LUO Xun—guo ，LIANG Yun mei
(1．Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2．Ke·Hong Oil&amp;amp;Gas Engineering Co．，Ltd．，
Chengdu 610500，China；3．Luzhou South Sichuan Oil&amp;amp; Gas Corporation，Luzhou 646000，China)
Abstract：With the running time increased，crossing oil pipelines will be snbjeeted to different degree of corrosion，if the pipe—
lines can not be maintained or replaced in time．Once leaking or bursting takes place，its consequence will be inconceivable．In order
to ensure the situation of corrosion in pipeline，it proposes a fuzzy judgment law．According to each factor which causes early ex—
piration ot‘crossing oil pipeline due to corosion，the system of corrosion evaluation of crossing oil pipelines is established，and
makes use of a comprehensive judgement on evaluation to appraise the factor of corosion in crossing oil pipelines Finally，the ex—
ample is used to verify the application of this method
Key words：oil pipeline；corrosion；comprehensive judge to evaluate；evaluation
1 穿越輸油管道腐蝕因素分析
1．1 內(nèi)腐蝕
內(nèi)腐蝕是在原油中的酸性雜質(zhì)與水分的共同作用下發(fā)生
的，特別是原油中的硫化物，在一些情況下可導(dǎo)致硫化物應(yīng)力
腐蝕開裂的發(fā)生 。內(nèi)腐蝕的發(fā)生使得管線內(nèi)壁局部減薄，使
得管線穿孔。從1981～1990年蘇聯(lián)的大型油氣管道穿越事故
可以看出，40％發(fā)生在河灘部分，主要是管道內(nèi)壁腐蝕造成的。
但管道內(nèi)壁大面積的腐蝕并不會引起管道的失效，而其局部的
點蝕、片狀腐蝕以及裂紋等足引起管道內(nèi)壁腐蝕失效的主要原
因。對輸送介質(zhì)進行脫水、脫硫和去氧，加入緩蝕劑，采取內(nèi)壁
涂防腐層等措施可以減弱輸送介質(zhì)對管道內(nèi)壁的腐蝕。
1，2 外腐蝕
外腐蝕主要由土壤腐蝕、防腐絕緣涂層失效和外防腐失效
引起。環(huán)境土壤中的含鹽量、pH值、含水率與電阻率造成防腐
層的破壞，加之隨著使用年限的增加導(dǎo)致的防腐層的自然老
化，都使得管線發(fā)生外腐蝕，特別是在陰極保護效果差時更嚴
重 。應(yīng)對陰極保護的效果進行定期檢查，并在管線環(huán)境中埋
設(shè)腐蝕片，對管線的外腐蝕狀況進行分析。
1，3 應(yīng)力腐蝕
由殘余或外加應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)變和腐蝕聯(lián)合作用所產(chǎn)生的
材料破壞過程被稱作應(yīng)力腐蝕。油氣管道材質(zhì)的缺陷處和焊
基金項目：四川省重點學(xué)科建設(shè)資助項目(SZD0416)
收稿日期：2007—06—06 收修改稿日期：2007—10—17
接處的殘余應(yīng)力降低管道強度、塑性和耐蝕性能，在周圍環(huán)境
腐蝕作用下，成為腐蝕源；管道內(nèi)原油的流動狀態(tài)的改變也將
會對管道壁造成壓力波動 。
1．4 其他因素
穿越管道受到河流的長期作用，河流帶動泥沙，致使河床
下切，形成對河床的沖刷，尤其是高含沙水流沖刷河床，同時應(yīng)
該考慮洪峰的影響，用沖刷深度來衡量河流的攜沙能力。河床
下管道埋深應(yīng)在沖刷深度以下，否則管道形成裸露，受到渦激
振動作用，導(dǎo)致穿越段管道事故的發(fā)生。
2 模糊綜合評判模型
2，1 評價指標(biāo)體系的建立
評價指標(biāo)體系就是影響評價對象最終評價結(jié)果的所有因
素的集合，通常用U表示，U={ ， ：，?， }。也就是／Z個評
價指標(biāo)。
2．2 建立評價集
評價集是評價者對評價對象可能做出的各種總的評價結(jié)
果所組成的集合，一般以程度語言或評定取值區(qū)間作為評價目
標(biāo)，通?？梢员硎緸椋篤= ， ：，?， ， }。評價集為等級集合，
每個等級可以對應(yīng)1個模糊子集。
2．3 進行單因素評價，建立模糊關(guān)系矩陣R
在構(gòu)造了等級模糊子集后，就要逐個對被評事物 (i=1，
2，? ，／Z)進行量化，也就是確定從單因素來看被評事物對各等
級模糊子集的隸屬度，進而得到模糊關(guān)系矩陣 ：
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48 Pipeline Technique and Equipment Mat,
2oo8
R= (1) A-R (al，02，?，0 )’
矩陣 中第i行元素r 袁示某個被評事物從因素 來看，
對 等級模糊子集的隸屬度。
2．4 確定評價因素的權(quán)向量A
在模糊評判中，權(quán)向量A=(。 ，。：，? ，。 )中的元素。 本
質(zhì)上是評價因素 對模糊子集的隸屬度，因而一般用模糊方法
來確定，并且在合成之前要歸一化。
2．5 模糊綜合評判模型的建立
利用合適的合成算子將A與各被評事物的 合成得到各
被評事物的模糊綜合評價結(jié)果向量曰．模糊綜合評判的模型為
ri1 r12 ’’
r21 r22 ’’
● ● -
： ： ：
rnl Tn2 ’’
2．6 模糊綜合評價結(jié)果向量分析
每個被評事物的模糊綜合評價結(jié)果都表現(xiàn)為一個模糊向
量，它包含了更豐富的信息。工程上對評價集的處理通常用最
大隸屬度原則，取與最大的評定指標(biāo)maxbj相對應(yīng)的評定元素
vj為評定的結(jié)果。
3 實例分析
以某穿越輸油管道為例進行分析。根據(jù)穿越段管道的實
際情況建立穿越輸油管道腐蝕模糊評判模型，見表1。該模型
中權(quán)重的確定采用德爾菲法(專家評分法)。
表1 穿越輸油管道腐蝕模糊評價模型
3．1 一級模糊綜合評判
評價對象為一級因素 評價要素為對應(yīng)的二級因素，根
據(jù)表1，因素 的等級評價矩陣為
r0．5 0．3 0．2 0 1
【o．4 o．3 o．2 o．1 J
因素u，的權(quán)向量為
A1=[0．6 0．41
于是一級模糊綜合評價結(jié)果為
r0．5 0．3 0．2 0 1
Bl=AI’ 1=[o-6 o-4】‘【o．4 o．3 o．2 o．1 J
『0．46 0．3 0．2 0．04]
同理可得：
B2=[0．47 0．27 0．16 0．1]
B =[0．2 0．3 0．25 0．25]
B4=[0．28 0．34 0．24 0．14]
3．2 二級模糊綜合評判
在一級因素中進行模糊綜合評價，所得結(jié)果為最終評價
值。顯然，第i個因素的單因素評價向量應(yīng)為二級模糊綜合評
價集曰 ，故U的單因素評價矩陣為
(下轉(zhuǎn)第5O頁)
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Pipeline Technique and Equipment MaL 2008
3 低溫腐蝕與積灰的預(yù)防
綜上所述，造成熱媒爐低溫腐蝕和積灰問題的主要原因是
酸露點的腐蝕和同時發(fā)生的低溫粘結(jié)灰。減輕低溫腐蝕的措
施有：控制SO 的生成；采用抗低溫腐蝕材料；提高受熱面金屬
壁溫，防止酸蒸氣結(jié)露。
3．1 控制SO3的生成
控制SO 的生成是解決低溫腐蝕的主要措施，當(dāng)燃料中硫
分越高所形成的SO 越多，則酸蒸氣的分壓力也就越大越容易
結(jié)露。表1為一些輸油管道上所用燃料油的含硫量與酸的露
點值。從表1中可以看出，酸的露點隨燃料硫分的增大而急劇
生高。對燃料進行脫硫處理可以大幅度地降低酸的露點。
表1 輸油管道所用燃料油的含硫量與酸露點
管道名稱含硫量／％ 酸露點／℃ 管道名稱含硫量／％ 酸露點／℃
秦京線0．10 105．11 任京線0．18 117．10
馬惠寧0．11 106．90 東黃線0．79 159．80
中洛線0．12 108．60 魯寧線 1．17 175．20
魏荊線0．12 108．60 東臨線 1．21 176．60
鐵大線 ‘0．14 111．70
． 如在煙氣中使用添加劑，在燃油熱媒爐中加入少量添加
劑，如白云石、菱鎂礦石、氯化鎂水溶液等，可以吸附和中和煙
氣中的SO ，以降低露點和腐蝕速度。
添加劑可與油混在一起成為漿狀，由燃燒器送入，也可將
添加劑粉送入爐膛和煙氣換熱器。添加劑的量與燃料油中的
含量大致相當(dāng)或略多些。
由于S02要在高溫下進一步與氧作用才能形成sO，，所以，
過剩的氧存在是使sO 變成sO 的基本條件之一。顯然過剩空
氣量越大，氧含量就多，生成的sO 也越多，因此在熱媒爐運行
中，應(yīng)盡可能降低過?？諝饬恳苑乐箍諝獾穆┤肓俊Ｒ虼?，控
制爐膛的過?？諝庀禂?shù)也能達到降低酸露點的目的。
3．2 采用抗低溫材料
目前，抗低溫材料有耐熱耐酸涂料和不銹鋼。它們進一步
緩解了低溫腐蝕的進行得到良好的效果。但條件惡劣的情況
下，也不能更好的解決腐蝕的發(fā)生。
3．3 控制金屬壁溫
雖然控制SO 生成能減輕低溫腐蝕，但要求一般用戶對燃
料進行預(yù)處理是不可能的；對空氣過剩系數(shù)的控制也只能達到
1．1的水平；采用的受熱面材料即使能抵抗酸的腐蝕，低溫金屬
管壁上形成的液膜與煙灰作用形成的低溫粘結(jié)灰也很快會使
高效爐失去高效性。因此，控制受熱面金屬壁溫，避免在金屬
面上形成酸膜已成為目前預(yù)防腐蝕和積灰的主要考慮方向。
提高空氣入口溫度：采用熱空氣回流的方式來提高空氣入
口溫度，解決低溫腐蝕和低溫粘結(jié)積灰收效甚微。降低水蒸氣
露點：采用試劑注入方式，但很難做到。改變對流換熱系數(shù)：煙
氣側(cè)放系數(shù)與空氣側(cè)吸熱系數(shù)對管壁溫度的影響相當(dāng)敏感。
但就管式空氣預(yù)熱器目前的性能來說，進一步提高煙氣側(cè)放熱
系數(shù)已很困難，降低空氣側(cè)吸熱系數(shù)又會降低傳熱性能，兩者
關(guān)系需要協(xié)調(diào)。
4 處理方法
由以上的分析可以看出，在管式空氣預(yù)熱器上解決低排煙
溫度與低溫腐蝕，低溫粘結(jié)積灰間的矛盾僅靠單一措施難以獲
得大的收效。隨著熱管技術(shù)的發(fā)展與成熟，新設(shè)計的爐型最好
采用熱管空氣預(yù)熱器。
熱管是一種較新的換熱裝置，熱管從煙氣側(cè)吸熱使內(nèi)部工
質(zhì)蒸發(fā)，在空氣側(cè)工質(zhì)冷凝放熱，熱傳導(dǎo)能力極高。其熱傳導(dǎo)
能力比鋼高幾百倍甚至上千倍。煙氣側(cè)熱管管壁與工質(zhì)問的
傳熱熱阻非常小，管壁溫度幾乎等于管內(nèi)工質(zhì)相變溫度。因
此，在排煙溫度很低的情況下，熱管空氣預(yù)熱器出現(xiàn)低溫腐蝕
與低溫粘結(jié)積灰的可能性很小，從而能較好地解決低溫腐蝕與
低溫粘結(jié)性積灰的問題。
5 結(jié)論
綜上所述，為了解決熱媒爐低溫腐蝕與積灰問題，以降低
排煙溫度，提高熱媒爐效率，可采用措施有：采用熱管空氣預(yù)熱
器；加強燃料的脫硫處理；協(xié)調(diào)好煙氣側(cè)放熱系數(shù)與空氣側(cè)吸
熱系數(shù)的關(guān)系，控制金屬壁溫；提高涂料耐磨性、耐熱耐酸性及
鋼材的耐腐蝕能力，改善材料的性能。
(上接第48頁)
R =
曰l
曰2
曰d
0．46
0．47
0．2
0．28
0．3
0．27
0．3
0．34
0．2
o．16
0．25
0．24
0．04
0．1
0．25
0．14
一級因素權(quán)重集為
A=[0．2 0．6 0．1 0．1]
于是二級模糊綜合評價結(jié)果為
= A ·屁=f0．422 0．286 0．185 0．107]
3．3 評價集的處理
設(shè)該穿越管道評判分值V：(腐蝕程度嚴重，腐蝕程度中，
腐蝕程度一般，腐蝕程度輕)
從計算結(jié)果可以看出，該管道腐蝕程度為嚴重，應(yīng)該及時
在線維修，這與實際檢修情況吻合。
參考文獻：
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Boston Kluwe Academ ic PublislleI$．1996．
作者簡介：周裕鑫(1983一)，碩士研究生，主要從事油氣管道風(fēng)險評價
及管道完整性維護方面的研究。

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05-04