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穿越输油管道腐蚀评价模型

文档作者：周裕鑫高雷骆勋国梁运枚文档来源： 1．西南石油大学 2．四川科宏石油天然气工程有限公司 3．泸州川南石油天然气公司		点击数：	更新时间： 2021年09月26日
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2008
第2期
管
Pipeline
披 水
Technique
设 备
Equipment
2008
No．2
穿越输油管道腐蚀评价模型
周裕鑫。，高 雷 ，骆勋国 ，梁运枚
(1．西南石油大学，四川成都610500；2．四川科宏石油天然气工程有限公司，四川成都610500；
3．泸州川南石油天然气公司，四川泸州646000)
摘要：随着运行时间的增加，穿越输油管道必然受到不同程度的腐蚀，如果不及时维修或更换，可发生泄漏或爆裂。
为了确定管道的腐蚀情况，提出了一种模糊评判法。根据引起穿越输油管道腐蚀失效的各个因素，建立穿越输油管道腐
蚀评价体系，对穿越输油管道进行腐蚀因素的模糊综合评判，通过实例分析，验证了该评价方法的实用性。
关键词：输油管道；腐蚀；模糊综合评判；评价
中图分类号：TE98 文献标识码：A 文章编号：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 穿越输油管道腐蚀因素分析
1．1 内腐蚀
内腐蚀是在原油中的酸性杂质与水分的共同作用下发生
的，特别是原油中的硫化物，在一些情况下可导致硫化物应力
腐蚀开裂的发生 。内腐蚀的发生使得管线内壁局部减薄，使
得管线穿孔。从1981～1990年苏联的大型油气管道穿越事故
可以看出，40％发生在河滩部分，主要是管道内壁腐蚀造成的。
但管道内壁大面积的腐蚀并不会引起管道的失效，而其局部的
点蚀、片状腐蚀以及裂纹等足引起管道内壁腐蚀失效的主要原
因。对输送介质进行脱水、脱硫和去氧，加入缓蚀剂，采取内壁
涂防腐层等措施可以减弱输送介质对管道内壁的腐蚀。
1，2 外腐蚀
外腐蚀主要由土壤腐蚀、防腐绝缘涂层失效和外防腐失效
引起。环境土壤中的含盐量、pH值、含水率与电阻率造成防腐
层的破坏，加之随着使用年限的增加导致的防腐层的自然老
化，都使得管线发生外腐蚀，特别是在阴极保护效果差时更严
重 。应对阴极保护的效果进行定期检查，并在管线环境中埋
设腐蚀片，对管线的外腐蚀状况进行分析。
1，3 应力腐蚀
由残余或外加应力导致的应变和腐蚀联合作用所产生的
材料破坏过程被称作应力腐蚀。油气管道材质的缺陷处和焊
基金项目：四川省重点学科建设资助项目(SZD0416)
收稿日期：2007—06—06 收修改稿日期：2007—10—17
接处的残余应力降低管道强度、塑性和耐蚀性能，在周围环境
腐蚀作用下，成为腐蚀源；管道内原油的流动状态的改变也将
会对管道壁造成压力波动 。
1．4 其他因素
穿越管道受到河流的长期作用，河流带动泥沙，致使河床
下切，形成对河床的冲刷，尤其是高含沙水流冲刷河床，同时应
该考虑洪峰的影响，用冲刷深度来衡量河流的携沙能力。河床
下管道埋深应在冲刷深度以下，否则管道形成裸露，受到涡激
振动作用，导致穿越段管道事故的发生。
2 模糊综合评判模型
2，1 评价指标体系的建立
评价指标体系就是影响评价对象最终评价结果的所有因
素的集合，通常用U表示，U={ ， ：，⋯， }。也就是／Z个评
价指标。
2．2 建立评价集
评价集是评价者对评价对象可能做出的各种总的评价结
果所组成的集合，一般以程度语言或评定取值区间作为评价目
标，通常可以表示为：V= ， ：，⋯， ， }。评价集为等级集合，
每个等级可以对应1个模糊子集。
2．3 进行单因素评价，建立模糊关系矩阵R
在构造了等级模糊子集后，就要逐个对被评事物 (i=1，
2，⋯ ，／Z)进行量化，也就是确定从单因素来看被评事物对各等
级模糊子集的隶属度，进而得到模糊关系矩阵 ：
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48 Pipeline Technique and Equipment Mat,
2oo8
R= (1) A-R (al，02，⋯，0 )’
矩阵 中第i行元素r 袁示某个被评事物从因素 来看，
对 等级模糊子集的隶属度。
2．4 确定评价因素的权向量A
在模糊评判中，权向量A=(。 ，。：，⋯ ，。 )中的元素。 本
质上是评价因素 对模糊子集的隶属度，因而一般用模糊方法
来确定，并且在合成之前要归一化。
2．5 模糊综合评判模型的建立
利用合适的合成算子将A与各被评事物的 合成得到各
被评事物的模糊综合评价结果向量曰．模糊综合评判的模型为
ri1 r12 ’’
r21 r22 ’’
● ● -
： ： ：
rnl Tn2 ’’
2．6 模糊综合评价结果向量分析
每个被评事物的模糊综合评价结果都表现为一个模糊向
量，它包含了更丰富的信息。工程上对评价集的处理通常用最
大隶属度原则，取与最大的评定指标maxbj相对应的评定元素
vj为评定的结果。
3 实例分析
以某穿越输油管道为例进行分析。根据穿越段管道的实
际情况建立穿越输油管道腐蚀模糊评判模型，见表1。该模型
中权重的确定采用德尔菲法(专家评分法)。
表1 穿越输油管道腐蚀模糊评价模型
3．1 一级模糊综合评判
评价对象为一级因素 评价要素为对应的二级因素，根
据表1，因素 的等级评价矩阵为
r0．5 0．3 0．2 0 1
【o．4 o．3 o．2 o．1 J
因素u，的权向量为
A1=[0．6 0．41
于是一级模糊综合评价结果为
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 二级模糊综合评判
在一级因素中进行模糊综合评价，所得结果为最终评价
值。显然，第i个因素的单因素评价向量应为二级模糊综合评
价集曰 ，故U的单因素评价矩阵为
(下转第5O页)
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Pipeline Technique and Equipment MaL 2008
3 低温腐蚀与积灰的预防
综上所述，造成热媒炉低温腐蚀和积灰问题的主要原因是
酸露点的腐蚀和同时发生的低温粘结灰。减轻低温腐蚀的措
施有：控制SO 的生成；采用抗低温腐蚀材料；提高受热面金属
壁温，防止酸蒸气结露。
3．1 控制SO3的生成
控制SO 的生成是解决低温腐蚀的主要措施，当燃料中硫
分越高所形成的SO 越多，则酸蒸气的分压力也就越大越容易
结露。表1为一些输油管道上所用燃料油的含硫量与酸的露
点值。从表1中可以看出，酸的露点随燃料硫分的增大而急剧
生高。对燃料进行脱硫处理可以大幅度地降低酸的露点。
表1 输油管道所用燃料油的含硫量与酸露点
管道名称含硫量／％ 酸露点／℃ 管道名称含硫量／％ 酸露点／℃
秦京线0．10 105．11 任京线0．18 117．10
马惠宁0．11 106．90 东黄线0．79 159．80
中洛线0．12 108．60 鲁宁线 1．17 175．20
魏荆线0．12 108．60 东临线 1．21 176．60
铁大线 ‘0．14 111．70
． 如在烟气中使用添加剂，在燃油热媒炉中加入少量添加
剂，如白云石、菱镁矿石、氯化镁水溶液等，可以吸附和中和烟
气中的SO ，以降低露点和腐蚀速度。
添加剂可与油混在一起成为浆状，由燃烧器送入，也可将
添加剂粉送入炉膛和烟气换热器。添加剂的量与燃料油中的
含量大致相当或略多些。
由于S02要在高温下进一步与氧作用才能形成sO，，所以，
过剩的氧存在是使sO 变成sO 的基本条件之一。显然过剩空
气量越大，氧含量就多，生成的sO 也越多，因此在热媒炉运行
中，应尽可能降低过剩空气量以防止空气的漏入量。因此，控
制炉膛的过剩空气系数也能达到降低酸露点的目的。
3．2 采用抗低温材料
目前，抗低温材料有耐热耐酸涂料和不锈钢。它们进一步
缓解了低温腐蚀的进行得到良好的效果。但条件恶劣的情况
下，也不能更好的解决腐蚀的发生。
3．3 控制金属壁温
虽然控制SO 生成能减轻低温腐蚀，但要求一般用户对燃
料进行预处理是不可能的；对空气过剩系数的控制也只能达到
1．1的水平；采用的受热面材料即使能抵抗酸的腐蚀，低温金属
管壁上形成的液膜与烟灰作用形成的低温粘结灰也很快会使
高效炉失去高效性。因此，控制受热面金属壁温，避免在金属
面上形成酸膜已成为目前预防腐蚀和积灰的主要考虑方向。
提高空气入口温度：采用热空气回流的方式来提高空气入
口温度，解决低温腐蚀和低温粘结积灰收效甚微。降低水蒸气
露点：采用试剂注入方式，但很难做到。改变对流换热系数：烟
气侧放系数与空气侧吸热系数对管壁温度的影响相当敏感。
但就管式空气预热器目前的性能来说，进一步提高烟气侧放热
系数已很困难，降低空气侧吸热系数又会降低传热性能，两者
关系需要协调。
4 处理方法
由以上的分析可以看出，在管式空气预热器上解决低排烟
温度与低温腐蚀，低温粘结积灰间的矛盾仅靠单一措施难以获
得大的收效。随着热管技术的发展与成熟，新设计的炉型最好
采用热管空气预热器。
热管是一种较新的换热装置，热管从烟气侧吸热使内部工
质蒸发，在空气侧工质冷凝放热，热传导能力极高。其热传导
能力比钢高几百倍甚至上千倍。烟气侧热管管壁与工质问的
传热热阻非常小，管壁温度几乎等于管内工质相变温度。因
此，在排烟温度很低的情况下，热管空气预热器出现低温腐蚀
与低温粘结积灰的可能性很小，从而能较好地解决低温腐蚀与
低温粘结性积灰的问题。
5 结论
综上所述，为了解决热媒炉低温腐蚀与积灰问题，以降低
排烟温度，提高热媒炉效率，可采用措施有：采用热管空气预热
器；加强燃料的脱硫处理；协调好烟气侧放热系数与空气侧吸
热系数的关系，控制金属壁温；提高涂料耐磨性、耐热耐酸性及
钢材的耐腐蚀能力，改善材料的性能。
(上接第48页)
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
一级因素权重集为
A=[0．2 0．6 0．1 0．1]
于是二级模糊综合评价结果为
= A ·屁=f0．422 0．286 0．185 0．107]
3．3 评价集的处理
设该穿越管道评判分值V：(腐蚀程度严重，腐蚀程度中，
腐蚀程度一般，腐蚀程度轻)
从计算结果可以看出，该管道腐蚀程度为严重，应该及时
在线维修，这与实际检修情况吻合。
参考文献：
[1] 易云兵，姚安林，李又绿，等．埋地输气管道腐蚀故障树模糊分析．
西南石油学院学报，2005，27(3)：72—75．
[2] 赵金洲，喻西崇，李长俊，等．缺陷管道适用性评价技术．北京：中
国石化出版社，2005．
[3] 聂廷哲，段常贵．天然气长输管道可靠性故障树模糊分析．油气储
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[6] NICOLET—M，ONNIER M，ICHEL，et a1．Quantitative risk assessment
of hazaraous materials transport systems rail road，pipelines and ship．
Boston Kluwe Academ ic PublislleI$．1996．
作者简介：周裕鑫(1983一)，硕士研究生，主要从事油气管道风险评价
及管道完整性维护方面的研究。

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