对腐蚀造成的管道失效的估算

摘 要：腐蚀对管道系统的可靠性和使用寿命起到关键作用，油气集输管线的失效形式主要表现为腐蚀失效。每年因腐蚀引发的事故不胜枚举，造成经济损失和人员伤亡的严重后果。本文从管道腐蚀特征入手，对管道的抗压能力和失效几率等特征进行了估算，并有针对性的提出了维修措施对腐蚀失效的影响。为管道防腐提供了必要参考和理论依据。

关键词：管道；腐蚀；失效；估算

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.11.017

1 引言

金属腐蚀是管道失效的主要原因之一。据美国国家输送安全局统计，美国45%的管道失效是由于外壁腐蚀引起的[1]，对于石油天然气行业来说，美国国家运输局的统计数据显示，有报道的17%天然气管道和27%石油管道的失效都是由于腐蚀引起的。而在加拿大的石油大省阿尔伯达，40%的管道失效都与腐蚀有关。我国的油气输送管道大多已经达到20年左右的使用年限，管道逐步进入了事故高发期。为此，对管道失效的预测显得尤为重要。

现有的处理腐蚀引起管道失效风险的方法大致有定性和定量两类：定性的方法将影响腐蚀危险的因素赋值，需要更进一步的深入研究，但是也能提供更加客观、可靠的结果。本文就是要描述估算管道腐蚀失效风险的方法和描述如何控制腐蚀。

2 管道腐蚀的特征

图1展示了典型的管道外部腐蚀的特征，经常会包含有几个相互独立的坑状腐蚀，然后慢慢发展成为连成一片的腐蚀区。

该处腐蚀由几处点蚀逐渐发展而成，我们用腐蚀长度、腐蚀深度等参数来描述腐蚀特征。腐蚀长度：定义为沿着腐蚀处沿着管道轴方向的最大长度。腐蚀深度：腐蚀处的最大深度或者轨迹处的平均深度。

3 腐蚀管线的抗压能力

腐蚀后的管道抗压能力主要取决于腐蚀点的尺寸（特别是腐蚀深度和长度）。而管道的抗压能力（R）与腐蚀的几何形态、管道的几何形态和材料的屈服强度之间有一定的函数关系。

T是管壁厚度，D是管直径，S是屈服强度，是几何因素也叫Folias数，与管子膨胀失效相关。

L是腐蚀处的长度，C是不确定因素，τ是时间。

需要注意的是抗压能力是时间的函数，而且腐蚀深度和长度都被看成是时间的函数，因为它们都随着时间而发展。

和表示腐g的深度和长度。和是腐蚀深度和长度的成长率。

（1）式是推导出的经验公式。

该图展示了上述管道腐蚀模型的计算结果（线）与挤毁实验结果（点）之间的关系，可以看出有些点在支线之外，所以我们在公式里加入了系数C来修正方程中的某些未知的因素。在图中的回归分析中，可以看出，在这里方程（1a）中的C值大致为1.38MPa。

4 因为腐蚀而造成的失效几率

因为失效原因与腐蚀尺寸的大小、腐蚀的发展程度、管材的屈服强度和腐蚀模型的误差都有关系，所以计算得到的失效时间往往不够准确。所以理论失效时间最好要结合概率才切合实际，即管材失效的概率等于管材承压能力下降到最大操作压力之下的概率，每个腐蚀引起的失效都是相对独立的，所以要求得一段一公里长的管道的失效几率，就要把每个腐蚀点的失效几率乘以一公里内腐蚀点的个数。

5 总结

本文描述了管道由于腐蚀造成的风险评估框架。这些基于失效风险的估算机制可以有以下两个优点：

（1）提升持续安全水平。设定最低安全目标并采取相应的行动，可以提升整个管道系统的安全性。（2） 提供合理的决策思路。本文提供判断失效的理由可以为谨慎决策提供有益的参考。

参考文献：

[1]俞蓉蓉.地下金属管道的腐蚀与防护[M].石油工业出版社，1998.