多相流动环境中管线钢内腐蚀失效研究进展

油气多相混输工艺具有输送效率高、经济效益好等诸多优势,但是多相混输管材料腐蚀失效问题严重影响工艺的可靠性。总结了多相流动过程中冲刷和空化作用、流动腐蚀作用对管线钢内腐蚀行为的影响;分析了腐蚀性气体、采出液成分及微生物作用在混输管路服役环境中的腐蚀机理。混输管路的内腐蚀失效主要是机械冲蚀与环境腐蚀耦合作用的结果,在不同工况下的致蚀机理有所不同。针对混输管路混输管道内腐蚀机理的研究有助于制定高效防腐措施,提升工艺整体安全性。     

长输管道工艺站场埋地管线腐蚀分析

当前,长输管道工艺站场埋地管线腐蚀穿孔现象已经对整个工艺站场埋地管道安全运行造成了严重威胁。而这场埋地管道的腐蚀现象主要是由于设计、施工以及管理等各个方面因素综合影响下形成。长输管道工艺站场埋地管线在社会发展过程中发挥出了非常重要的作用,因此必须要对其腐蚀情况进行深入分析,在此基础上,提出相应的解决措施,这样才能充分保证长输管道工艺站场埋地管线实现安全运行。     

改进BP算法的腐蚀管道剩余强度预测

利用人工神经网络所具有的高度非线性映射功能,对现役长输油气腐蚀管道失效压力进行预测,并综合分析了管径、壁厚、屈服强度、环向腐蚀速率、径向腐蚀速率、缺陷长度及蚀坑深度对腐蚀管道失效压力的影响。为了验证人工神经网络具有很好的通用性,通过选择6种不同管径的腐蚀管道样本训练集交叉对网络进行训练,并利用训练好的网络进行预测。结果表明,人工神经网络在满足工程需要的前提下,是一个比较准确、疗便的数学模型。     

基于电化学原理的油气长输管道点腐蚀速率计算模型的确立及应用

阐述了油气长输管道点腐蚀速率计算模型的建模过程,运用该模型对某在役输油管道的腐蚀剩余寿命进行了分析,分析结果与现场实际相符,表明采用该模型可以对油气长输管道的点腐蚀状况及其剩余寿命进行评估。     

含CO2油气管道内腐蚀模拟及剩余寿命预测

目的通过对含CO_2油气管道的内腐蚀状况进行仿真和实验研究,得出管道的内腐蚀规律和剩余使用寿命。方法以渤西海域某一管道的实际工况为基础,采用OLGA软件并选择De Waard95模型对CO_2腐蚀速率的影响因素进行仿真分析。采用失重实验研究了温度和CO_2分压对X52级管道钢腐蚀速率的影响,在仿真数据的基础上对腐蚀管道的剩余寿命进行预测。结果仿真结果表明,管道沿线的温度、压力、持液率、流型及pH值对CO_2腐蚀程度的影响都很大。实验发现,CO_2腐蚀速率随温度的升高呈先增后降的趋势,且在温度为333 K时达到最大值,为0.22 mm/a。随着CO_2分压的升高,腐蚀速率呈上升趋势,最大值为0.24 mm/a。结论随着管道高程和里程的不同,不同因素对CO_2腐蚀有不同程度的影响,管道入口段的腐蚀速率最大,仿真和实验结果对管道的内腐蚀防护和剩余寿命预测有一定的参考价值。     

基于CART的长输管道腐蚀速率计算方法

管道腐蚀速率评估是管道完整性管理的重要部分,为了得到比较准确的管道腐蚀速率,利用连续两轮内检测(ILI)的数据计算管道局部腐蚀速率,以局部腐蚀速率为依据,采用分类与回归树(CART)将管道划分为若干管段,通过对管段腐蚀速率的评估,建立管道腐蚀速率计算模型,并结合工程实例,比较分析了局部腐蚀速率、管段最大腐蚀速率、管线最大腐蚀速率对制定维修计划的影响。结果表明：该模型确定了腐蚀最严重的管段为1、6、12、25、38号管段,便于业主对这些管段进行重点监测和维护,并检查相关防腐蚀设施的有效性;基于CART管道划分的管段最大腐蚀速率方法最适用于作为管道评估腐蚀速率,该方法在确保管道安全的前提下,既能很好地表征各管段的腐蚀速率,又能防止管道的过度维修。     

机器学习算法在混输管道内腐蚀预测的应用

基于内腐蚀直接评价理念中的腐蚀分析方法，结合管道内检测结果，采用线性回归以及神经网络算法，分析不同因素对腐蚀的实际影响效果。分析过程中，对管道腐蚀缺陷进行了统计分析，研究了缺陷深度符合指数分布。为更好的预测分析管道腐蚀程度，筛选了腐蚀缺陷作为拟合数据。基于学习出的拟合公式，预测了管道在未来不同工艺条件下的腐蚀趋势。经计算，两种算法预测结果基本一致。按照该算法，能够实时根据管道运行工艺参数预测未来腐蚀程度。     

基于IFA-BPNN的长输管道外腐蚀速率预测

目的 构建陆地长输管道外腐蚀速率的预测模型,提升管道外腐蚀速率预测的精度,对长输管道外腐蚀状态进行准确把控.方法 深入解析了萤火虫算法(FA)的工作原理,针对FA易出现陷入局部最优或因控制参数设置不合适而导致函数无法收敛等问题,提出了FA的改进方案:采用Logistics混沌映射的方法初始化萤火虫的位置,提升萤火虫种群的所养性;引入一种新的惯性权重计算方法来改进萤火虫位置移动公式,提升FA全局寻优能力.利用改进的萤火虫算法(IFA)对误差反向传播神经网络(BPNN)初始权值和阈值进行优化,建立基于IFA-BPNN的长输管道外腐蚀速率预测模型.以111组长输管道外腐蚀检测数据为例,在MATLAB中进行模拟仿真计算,使用粒子群算法优化的BPNN(PSO-BPNN)、遗传算法优化的BPNN(GA-BPNN)以及未进行优化的BPNN作为对比模型进行对比分析.结果 使用IFA优化BPNN,大幅提升了BPNN模型的预测精度.使用IFA-BPNN模型预测12组管道腐蚀速率,平均相对误差仅为5.94％,预测结果的R2为0.99595,均优于BPNN、PSO-BPNN以及GA-BPNN模型的预测结果.结论 IFA-BPNN作为预测管道腐蚀速率工具具有较好的预测精度和鲁棒性.     

长输管道防腐层优化设计及应用技术探讨

防腐层缺陷造成管道加速腐蚀,防腐设计是长输管道建设重要内容.分析环氧粉末、聚烯烃和三层聚乙烯防腐层的优缺点,总结3LPE防腐层在制管工艺、涂装工艺、管材缺陷、热收缩带补口、内涂层失效、弯管防腐和施工质量的技术现状和瓶颈问题.提出了长输管道防腐层选型和优化设计的原则要素,旨在提高管道安全管理水平、保障管道可靠运行.     

沼泽环境下20钢输氢气管道失效分析

针对某20钢输氢管道在大庆地区沼泽环境服役过程中的管道外表面开裂问题,采用化学成分分析、体式显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等方法对管道腐蚀进行了分析。结果表明:输氢管道外表面的机械损伤在服役环境存在的应力和腐蚀介质协同作用下,使得损伤区域产生微裂纹并逐步扩展,导致管道发生腐蚀失效。因此,对于管道不仅要改进管道本身的防腐工艺,还要针对管道本身服役环境,采用相应的防腐措施。     

吉林油田矿场条件下 CO2 腐蚀模拟装置的建立及实验研究

目的建立一种全尺寸腐蚀模拟放大试验装置。方法针对CO2驱油现场的实际情况,综合考虑影响CO2驱油腐蚀的各个因素,设计并研制更有效的高温高压CO2腐蚀模拟试验装置。对该装置开展模拟CO2腐蚀环境下,多种材料腐蚀特征及缓蚀剂防腐性能的实验研究,并将评价数据与室内高压釜实验、现场腐蚀监测的数据进行对比分析。结果该装置可实现液态CO2流量0~0.9 m3/h、温度-25~120℃、最高压力32 MPa下各种矿场腐蚀环境的模拟,能够模拟常规室内研究设备无法模拟的低温-高温高压条件下的多相流动状态,与现场流态更为接近,模拟结果可有效指导CO2驱油与埋存工程防腐工艺的制定。结论表面矿场条件下的CO2腐蚀模拟数据接近矿场实际腐蚀监测数据,实现了井筒、地面设备管道材料和防腐工艺技术的矿场模拟评价。     

一种海底管道多相流内腐蚀直接评价的方法

提出了一种适用于海上油田海底管道多相流内腐蚀直接评价(ICDA)方法;基于海底管道基础数据、生产工况以及油气水检测数据,对介质流态的热力学、动力学和水力学影响因子进行分析,评估海管内腐蚀发生的位置及最大局部腐蚀速率;将南海多条海管的直接检测数据与ICDA结果进行对比。结果表明:ICDA评估方法能够准确地反映海管实际内腐蚀状况,为不能采用智能通球FML内检测的海管提供了一种有效的内腐蚀评估方法。     

多相流管线内腐蚀直接评价方法在国内的现场应用

目的 通过研究美国腐蚀工程师协会（NACE）于2016年提出的适用于多相流管线的内腐蚀直接评价标准SP0116-Multiphase flow internal corrosion direct assessment methodology for pipelines（以下简称MP-ICDA）,探究该评价方法在国内的现场应用步骤,为国内内腐蚀直接评价方法提供参考。方法 以我国东海某海底管线的实际运行工况为基础,建立Norsok M506内腐蚀预测模型,利用流体动力学理论,模拟分析管线内腐蚀状况,结合评价标准的预评价、间接检测、详细检查及后评估四个步骤进行内腐蚀直接评价。结果 管线整体内腐蚀速率超过0.25 mm/a,腐蚀程度较严重。管道1.5~2.5 km低洼处及两侧立管处腐蚀速率明显增大,其腐蚀高危点与段塞流动状态、高持液率等流动参数有关。现场在线检测数据与模型预测结果基本一致,由此证明了模型的可靠性。根据腐蚀程度等级及标准规定的内腐蚀再次评估周期,确定管线再评估时间间隔为1年。结论 ICDA能够准确预测管线内腐蚀状态与风险大小,为无法实施内检测的管线提供了有效的内腐蚀评估方法,其对预测多相流管道腐蚀发生的位置与风险等级具有一定的指导作用与借鉴意义。流体的动力学参数对腐蚀速率影响较大,应用MP-ICDA方法时应选取合适的内腐蚀预测模型及管线运行参数。在海底管线正常运行期间,可对ICDA的结果进行多次循环校核,从而提高腐蚀预测的准确程度。     

多相流动状态下缓蚀剂对X70钢CO2腐蚀的影响

目的 研究在多相流动状态,尤其是段塞流动条件下,各种浓度的不同缓蚀剂对X70钢腐蚀的影响.方法 采用自制实验装置模拟起伏管路段塞流动条件,通过电子显微镜、挂片失重等方法,对挂片表面形貌、腐蚀速率进行分析,数值仿真了多相流动状态下缓蚀剂乙二醇对X70钢CO2腐蚀速率的影响.结果 自制实验装置的挂片表面形貌、挂片失重速度与真实环道实验相似.实验用缓蚀剂的质量浓度超过35 mg/L后,均匀腐蚀缓蚀效率提升明显,继续提高缓蚀剂的浓度,均匀腐蚀缓蚀效率变化不大.多相流动条件下,缓蚀剂对局部腐蚀的缓蚀效果不明显.仿真用缓蚀剂乙二醇的质量浓度达到250 mg/L后,缓蚀效率变化与实验结果类似.结论 自制实验装置可以模拟起伏管路内气液两相流动状态,实验结果可靠.缓蚀剂的最佳缓蚀效率存在临界浓度,小于临界值时,对挂片的缓蚀作用甚微,超过临界浓度时对挂片表面的腐蚀速率影响不大.段塞流动状态下,缓蚀剂的缓蚀作用仅针对挂片均匀腐蚀,对局部腐蚀影响不大,甚至会促进局部腐蚀的发展.     

常用集输管线钢在CO_2多相流中的腐蚀行为

用高温高压釜考察了动态条件下温度、CO2分压和油水比等因素对X65、Q235B、16Mn三种钢的CO2腐蚀行为的影响;用扫描电镜对腐蚀试样进行了表面形貌观察,对腐蚀产物进行了能谱分析与X射线衍射分析。结果表明,钢在CO2多相流腐蚀介质中的耐蚀顺序为:16Mn,Q235B,X65。随着含水量、压力的增加,三种钢的腐蚀速率增加;随着温度的升高,钢的腐蚀速率先升高,60℃时最大,90℃时腐蚀速率最小。     

天然气集输管道积液对有机胺缓蚀性能的影响

采用室内动态循环多相流高温高压釜模拟气田集输管线的服役环境,在流速5m/s,有无积液存在条件下进行腐蚀试验、电化学试验和接触角测量,研究了积液对于有机胺缓蚀剂缓蚀性能的影响。结果表明:积液的存在使管材的腐蚀速率增大,相对降低了有机胺缓蚀剂的缓蚀率,且加大了试样发生点蚀的概率。建议合理设计各设施的位置、管线的走向和适当的监测,尽量减少管道的落差,从而减少管道中的积液的形成,同时使用具有一定抗冲刷能力的缓蚀剂。     

多相流动状态下温度对X70钢CO2腐蚀的影响

目的提高多相流动状态下温度对X70钢CO2腐蚀机理的认识。方法采用自制实验装置和挂片实验,模拟起伏管路段塞流动条件下X70钢的CO2腐蚀状态,通过电子显微镜和电化学在线监测等手段对试样表面形貌、腐蚀速率以及在线腐蚀情况进行观察和分析,侧重研究多相流动状态下温度对X70钢CO2腐蚀速率的影响。结果当温度达到90~98℃时,由于腐蚀产物膜的影响,CO2分压对腐蚀速度影响甚微,腐蚀速度降至较低水平。当温度在60~80℃之间时,腐蚀挂片表面的腐蚀状态不稳定,出现局部腐蚀或均匀腐蚀,当CO2分压较低时(如0.15 MPa),易形成均匀腐蚀;当CO2分压较高时(如0.6 MPa),易形成局部腐蚀。当温度在40~80℃之间时,随着CO2分压的增加,腐蚀速率达到最高值的温度越来越高,腐蚀速率达到最高值的温度范围一般保持在40~80℃之间。结论温度对X70钢CO2腐蚀的影响与CO2分压密切相关,相同温度下,随着CO2分压的增加,腐蚀速率增大,相应的腐蚀速率达到最高值的温度也越来越高;孤立地说某一温度值下,CO2腐蚀速率达到最高值这一说法不准确。     

动态环道腐蚀评价系统在某油田海底管道流速研究中的应用

采用动态环道腐蚀评价装置FlowLoop对某油田某海底管道不同流量及油水分离前后的腐蚀状况进行了模拟研究,研究表明：空白体系中,随着流速增大,挂片腐蚀速率整体趋于增大,在1．5m／s时腐蚀速率最低;在各流速条件下,垂直管道挂片腐蚀速率均大于水平管道;添加缓蚀剂后,腐蚀得到不同程度的抑制,1．5m/s流速下缓蚀剂缓蚀率为88％左右,2．5m／s流速下缓蚀率为60％左右。     

基于多相流原理的旋风法管道防腐技术应用

介绍了基于湍流粒子运动的管道内壁除锈和基于多相流的涂料喷涂的技术原理,计算得出旋风法的单次处理长度和其他主要工艺参数的适用范围,并以国内某核电站饮用水管道系统旋风法除锈为例,详细介绍了施工过程、设备组成、除锈工艺和处理效果。结果表明:基于多相流原理的旋风法管道防腐技术可以有效解决管道内壁的腐蚀问题,延长管道使用寿命。     

Prediction models for multiphase-flow-induced corrosion of API X80 steel in CO2/H2S environment

In the offshore oil and gas industry, mainly focusing on the use of rigid or flexible pipes of subsea infrastructure applied to risers or flowlines, one of the greatest difficulties is the interpretation of the combined effects of the various correlated phenomena (hydrodynamic effects of intermittent flow, the effects of corrosivity of the environment in addition to variations in pressure, temperature, and dynamic loading). On the basis of this scenario, defining the degree of severity of each of the correlated system variables becomes of fundamental importance for establishing reliable criteria for selecting materials for subsea application. The established flow pattern directly affects the corrosion rate (or the pipe material mass loss), but the balance of other variables including possible changes in the physical and transported fluid chemical properties may increase the damage up to an order of magnitude, which is a piece of information normally not foreseen in design criteria. Therefore, to improve the understanding of the corrosion study influenced by multiphase flow, a testing loop was designed and assembled at the Corrosion and Protection Laboratory of the Institute for Technological Research, in which API X80 steel coupons were positioned in locations with a 0° and 45° inclinations. Tests were conducted by varying the partial pressure of the gaseous phase containing blends of CO₂ and H₂S with N₂ balance, mixed with the liquid phase containing light oil and heavy oil in water with salinity (NaCl)-simulating oil well conditions with 80% water cut. The main objective of this study is to establish models that can predict the corrosion intensity in conditions close to those obtained experimentally. To achieve results, the multiple regression and Box–Cox transformation methods were applied. These models will make possible damage prediction and optimization of matrix parameters for the multiphase-loop test.