一种低压输气管道内腐蚀评价系统及方法

1.本发明涉及天然气管道内腐蚀评价技术领域。


背景技术：

2.为了保证输气管道的安全运行，在役管道腐蚀和正在建设管道的安全管理和维护显得越来越重要，由于大部分输气管道内腐蚀造成的泄露和失效事故不易发现，导致管线在运行时存在较大的风险，并且管道内腐蚀发生的事故给企业和从业人员带来了巨大的财产损失和人身安全损害。
3.现有技术中，对输气管道的内腐蚀评价方法国际上一般采用美国腐蚀工程协会nace提出的sp0206-2016、sp0110-2018和sp0116-2016三个技术标准。但是我国没有关于输气管道的评价技术标准。由于国内外管道输送介质和工艺上的差异性，导致美国腐蚀工程师协会nace标准并不适用于国内的油气田集输管道，存在两个技术缺陷：(1)nace的icda技术只考虑管道临界倾角的大小，导致判定管段易腐蚀位置的精确度较低。(2)nace的icda技术评价天然气管道腐蚀趋势时，并未考虑输气管道内腐蚀的本质和冲刷腐蚀的影响，这就导致nace技术标准的预测缺乏科学性和准确性。
4.现有2011年08月17日公开的专利文献cn102156089a，提供了一种埋地管道内腐蚀评价方法，所述评价方法包括4个步骤：预评价、间接评价、直接检验和后评价。其中，预评价的作用是收集管道历史和当前输送数据，以确定评估区；间接评价也称为间接检测，主要采用瞬变电磁检测方法、超声导波检测方法或者超声波检测方法进行管体金属损失量检测，从而识别管道可能发生内腐蚀的位置；直接检测为对管道可能发生内腐蚀的位置进行开挖，并利用腐蚀检测工具进行检测；后评价的目的是评价该直接评价方法的有效性以及确定再评价的间隔时间。但是间接检测采用的技术手段为常规的直接检测方法，这种检测方法，容易受到外界干扰，并且实际的管道情况比较复杂，会造成检测准确率低，且检测成本也会增加，更重要的是有些管道需要内检测装置才能实现检测，所以使用常规检测方法无法得到准确的管道腐蚀情况。


技术实现要素：

5.本发明解决现有管道内腐蚀评价方法对于管道腐蚀的影响因素预测不全，且预测评估准确性低的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供一种低压输气管道内腐蚀评价方法，所述评价方法包括预评价步骤、间接评价步骤、详细检查步骤和后评价步骤；
8.所述预评价步骤为：
9.对所述低压输气管道的初始信息进行处理，获取管道基础数据、管道运行数据和管道路由数据；
10.所述间接评价步骤为：
11.s1、根据所述管道基础数据和管道运行数据，获得管道易腐蚀位置的临界倾角；
12.s2、根据所述管道基础数据和管道路由数据，获得管道易腐蚀位置的实际倾角；
13.s3、根据所述易腐蚀位置的临界倾角和实际倾角，获得易腐蚀位置；
14.s4、对所述易腐蚀位置进行数值模拟分析，获得易腐蚀位置的分析数据和管道内腐蚀影响因素；
15.s5、根据所述易腐蚀位置的分析数据，获得冲蚀腐蚀模型；
16.s6、根据所述冲蚀腐蚀模型和所述管道内腐蚀影响因素，对易腐蚀位置进行风险排序，获得管道的易腐蚀位置排序图；
17.所述详细检查步骤为：
18.根据所述管道的易腐蚀位置排序图，对易腐蚀位置进行现场处理，并采集管道剩余壁厚，获得管道剩余壁厚数据；
19.所述后评价步骤为：
20.a1、采用管道寿命剩余公式对所述管道壁厚数据进行分析处理，获得管道剩余寿命数据；
21.a2、根据所述管道寿命数据，获得管道评价周期。
22.进一步，还有一种优选实施例，上述管道基础数据包括管道的管径、壁厚、长度、材料、所属的地理位置、内腐蚀层数和管道内介质的成分；
23.所述管道运行数据包括管道的管线输气量、运行压力、运行温度和输量数据；
24.所述管道路由数据包括管道全线的埋深数据和高程变化数据。
25.进一步，还有一种优选实施例，上述管道内介质的成分包括co2的分压和h2s的含量。
26.进一步，还有一种优选实施例，上述易腐蚀位置的分析数据包括弯管位置的压力、壁面剪切力和流速变化数据；
27.所述管道内腐蚀影响因素包括主要腐蚀因素和冲刷腐蚀因素。
28.进一步，还有一种优选实施例，上述冲蚀腐蚀模型为：
[0029][0030]
其中，r
erosion
为冲蚀率，m
p
为颗粒质量流量，c(d
p
)为颗粒直径的函数，fα)为冲击角的函数，为颗粒相对壁面的速度函数，a
face
为颗粒冲击壁面的面积。
[0031]
进一步，还有一种优选实施例，上述管道剩余壁厚是采用超声波仪器测量获得的。
[0032]
进一步，还有一种优选实施例，上述管道剩余公式为：
[0033][0034]
s＝s
d-sc；
[0035]
sc＝vr×
t；
[0036]
其中，r
t
为剩余寿命，s为腐蚀余量，vr为评价腐蚀速率，sd为管道设计壁厚，sc为管道已腐蚀壁厚，t为管道投入使用年限。
[0037]
本发明所述的上述低压输气管道内腐蚀评价方法可以全部采用计算机软件实现，因此，对应的本发明还提供一种低压输气管道内腐蚀评价系统，所述评价系统包括预评价
单元、间接评价单元、详细检查单元和后评价单元；
[0038]
所述预评价单元为：
[0039]
用于对所述低压输气管道的初始信息进行处理，获取管道的基础数据、管道运行数据和管道路由数据的存储装置；
[0040]
所述间接评价单元为：
[0041]
用于根据所述管道基础数据和管道运行数据，获得管道易腐蚀位置的临界倾角的存储装置；
[0042]
用于根据所述管道基础数据和管道路由数据，获得管道易腐蚀位置的实际倾角的存储装置；
[0043]
用于根据所述易腐蚀位置的临界倾角和实际倾角，获得易腐蚀位置的存储装置；
[0044]
用于对所述易腐蚀位置进行数值模拟分析，获得易腐蚀位置的分析数据和管道内腐蚀影响因素的存储装置；
[0045]
用于根据所述易腐蚀位置的分析数据，获得冲蚀腐蚀模型的存储装置；
[0046]
用于根据所述冲蚀腐蚀模型和所述管道内腐蚀影响因素，对易腐蚀位置进行风险排序，获得管道的易腐蚀位置排序图的存储装置；
[0047]
详细检查单元为：
[0048]
用于根据所述管道的易腐蚀位置排序图，对易腐蚀位置进行现场处理，并采集管道剩余壁厚，获得管道壁厚数据的存储装置；
[0049]
所述后评价单元为：
[0050]
用于采用管道寿命剩余公式对所述管道壁厚数据进行分析处理，获得管道剩余寿命数据的存储装置；
[0051]
用于根据所述管道寿命数据，获得管道评价周期的存储装置。
[0052]
本发明提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述任意一项所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法。
[0053]
本发明提供一种计算机设备，该设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行上述任意一项所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法。
[0054]
本发明具有的有益效果为：
[0055]
1、本发明提供一种低压输气管道内腐蚀评价方法，采用管道全线的运行数据获得临界倾角，进而通过数值模拟的方法确定管道易腐蚀位置，使得获得的管道易腐蚀位置准确性高，对实际的低压输气管道具有实际的指导意义。
[0056]
2、本发明提供一种低压输气管道内腐蚀评价方法，通过对主要腐蚀和冲刷腐蚀两种影响因素对易腐蚀位置进行风险排序，可以根据不同的易腐蚀位置进行不同手段的监测，并且对管道剩余寿命进行预测，得到管道评价周期，够减少突发事故带来的人员和设施的经济损失，保证生产安全。
[0057]
3、现有一种埋地管道内腐蚀评价方法，间接检测步骤采用的为常规的直接检测方法，这种检测方法，容易受到外界干扰，并且实际的管道情况比较复杂，会造成检测准确率低，且检测成本也会增加，更重要的是有些管道需要内检测装置才能实现检测，所以使用常
规检测方法无法得到准确的管道腐蚀情况。本发明提供一种低压输气管道内腐蚀评价方法，根据管道的基础数据、运行数据和路由数据获得易腐蚀位置，同时对所述易腐蚀位置进行分析，得到管道内的腐蚀影响因素，并建立不同管道倾角下的冲蚀腐蚀模型，分析在管道特殊位置的剪切应力、压力、流速的大小和分布变化，确认管道易腐蚀位置的发生和腐蚀程度，再结合主要腐蚀和冲刷腐蚀两种影响因素，对管道全线进行高风险位置预测，更加准确的获得腐蚀发生位置，建立管道高风险位置排序图，使得管道检测的人力和成本大大减少，而且全面考虑到对管道产生腐蚀的影响因素，获得更加精准的数据结果，同时，针对其他不同的管道工况，也能实现管道的检测与分析。
[0058]
本发明适用于管道内的腐蚀评价，尤其是低压和无接发球装置的管道。
附图说明
[0059]
图1是实施方式一所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法的流程图；
[0060]
图2是实施方式八所述的管道基础数据表；
[0061]
图3是实施方式八所述的管道运行数据表；
[0062]
图4是实施方式八所述的管道内介质的成分表；
[0063]
图5是实施方式八所述的管道全线的埋深和高程变化图；
[0064]
图6是实施方式八所述的易腐蚀位置分布图；
[0065]
图7是实施方式八所述的易腐蚀位置数值分析模拟图；
[0066]
图8是实施方式八所述的管道的易腐蚀位置排序图；
[0067]
图9(a)是实施方式八所述的超声波测量仪对管道壁厚的平行管段测量示意图；
[0068]
图9(b)是实施方式八所述的超声波测量仪对管道壁厚的环带测量示意图。
具体实施方式
[0069]
实施方式一.参见图1说明本实施方式，本实施方式提供一种低压输气管道内腐蚀评价方法，所述评价方法包括预评价步骤、间接评价步骤、详细检查步骤和后评价步骤；
[0070]
所述预评价步骤为：
[0071]
对所述低压输气管道的初始信息进行处理，获取管道基础数据、管道运行数据和管道路由数据；
[0072]
所述间接评价步骤为：
[0073]
s1、根据所述管道基础数据和管道运行数据，获得管道易腐蚀位置的临界倾角；
[0074]
s2、根据所述管道基础数据和管道路由数据，获得管道易腐蚀位置的实际倾角；
[0075]
s3、根据所述易腐蚀位置的临界倾角和实际倾角，获得易腐蚀位置；
[0076]
s4、对所述易腐蚀位置进行数值模拟分析，获得易腐蚀位置的分析数据和管道内腐蚀影响因素；
[0077]
s5、根据所述易腐蚀位置的分析数据，获得冲蚀腐蚀模型；
[0078]
s6、根据所述冲蚀腐蚀模型和所述管道内腐蚀影响因素，对易腐蚀位置进行风险排序，获得管道的易腐蚀位置排序图；
[0079]
所述详细检查步骤为：
[0080]
根据所述管道的易腐蚀位置排序图，对易腐蚀位置进行现场处理，并采集管道剩
余壁厚，获得管道剩余壁厚数据；
[0081]
所述后评价步骤为：
[0082]
a1、采用管道寿命剩余公式对所述管道壁厚数据进行分析处理，获得管道剩余寿命数据；
[0083]
a2、根据所述管道寿命数据，获得管道评价周期。
[0084]
本实施方式在实际应用时，低压输气管道内腐蚀评价方法包括四个步骤，分别为：预评价步骤、间接评价步骤、详细检查步骤和后评价步骤。预评价步骤为：采用数据归纳法对低压输气管道的初始信息进行处理，获取管道基础数据，管道基础数据包括包括管道的管径、壁厚、长度、材料、所属的地理位置、内腐蚀层数和管道内介质的成分；获取管道运行数据，所述管道运行数据包括管道的管线输气量、运行压力、运行温度和输量数据；获取管道路由数据，所述管道路由数据包括管道全线的埋深数据和高程变化数据。间接评价步骤为：首先获取易腐蚀位置的临界倾角和实际倾角，根据临界倾角和实际倾角获得易腐蚀位置，然后对易腐蚀位置进行数值模拟分析和易腐蚀位置的风险排序；具体为：根据管道基础数据和管道运行数据，并结合nacesp-0206-2016提出的临界倾角获取公式，获得易腐蚀位置的临界倾角，临界倾角获取公式为：
[0085][0086]
其中，压缩因子z为计算气体的密度，p为气体压力，v是气体的体积，r是常数，t是气体温度，对于气体标准状态，z通常为0.83。
[0087]
获取气体密度公式为：
[0088][0089]
其中，mw为气体摩尔质量，单位为g/mol，p为管道内压力，单位为mpa,r为理想气体常数，为8.134j/(mol
·
k)，t为温度，单位为k。
[0090]
操作压力下的流速公式为：
[0091][0092]
其中，flow rate为操作压力下的流速，stp为标准流量，t stp
为标准大气压下温度，z为压缩因子，p stp
为标准大气压下的压力。
[0093]
表观气体速度公式为：
[0094][0095]
根据上述公式，临界倾角为：
[0096][0097]
根据管道基础数据和管道路由数据，获得管道易腐蚀位置的实际倾角，具体为：结合输气管道全线的高程和里程数据，获取全线管道的实际倾角，公式为：
[0098][0099]
根据所述易腐蚀位置的临界倾角和实际倾角，获得易腐蚀位置。运用fluent对易
腐蚀位置进行数值模拟，分析其在弯管位置的压力、壁面剪切力和流速的变化情况，精准预测易腐蚀位置，从模拟分析数据的分析压力云图中获得，气体在经过弯管处时，弯管段外侧的压力比管段内侧大，当流体经过弯管时，由于管道角度的变化，流体的流动方向也会随之变化，并且沿横截面积方向会产生一个更大的离心力，离心力一部分转化成管道内壁的眼里，导致弯管外侧压力大于内侧。从模拟分析数据中的分析壁面剪切力云图中获得，气体经过弯管处时，由于弯管内侧产生较大的壁面剪切力，且方向与流速方向相反，与重力方向一直，导致液体聚集，并且随着管道倾角的增大，壁面剪切力也随着增大，液体聚集的趋势增加，腐蚀几率增大。分析弯管内z＝0截面弯头位置的流速分布云图可以看出，弯管内侧及接近出口的外壁处流速相对于其他区域比较大，当流体流过弯管是，弯头相对于水平管段的结构发生了变化，流体通过的通道变小，在弯头内侧流体的速度会加快。由于流体本身具有粘性这一特性，在管壁位置会形成流体边界层，当流速增大到一定程度时，管壁位置的速度梯度也会随之增大，从而导致壁面的剪切力变大。根据易腐蚀位置的分析数据从而验证易腐蚀位置的准确性，同时还获得管道内腐蚀影响因素。根据易腐蚀位置的模拟分析数据和管道内腐蚀影响因素对易腐蚀位置进行风险排序。具体为：管道内腐蚀影响因素包括主要腐蚀因素和冲刷腐蚀因素，根据易腐蚀位置的模拟分析数据和管道内腐蚀影响因素分别对主要腐蚀因素和冲刷腐蚀因数进行分析，有效的确认了管道腐蚀的影响因素，冲刷因素分析：采用fluent模拟带水的输气管道特殊位置的流场和磨损情况，通过三维绘图建模软件catia完成几何建模，采用三维直角坐标系将管道特殊位置进行建模。特殊位置通常是指由管线高程变化而产生的弯管位置。网格划分将建好的模型导入ansys 18.2icem cfd软件中，并完成结构化网格划分；理论模型输气管道输送介质除天然气外，还含有一定量的液态水滴，针对这种介质中气液共存的情况，其连续方程如下:
[0100][0101]
湍流模型采用k-ε模型，k-ε方程如下：
[0102][0103][0104]
其中，gk为速度影响引起的湍动能产生，gb为浮力影响引起的湍动能产生，ym为湍流动能对损耗率的影响；c
1ε
＝1.44 c
3ε
＝0.09 σk＝1.0 σ
ε
＝1.3，冲蚀速率计算公式为：
[0105][0106]
其中，r
erosion
为冲蚀率，m
p
为颗粒质量流量；c(d
p
)为颗粒直径的函数，设定为常数1.8
×
e-9，f(α)为冲击角的函数，a
face
为颗粒冲击壁面的面积。
[0107]
确定好全线的易腐蚀位置之后，按照里程顺序进行风险排序，获得管道的易腐蚀位置排序图。然后根据管道的易腐蚀位置排序图进行详细检查步骤，最终获得剩余管道壁厚数据。根据剩余管道壁厚数据进行后评价步骤：根据标准sy/t 087.2-2012中管道检测腐蚀深度以及介质腐蚀性评价标准进行相应的分级评价。对管道剩余寿命进行预测，管道的剩余寿命的计算公式如下：
[0108][0109]
s＝s
d-s
t
；
[0110]
sc＝vr×
t；
[0111]
其中，r
t
为剩余寿命，s为腐蚀余量，vr为评价腐蚀速率，sd为管道设计壁厚，sc为管道已腐蚀壁厚，t为管道投入使用年限。
[0112]
本实施方式提供一种低压输气管道内腐蚀评价方法，采用管道全线的运行数据获得临界倾角，进而通过数值模拟的方法确定管道易腐蚀位置，使得获得的管道易腐蚀位置准确性高，对实际的低压输气管道具有实际的指导意义。
[0113]
本实施方式提供一种低压输气管道内腐蚀评价方法，通过对主要腐蚀和冲刷腐蚀两种影响因素对易腐蚀位置进行风险排序，可以根据不同的易腐蚀位置进行不同手段的监测，并且对管道剩余寿命进行预测，得到管道评价周期，够减少突发事故带来的人员和设施的经济损失，保证生产安全。
[0114]
本实施方式提供一种低压输气管道内腐蚀评价方法是一套完整的适用于低压管线的内腐蚀评价方法，提高了输气管道安全运行管理和技术水平，能够减少突发事故带来的人员和设施的经济损失，保证生产安全；能够有效降低管道的检测成本，并且准确检测管道运行的实际受损程度，延长了管道的使用寿命，减少企业不必要的更换管道的经济损失，提高了管道运行的可靠性和经济性。
[0115]
实施方式二.本实施方式是对实施方式一所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法中预评价步骤的管道基础数据、管道运行数据和管道路由数据作举例说明，所述管道基础数据包括管道的管径、壁厚、长度、材料、所属的地理位置、内腐蚀层数和管道内介质的成分；
[0116]
所述管道运行数据包括管道的管线输气量、运行压力、运行温度和输量数据；
[0117]
所述管道路由数据包括管道全线的埋深数据和高程变化数据。
[0118]
本实施方式在实际应用时，对低压输气管道的初始信息进行处理，获得管道的管径、壁厚、长度、材料、所属的地理位置、内腐蚀层数和管道内介质的成分；管道的管线输气量、运行压力、运行温度和输量数据；管道全线的埋深数据和高程变化数据。根据上述数据获得的管道易腐蚀位置和管道剩余寿命具有科学性和真实性，对实际的低压输气管道的评价具有指导意义。
[0119]
实施方式三.本实施方式是对实施方式二所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法中的管道内介质的成分作举例说明，所述管道内介质的成分包括co2的分压和h2s的含量。
[0120]
实施方式四.本实施方式是对实施方式一所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法中的步骤s4中易腐蚀位置的分析数据和管道内腐蚀影响因素作举例说明，所述易腐蚀位置的分析数据包括弯管位置的压力、壁面剪切力和流速变化数据；
[0121]
所述管道内腐蚀影响因素包括主要腐蚀因素和冲刷腐蚀因素。
[0122]
本实施方式在实际应用时，根据弯管位置的压力、壁面剪切力和流速变化数据，可以精确预测出易腐蚀位置。通过对主要腐蚀因素和冲刷腐蚀两种影响因素对管道的影响分析，有效的确认了管道腐蚀的影响因素，并且对管道剩余寿命进行了预测。
[0123]
实施方式五.本实施方式是对实施方式一所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方
法中步骤s5中的冲蚀腐蚀模型作举例说明，所述冲蚀腐蚀模型为：
[0124][0125]
其中，r
erosion
为冲蚀率，m
p
为颗粒质量流量，c(d
p
)为颗粒直径的函数，f(α)为冲击角的函数，为颗粒相对壁面的速度函数，a
face
为颗粒冲击壁面的面积。
[0126]
本实施方式在实际应用时，采用冲蚀腐蚀模型获得冲蚀率，在根据管道内腐蚀影响因素，对易腐蚀位置进行风险排序，获得管道的易腐蚀位置排序图；这样获得的管道的易腐蚀位置排序图准确率更高，更贴近实际中的管道数据。
[0127]
实施方式六.本实施方式是对实施方式一所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法中详细检查步骤中的管道剩余壁厚的采集手段作举例说明，所述管道剩余壁厚是采用超声波仪器测量获得的。
[0128]
本实施方式在实际应用时，选用ut200超声波测厚仪，可以测量0.75mm～300mm之间的壁厚，测量精度为
±
(1％h+0.1)mm，h为被测物实际厚度，显示分辨率可选择0.1mm或0.01mm。
[0129]
实施方式七.本实施方式是对实施方式一所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法中步骤a1中的管道寿命剩余公式作举例说明，所述管道剩余公式为：
[0130][0131]
s＝s
d-s
t
；
[0132]
sc＝vr×
t；
[0133]
其中，r
t
为剩余寿命，s为腐蚀余量，vr为评价腐蚀速率，sd为管道设计壁厚，sc为管道已腐蚀壁厚，t为管道投入使用年限。
[0134]
本实施方式在实际应用时，采用管道剩余公式对所述管道壁厚数据进行分析处理，获得管道剩余寿命数据。
[0135]
实施方式八.参见图2至图9说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一至实施方式七任意一项所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法作验证说明：
[0136]
对低压输气管道的初始信息进行处理，获得管道基础数据，如图2所示；管道运行数据，如图3所示；管道路由数据中的管道内介质的成分如图4所示；管道路由数据包括管道全线的埋深和高程变化，如图5所示。根据管道基础数据和管道运行数据，并结合nacesp-0206-2016提出的临界倾角获取公式，获得易腐蚀位置的临界倾角，临界倾角获取公式为：
[0137][0138]
其中，压缩因子z为计算气体的密度，p为气体压力，v是气体的体积，r是常数，t是气体温度，对于气体标准状态，z通常为0.83。
[0139]
获取气体密度公式为：
[0140][0141]
其中，mw为气体摩尔质量，单位为g/mol，p为管道内压力，单位为mpa,r为理想气体常数，为8.134j/(mol
·
k)，t为温度，单位为k。
[0142]
操作压力下的流速公式为：
[0143][0144]
其中，flow rate为操作压力下的流速，stp为标准流量，t stp
为标准大气压下温度，z为压缩因子，p stp
为标准大气压下的压力。
[0145]
表观气体速度公式为：
[0146][0147]
根据上述公式，临界倾角为：
[0148][0149]
根据管道基础数据和管道路由数据，获得管道易腐蚀位置的实际倾角，具体为：结合输气管道全线的高程和里程数据，获取全线管道的实际倾角，公式为：
[0150][0151]
根据所述易腐蚀位置的临界倾角和实际倾角，获得易腐蚀位置，如图6所示。运用fluent对易腐蚀位置进行数值模拟，分析其在弯管位置的压力、壁面剪切力和流速的变化情况，如图7所示，这样可以精准预测易腐蚀位置，从模拟分析数据的分析压力云图中可以看出，当气体在经过弯管处时，弯管段外侧的压力比管段内侧大，当流体经过弯管时，由于管道角度的变化，流体的流动方向也会随之变化，并且沿横截面积方向会产生一个更大的离心力，离心力一部分转化成管道内壁的眼里，导致弯管外侧压力大于内侧。从模拟分析数据中的分析壁面剪切力云图中可以看出，气体经过弯管处时，由于弯管内侧产生较大的壁面剪切力，且方向与流速方向相反，与重力方向一直，导致液体聚集，并且随着管道倾角的增大，壁面剪切力也随着增大，液体聚集的趋势增加，腐蚀几率增大。分析弯管内z＝0截面弯头位置的流速分布云图可以看出，弯管内侧及接近出口的外壁处流速相对于其他区域比较大，当流体流过弯管是，弯头相对于水平管段的结构发生了变化，流体通过的通道变小，在弯头内侧流体的速度会加快。由于流体本身具有粘性这一特性，在管壁位置会形成流体边界层，当流速增大到一定程度时，管壁位置的速度梯度也会随之增大，从而导致壁面的剪切力变大。根据易腐蚀位置的分析数据从而验证易腐蚀位置的准确性，同时还获得管道内腐蚀影响因素。根据易腐蚀位置的模拟分析数据和管道内腐蚀影响因素对易腐蚀位置进行风险排序，具体为：管道内腐蚀影响因素包括主要腐蚀因素和冲刷腐蚀因素，根据易腐蚀位置的模拟分析数据和管道内腐蚀影响因素分别对主要腐蚀因素和冲刷腐蚀因数进行分析，有效的确认了管道腐蚀的影响因素，冲刷因素分析：采用fluent模拟带水的输气管道特殊位置的流场和磨损情况，通过三维绘图建模软件catia完成几何建模，采用三维直角坐标系将管道特殊位置进行建模。特殊位置通常是指由管线高程变化而产生的弯管位置。网格划分将建好的模型导入ansys 18.2icem cfd软件中，并完成结构化网格划分；理论模型输气管道输送介质除天然气外，还含有一定量的液态水滴，针对这种介质中气液共存的情况，其连续方程如下:
[0152][0153]
湍流模型采用k-ε模型，k-ε方程如下：
[0154][0155][0156]
其中，gk为速度影响引起的湍动能产生，gb为浮力影响引起的湍动能产生，ym为湍流动能对损耗率的影响；c
1ε
＝1.44c
3ε
＝0.09σk＝1.0σ
ε
＝1.3，冲蚀速率计算公式为：
[0157][0158]
其中，r
erosion
为冲蚀率，m
p
为颗粒质量流量；c(d
p
)为颗粒直径的函数，设定为常数1.8
×
e-9，f(α)为冲击角的函数，a
face
为颗粒冲击壁面的面积。将划分好的网格导入到fluent，并进行参数的设置：首先点击check检查网格质量，保证网格最小体积为非负数的，求解器的类型选择pressure-based，时间类型设置为steady。根据出入口位置的判断，设定-y方向为重力方向，重力加速度为9.81m/s 2；models:模型选择湍流模型中的realizable k-epsilon模型，近壁面函数选择standard wall function，打开discrete phase，选择erosion/accretion模型，创建injections，选择面射入源，计算时微粒质量、热量性质不变。微粒粒径设为0.2mm，初始流速设为10m/s；materials:fluid选择为fluent datebase中的methane，solid选择为aluminum；颗粒相密度设为1500kg/m 3；cell zone conditions:选中所有zone，设定type为fluid,operating conditions中的压力改为2400000pa；在boundary conditions中设定边界参数，入口边界条件采用速度入口velocity-inlet，设置入口的轴向速度为44m/s，出口边界条件采用outflow。采用simple算法，可达到较准确结果。初始化流场，设置迭代参数，设置500个时间步，每个时间步0.1s，开始进行运算。确定好全线的易腐蚀位置之后，按照里程顺序进行风险排序，获得管道的易腐蚀位置排序图，如图8所示。然后根据管道的易腐蚀位置排序图进行详细检查步骤，具体为：根据所述管道的易腐蚀位置排序图，选取全线的两个位置进行开挖验证，现场测试管体壁厚。采用gps测绘设在现场准确定位直接检测点位置，对开挖点进行现场确认，拟采用里程、gps、行政地理位置等方式定位开挖点位置，方便今后维修维护。开挖要求每个检测点开挖深度须深于管线底部至少50cm，探坑中至少要有大于2m长的裸露的管段，管线沿长度方向位于探坑正中，管线两侧宽度均至少0.75m，保证足够的操作空间。开挖深坑后，将管道3pe防腐层剥离，至少剥除50cm长的管段，并把3pe防腐层清除干净，如发现腐蚀减薄区位于剥除段的边缘，则应继续剥除防腐层,直到腐蚀减薄区域完全暴露。防腐层剥离后使用钢丝轮对管道外表进行处理，除去内涂层。探坑点检测完后对探坑处管线防腐层补伤及检测坑恢复。并采用超声波壁厚测量技术检测管道剩余壁厚，测量仪器选用超声波测厚仪。选用ut200超声波测厚仪，可以测量0.75mm～300mm之间的壁厚，测量精度为
±
(1％h+0.1)mm，h为被测物实际厚度，显示分辨率可选择0.1mm或0.01mm。对平行管段开挖点测定3个环带，每个环带之间间隔约为5cm,如图9(a)所示，每个环带测12个时钟方位，如图9(b)所示，每处测3个值取平均值作为测试值，最终获得剩余管道壁厚数据。根据剩余管道壁厚数据进行后评价步骤：根据标准sy/t 087.2-2012中管道检测腐蚀深度以及介质腐蚀性评价标准进行相应的分级评价。对管道剩余寿命进行预测，管道的剩与寿命的计算公式如下：
[0159][0160]
s＝s
d-s
t
；
[0161]
sc＝vr×
t；
[0162]
其中，r
t
为剩余寿命，s为腐蚀余量，vr为评价腐蚀速率，sd为管道设计壁厚，sc为管道已腐蚀壁厚，t为管道投入使用年限。最后获得输气管道剩余寿命为33.1年，一般再检测周期为管道寿命的一半，所以再检测时间为17年。
[0163]
本实施方式提供一种低压输气管道内腐蚀评价方法，通过数值模拟的方法，对输气管道易腐蚀的高风险位置进行预测的，并对管线的易腐蚀位置进行风险排序，通过对主要腐蚀和冲刷腐蚀两种影响因素对管道的影响分析，有效的确认了管道腐蚀的影响因素，并且对管道剩余寿命进行了预测，解决了现有nace提出的技术标准对于管道腐蚀的影响因素预测不全，导致对天然气管道的预测评估缺乏科学性和准确性的问题。
[0164]
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种低压输气管道内腐蚀评价方法，其特征在于，所述评价方法包括预评价步骤、间接评价步骤、详细检查步骤和后评价步骤；所述预评价步骤为：对所述低压输气管道的初始信息进行处理，获取管道基础数据、管道运行数据和管道路由数据；所述间接评价步骤为：s1、根据所述管道基础数据和管道运行数据，获得管道易腐蚀位置的临界倾角；s2、根据所述管道基础数据和管道路由数据，获得管道易腐蚀位置的实际倾角；s3、根据所述易腐蚀位置的临界倾角和实际倾角，获得易腐蚀位置；s4、对所述易腐蚀位置进行数值模拟分析，获得易腐蚀位置的分析数据和管道内腐蚀影响因素；s5、根据所述易腐蚀位置的分析数据，获得冲蚀腐蚀模型；s6、根据所述冲蚀腐蚀模型和所述管道内腐蚀影响因素，对易腐蚀位置进行风险排序，获得管道的易腐蚀位置排序图；所述详细检查步骤为：根据所述管道的易腐蚀位置排序图，对易腐蚀位置进行现场处理，并采集管道剩余壁厚，获得管道剩余壁厚数据；所述后评价步骤为：a1、采用管道寿命剩余公式对所述管道壁厚数据进行分析处理，获得管道剩余寿命数据；a2、根据所述管道寿命数据，获得管道评价周期。2.根据权利要求1所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法，其特征在于，所述预评价步骤中的管道基础数据包括管道的管径、壁厚、长度、材料、所属的地理位置、内腐蚀层数和管道内介质的成分；所述管道运行数据包括管道的管线输气量、运行压力、运行温度和输量数据；所述管道路由数据包括管道全线的埋深数据和高程变化数据。3.根据权利要求2所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法，其特征在于，所述管道内介质的成分包括co2的分压和h2s的含量。4.根据权利要求1所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法，其特征在于，所述步骤s4中易腐蚀位置的分析数据包括弯管位置的压力、壁面剪切力和流速变化数据；所述管道内腐蚀影响因素包括主要腐蚀因素和冲刷腐蚀因素。5.根据权利要求1所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法，其特征在于，所述步骤s5中的冲蚀腐蚀模型为：其中，r
erosion
为冲蚀率，m
p
为颗粒质量流量，c(d
p
)为颗粒直径的函数，f(α)为冲击角的函数，为颗粒相对壁面的速度函数，a
face
为颗粒冲击壁面的面积。6.根据权利要求1所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法，其特征在于，所述管道剩余壁厚是采用超声波仪器测量获得的。
7.根据权利要求1所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法，其特征在于，所述步骤a1中的管道寿命剩余公式为：s＝s
d-s
c
；s
c
＝v
r
×
t；其中，r
t
为剩余寿命，s为腐蚀余量，v
r
为评价腐蚀速率，s
d
为管道设计壁厚，s
c
为管道已腐蚀壁厚，t为管道投入使用年限。8.一种低压输气管道内腐蚀评价系统，其特征在于，所述评价系统包括预评价单元、间接评价单元、详细检查单元和后评价单元；所述预评价单元为：用于对所述低压输气管道的初始信息进行处理，获取管道的基础数据、管道运行数据和管道路由数据的存储装置；所述间接评价单元为：用于根据所述管道基础数据和管道运行数据，获得管道易腐蚀位置的临界倾角的存储装置；用于根据所述管道基础数据和管道路由数据，获得管道易腐蚀位置的实际倾角的存储装置；用于根据所述易腐蚀位置的临界倾角和实际倾角，获得易腐蚀位置的存储装置；用于对所述易腐蚀位置进行数值模拟分析，获得易腐蚀位置的分析数据和管道内腐蚀影响因素的存储装置；用于根据所述易腐蚀位置的分析数据，获得冲蚀腐蚀模型的存储装置；用于根据所述冲蚀腐蚀模型和所述管道内腐蚀影响因素，对易腐蚀位置进行风险排序，获得管道的易腐蚀位置排序图的存储装置；详细检查单元为：用于根据所述管道的易腐蚀位置排序图，对易腐蚀位置进行现场处理，并采集管道剩余壁厚，获得管道壁厚数据的存储装置；所述后评价单元为：用于采用管道寿命剩余公式对所述管道壁厚数据进行分析处理，获得管道剩余寿命数据的存储装置；用于根据所述管道寿命数据，获得管道评价周期的存储装置。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行1-7任意一项所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法。10.一种计算机设备，其特征在于：该设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行权利要求1-7任意一项所述的一种低压输气管道内腐蚀评价方法。

技术总结
一种低压输气管道内腐蚀评价系统及方法,涉及天然气管道内腐蚀评价技术领域。解决现有管道内腐蚀评价方法对于管道腐蚀的影响因素预测不全，且预测评估准确性低的问题。评价方法：根据管道基础数据、运行数据和路由数据，获得易腐蚀位置的临界倾角和实际倾角，进而获得易腐蚀位置，分析易腐蚀位置，获得分析数据和腐蚀影响因素；根据分析数据，获得冲蚀腐蚀模型，并结合腐蚀影响因素，进行风险排序，获得管道的易腐蚀位置排序图。根据排序图，处理易腐蚀位置，获得管道剩余壁厚数据。采用管道寿命剩余公式对分析管道壁厚数据，获得管道剩余寿命数据，并获得管道评价周期。本发明适用于管道内的腐蚀评价，尤其是低压和无接发球装置的管道。管道。管道。


技术研发人员：谢飞 杜懿杰 王丹 孙东旭 张庆晗
受保护的技术使用者：辽宁石油化工大学
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/7/21