应力条件下油气管道用高强钢直流杂散电流腐蚀评价方法技术

一种应力条件下油气管道用高强钢直流杂散电流腐蚀评价方法，属于油气管道检测与评价领域。该方法的实施步骤如下，S1管线信息管理；S2应力状况评价；S3杂散电流干扰评价，杂散电流干扰分为直流干扰和交流干扰；S4土壤腐蚀性评价；S5腐蚀速率预测及评价，将检测到的土壤电导率、土壤pH值、计算得到的直流杂散电流密度和应力水平进行处理得到腐蚀速率与以上因素的数学关系，进行腐蚀速率预测及评价。本发明专利技术方法针对现有标准和评价方法对土壤腐蚀性、杂散电流干扰检测结果进行综合评价，实现了对管线应力状况进行评价，针对高强钢管线得到直流杂散电流密度及应力水平，并对腐蚀速率进行预测及对腐蚀程度进行评价。

【技术实现步骤摘要】
应力条件下油气管道用高强钢直流杂散电流腐蚀评价方法
本专利技术涉及一种应力条件下油气管道用高强钢直流杂散电流腐蚀评价方法，属于油气管道检测与评价领域。
技术介绍
管道运输由于具有高效率、低成本、占地少、连续性强，并且不易受运输周围环境的影响等优势，在能源供应、石油化工和居民生活系统中的应用越来越广，并已成为油气运输的首选方案，被称为国家的“生命线”。近年来，为了提高输送效益、降低能耗，长距离管线输送正向大口径、高压力方向发展，这使得高强管线钢广泛的应用于长距离油气输送管道。高强钢管线运行过程中由于输送压力、土壤压力、残余应力等因素的存在不可避免的受到应力的作用，同时直流牵引系统、高压超高压输电系统、阴极保护系统等常与管线并行或交叉敷设导致管中直流杂散电流产生。此外，管线所穿过的土壤环境本身也具有腐蚀性，因此，多因素影响下的腐蚀问题严重威胁着埋地高强钢管线的安全运行。目前，现有技术中还没有专门针对应力条件下高强钢油气管线直流杂散电流腐蚀的评价标准和方法，现有标准和评价方法如《GB/T19285-2003埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》、《SY/T0087.1-2006钢质管道及储罐腐蚀评价标准埋地钢质管道外腐蚀直接评价》等仅对土壤腐蚀性、杂散电流干扰检测结果进行单一评价，未进行综合评价，无法对管线应力状况进行评价，未针对X70、X80、X100等高强钢管线，无法得到直流杂散电流密度，不能对腐蚀速率进行预测及对腐蚀程度，评价结果不够科学合理。因此，建立应力条件下油气管道用高强钢直流杂散电流腐蚀评价方法已十分必要。
技术实现思路
为了克服现有的评价方法未考虑在役管线应力影响，不能对直流杂散电流密度进行计算和评价，不能预测腐蚀速率，评价结果不科学等缺陷，本专利技术通过管线的基本信息、管线故障与维修信息、评价结果对管线进行整体管理；利用多元线性回归获得应力条件下高强钢油气管道直流杂散电流腐蚀速率与各种环境因素(土壤电导率、pH值、直流杂散电流密度、应力水平)之间的数学关系，通过该关系预测高强钢的腐蚀速率并对腐蚀速率危害性进行评价；通过计算在役管线所受应力水平结合评价指标对管线应力状况进行评价；通过检测获得的土壤电导率和pH值并结合评价指标对土壤腐蚀性进行评价；通过调查杂散电流干扰源、检测管地电位偏移量或土壤表面电位梯度、计算直流杂散电流密度进行杂散电流干扰评价并对管线阴极保护和排流作出指导。腐蚀速率预测及评价部分是该评价方法的核心，应力状况评价、土壤腐蚀性评价、杂散电流干扰评价是该评价方法的基础，杂散电流密度、应力水平的计算以及土壤电导率的检测是该评价方法的关键点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种应力条件下油气管道用高强钢直流杂散电流腐蚀评价方法，该方法的实施步骤如下，S1管线信息管理管线信息包括管线基本信息、管线故障与维修信息、管线评价结果三部分。基本信息管理可对管道的基本信息、故障与维修记录进行录入、修改以及删除操作还可以输出管线的最终评价结果。管线基本信息包括管段名称、管段编号、使用单位、所属单位、检测单位、运行压力、管道埋深、管道外径、管道壁厚、管道材质、管材密度、管材电导率、防腐层状况、阴极保护状况。通过基本信息管理可对管线整体状况进行宏观认识，可对进一步的评价做好准备。故障与维修信息包括检测时间、故障点的位置、故障原因、维修时间、维修单位、维修措施。通过该信息了解管线故障与维修的状况，并对将来可能发生故障的位置和危险程度进行初步预测。管线评价结果包括多因素腐蚀速率评价结果、单因素评价结果、综合评价结果。通过评价结果对管线剩余寿命进行初步预测。S2应力状况评价埋地高强钢管线所受应力可以抽象或分解为三向应力即径向、轴向、轴向，三向应力状态的三个主应力中，周向应力最大，径向应力最小，轴向应力介于二者之间。周向应力同轴向应力的比值最小为2，在管子内壁其比值永远大于2。为便于计算，本部分评价采用最大的周向应力作为埋地管线所受的主应力并进行危害性评价。埋地高强钢油气管道的直管段轴向应力可按下式计算：σα＝Eα(t1-t2)+μσk(1)式中，σα为由于内压和温度变化产生的轴向应力，负值为轴向压应力，正值为轴向拉应力，MPa；E为钢材的弹性模量，取2.05×105MPa；α为钢材的线膨胀系数，取1.2×10-5m/(m·℃)；t1为管道安装闭合时的大气温度，℃；t2为管道内被输送介质的温度，℃；μ为泊松比，取0.3；σk为内压产生的环向应力，MPa；P为管线的输送压力，MPa；d1为管道的内直径，m；δ1为管道的公称壁厚，m。可计算管线所受周向应力为：依现有技术方案，埋地输油管线要承受的应力为管线钢最小屈服强度40％，输气管线要承受的应力为管线钢最小屈服强度的70％。埋地高强钢油气管线直管段应力危害性评价如表1所示。表1管线直管段应力危害性评价指标S3杂散电流干扰评价杂散电流干扰分为直流干扰和交流干扰。干扰源侧调查内容一般包括：交直流铁路供电系统分布与运行情况、交直流铁路轨道电位分布与泄漏电流趋向与地电位梯度、高压输电线路运行情况与线塔接地情况、构筑物阴极保护系统的电位分布、电车运行情况，以及其他需调查的内容。被干扰管道侧调查内容包括：腐蚀案例、交直流管地电位分布(包括沿管道的管地电位分布以及随时间变化的分布)、流入流出管道的干扰电流大小以及装置、管道沿线大地的的土壤电位梯度、管道阴保设施与排流设施运行参数与状况、管道与铁路之间的电压及方向。高强钢油气管道的直流干扰采用管道任一点上的管地电位较自然电位的偏移量来进行测量和评价；当难以测量时，采用管道附近土壤表面电位梯度来进行测量和评价；当电位偏移≥20mV或土壤表面电位梯度>0.5mV/m时，确认为有直流干扰；用电压降法计算管内ab段电流公式为：式中，I为流过ab段的管内电流，mA；Vab为ab段电压，mV；D为管道外径，mm；δ2为管道壁厚，mm；ρ1为管材电阻率，Ω·mm2/m；Lab为ab间的管道长度，m；涂层破损点面积公式：S＝π(d2/2)2(5)式中，S为涂层破损点面积mm2，d2为破损点直径，m。评估的直流电流密度公式为：干扰程度的评价见表2。表2直流干扰程度评价指标当管道任意点上的管地电位较自然电位正向偏移≥100mV或者管道附近土壤表面电位梯度>2.5mV/m，管道涂层破损点处直流杂散电流密度>20mA/m2应及时采取直流排流保护或其它防护措施。S4土壤腐蚀性评价土壤腐蚀性包括土壤电阻率、氧化还原电位、管地电位、土壤pH值、土壤质地、土壤含水率、土壤含盐量、土壤Cl-含量参数的测试，测试数据宜视不同季节分别给出，并据此对土壤腐蚀性做出评价。本评价方法考虑工程勘探中常用的土壤电阻率和pH值，并对这两项特性进行评价。下表3为土壤电阻率评价指标。表3土壤电阻率评价指标下表4为土壤pH评价指标。表4土壤pH值指标评价指标S5腐蚀速率预测及评价将检测到的土壤电导率、土壤pH值、计算得到的直流杂散电流密度和应力值，通过多元线性回归获得应力条件下高强钢油气管道直流杂散电流腐蚀速率与以上因素的数学关系，据此得到相应管材的腐蚀速率值，根据腐蚀速率进行危害性评价。S5.1管道腐蚀速率通常由电化学原理和失重法计算得出，基于电化学原理的腐蚀速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应力条件下油气管道用高强钢直流杂散电流腐蚀评价方法，其特征在于：该方法的实施步骤如下，S1管线信息管理管线信息包括管线基本信息、管线故障与维修信息、管线评价结果三部分；基本信息管理可对管道的基本信息、故障与维修记录进行录入、修改以及删除操作还可以输出管线的最终评价结果；管线基本信息包括管段名称、管段编号、使用单位、所属单位、检测单位、运行压力、管道埋深、管道外径、管道壁厚、管道材质、管材密度、管材电导率、防腐层状况、阴极保护状况；通过基本信息管理可对管线整体状况进行宏观认识，可对进一步的评价做好准备；故障与维修信息包括检测时间、故障点的位置、故障原因、维修时间、维修单位、维修措施；通过该信息了解管线故障与维修的状况，并对将来可能发生故障的位置和危险程度进行初步预测；管线评价结果包括多因素腐蚀速率评价结果、单因素评价结果、综合评价结果；通过评价结果对管线剩余寿命进行初步预测；S2应力状况评价埋地高强钢管线所受应力可以抽象或分解为三向应力即径向、轴向、轴向，三向应力状态的三个主应力中，周向应力最大，径向应力最小，轴向应力介于二者之间；周向应力同轴向应力的比值最小为2，在管子内壁其比值永远大于2；为便于计算，本部分评价采用最大的周向应力作为埋地管线所受的主应力并进行危害性评价；埋地高强钢油气管道的直管段轴向应力可按下式计算：σα＝Eα(t1‑t2)+μσk   (1)σk=Pd2δ---(2)]]>式中，σα为由于内压和温度变化产生的轴向应力，负值为轴向压应力，正值为轴向拉应力，MPa；E为钢材的弹性模量，取2.05×105MPa；α为钢材的线膨胀系数，取1.2×10‑5m/(m·℃)；t1为管道安装闭合时的大气温度，℃；t2为管道内被输送介质的温度，℃；μ为泊松比，取0.3；σk为内压产生的环向应力，MPa；P为管线的输送压力，MPa；d为管道的内直径，m；d为管道的公称壁厚，m；可计算管线所受周向应力为：λ=2σα=2Eα(t1-t2)+μPdδ---(3)]]>依现有技术方案，埋地输油管线要承受的应力为管线钢最小屈服强度40％，输气管线要承受的应力为管线钢最小屈服强度的70％；埋地高强钢油气管线直管段应力危害性评价如表1所示；表1 管线直管段应力危害性评价指标S3杂散电流干扰评价杂散电流干扰分为直流干扰和交流干扰；干扰源侧调查内容一般包括：交直流铁路供电系统分布与运行情况、交直流铁路轨道电位分布与泄漏电流趋向与地电位梯度、高压输电线路运行情况与线塔接地情况、构筑物阴极保护系统的电位分布、电车运行情况，以及其他需调查的内容；被干扰管道侧调查内容包括：腐蚀案例、交直流管地电位分布、流入流出管道的干扰电流大小以及装置、管道沿线大地的的土壤电位梯度、管道阴保设施与排流设施运行参数与状况、管道与铁路之间的电压及方向；高强钢油气管道的直流干扰采用管道任一点上的管地电位较自然电位的偏移量来进行测量和评价；当难以测量时，采用管道附近土壤表面电位梯度来进行测量和评价；当电位偏移≥20mV或土壤表面电位梯度>0.5mV/m时，确认为有直流干扰；用电压降法计算管内ab段电流公式为：I=Vab·π(D-δ)δρLab---(4)]]>式中，I为流过ab段的管内电流，mA；Vab为ab段电压，mV；D为管道外径，mm；δ为管道壁厚，mm；ρ为管材电阻率，Ω·mm2/m；Lab为ab间的管道长度，m；涂层破损点面积公式：S＝πd   (5)式中，S为涂层破损点面积mm，d为破损点直径，m；评估的直流电流密度公式为：DI=Vab(D-δ)δρdLab---(6)]]>干扰程度的评价见表2；表2 直流干扰程度评价指标当管道任意点上的管地电位较自然电位正向偏移≥100mV或者管道附近土壤表面电位梯度>2.5mV/m，管道涂层破损点处直流杂散电流密度>20mA/m2应及时采取直流排流保护或其它防护措施；S4土壤腐蚀性评价土壤腐蚀性包括土壤电阻率、氧化还原电位、管地电位、土壤pH值、土壤质地、土壤含水率、土壤含盐量、土壤Cl‑含量参数的测试，测试数据宜视不同季节分别给出，并据此对土壤腐蚀性做出评价；本评价方法考虑工程勘探中常用的土壤电阻率和pH值，并对这两项特性进行评价；下表3为土壤电阻率评价指标；表3 土壤电阻率评价指标下表4为土壤pH评价指标；表4 土壤pH值指标评价指标S5腐蚀速率预测及评价将检测到的土壤电导率、土壤pH值、计算得到的直流杂散电流密度和应力值，通过多元线性回归获得应力条件下高强钢油气管道直流杂散电流腐蚀速率与以上因素的数学关系，据此得到相应管...

【技术特征摘要】
1.一种应力条件下油气管道用高强钢直流杂散电流腐蚀评价方法，其特征在于：该方法的实施步骤如下，S1管线信息管理管线信息包括管线基本信息、管线故障与维修信息、管线评价结果三部分；基本信息管理能够对管道的基本信息、故障与维修记录进行录入、修改以及删除操作，还可以输出管线的最终评价结果；管线基本信息包括管段名称、管段编号、使用单位、所属单位、检测单位、运行压力、管道埋深、管道外径、管道壁厚、管道材质、管材密度、管材电导率、防腐层状况、阴极保护状况；通过基本信息管理能够对管线整体状况进行宏观认识，可对进一步的评价做好准备；故障与维修信息包括检测时间、故障点的位置、故障原因、维修时间、维修单位、维修措施；通过该信息了解管线故障与维修的状况，并对将来可能发生故障的位置和危险程度进行初步预测；管线评价结果包括多因素腐蚀速率评价结果、单因素评价结果、综合评价结果；通过评价结果对管线剩余寿命进行初步预测；S2应力状况评价埋地高强钢管线所受应力抽象或分解为三向应力即径向、轴向、周向，三向应力状态的三个主应力中，周向应力最大，径向应力最小，轴向应力介于二者之间；周向应力同轴向应力的比值最小为2，在管子内壁其比值永远大于2；为便于计算，本部分评价采用最大的周向应力作为埋地管线所受的主应力并进行危害性评价；埋地高强钢油气管道的直管段轴向应力按下式计算：σα＝Eα(t1-t2)+μσk(1)式中，σα为由于内压和温度变化产生的轴向应力，负值为轴向压应力，正值为轴向拉应力，MPa；E为钢材的弹性模量，取2.05×105MPa；α为钢材的线膨胀系数，取1.2×10-5m/(m·℃)；t1为管道安装闭合时的大气温度，℃；t2为管道内被输送介质的温度，℃；μ为泊松比，取0.3；σk为内压产生的环向应力，MPa；P为管线的输送压力，MPa；d1为管道的内直径，m；δ1为管道的公称壁厚，m；计算管线所受周向应力为：依现有技术方案，埋地输油管线要承受的应力为管线钢最小屈服强度40％，输气管线要承受的应力为管线钢最小屈服强度的70％；埋地高强钢油气管线直管段应力危害性评价如表1所示；表1管线直管段应力危害性评价指标S3杂散电流干扰评价杂散电流干扰分为直流干扰和交流干扰；干扰源侧调查内容包括：交直流铁路供电系统分布与运行情况、交直流铁路轨道电位分布与泄漏电流趋向与地电位梯度、高压输电线路运行情况与线塔接地情况、构筑物阴极保护系统的电位分布、电车运行情况；被干扰管道侧调查内容包括：腐蚀案例、交直流管地电位分布、流入流出管道的干扰电流大小以及装置、管道沿线大地的土壤电位梯度、管道阴保设施与排流设施运行参数与状况、管道与铁路之间的电压及方向；交直流管地电位分布包括沿管道的管地电位分布以及随时间变化的分布；高强钢油气管道的直流干扰采用管道任一点上的管地电位较自然电位的偏移量来进行测量和评价；当难以测量时，采用管道附近土壤表面电位梯度来进行测量和评价；当电位偏移≥20mV或土壤表面电位梯度>0.5mV/m时，确认为有直流干扰；用电压降法计算管内ab段电流公式：式中，I为流过ab段的管内电流，mA；Vab为ab段电压，mV；D为管道外径，mm；δ2为管道壁厚，mm；ρ1为管材电阻率，Ω·mm2/m；Lab为ab间的管道长度，m；涂层破损点面积公式：S＝π(d2/2)2(5)式中，S为涂层破损点面积，mm2，d2为破损点直径，mm；评估的直流杂散电流密度公式：干扰程度的评价见表2；表2直流干扰程度评价指标当...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新华，唐兴华，王翠，周文清，郭真真，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11