CN110020399B

CN110020399B - 一种管道内腐蚀评价位置的确定方法

Info

Publication number: CN110020399B
Application number: CN201711162981.XA
Authority: CN
Inventors: 舒洁; 秦林; 刘畅; 唐静; 向启贵; 宋立东; 罗驰; 王垒超; 刘春艳; 张良; 孙明楠; 青松铸; 蒋蓉
Original assignee: Petrochina Co Ltd
Current assignee: Petrochina Co Ltd
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2023-08-22
Anticipated expiration: 2037-11-21
Also published as: CN110020399A

Abstract

本发明公开了一种管道内腐蚀评价位置的确定方法，属于管道腐蚀领域。所述方法包括：将目标管道划分成多个子管道；获取所述子管道的积水概率、腐蚀概率以及持液率；将所述积水概率与所述腐蚀概率相乘，获取所述子管道的腐蚀总概率；当所述子管道的腐蚀总概率大于第一预设值，且持液率大于第二预设值时，确定所述子管道为所述目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置。本发明提供的方法同时考虑了积水概率、腐蚀概率以及持液率对管道内腐蚀的影响，能准确地确定该目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置，可为管道整体内腐蚀评价提供可靠的判断依据。

Description

一种管道内腐蚀评价位置的确定方法

技术领域

本发明涉及管道腐蚀领域，特别涉及一种管道内腐蚀评价位置的确定方法。

背景技术

随着我国各主要气田进入开采的中后期,天然气中的二氧化碳和硫化氢等腐蚀性介质以及游离水的含量逐渐增加,由此加剧了天然气集输管道发生内腐蚀的程度。而内腐蚀是造成管道老化的原因之一,它会导致管道泄漏，降低管道的结构强度，并严重威胁了整个天然气输送系统的安全性和完整性。因此，有必要提供一种管道内腐蚀评价方法，以在管道发生内腐蚀前检测出其发生内腐蚀的位置以及数量，来预测管道是否易发生内腐蚀，为管道内腐蚀管理提供依据。

现有技术提供了一种管道内腐蚀直接评价方法，它包括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。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

上述直接评价方法中的间接评价所采用的方法的实施难度大，实用性不强，且检测精度不高。

发明内容

本发明实施例提供了一种管道内腐蚀评价位置的确定方法，可解决上述问题。所述技术方案如下：

一种管道内腐蚀评价位置的确定方法，其特征在于，所述方法包括：

将目标管道划分成多个子管道；

获取所述子管道的积水概率、腐蚀概率以及持液率；

将所述积水概率与所述腐蚀概率相乘，获取所述子管道的腐蚀总概率；

当所述子管道的腐蚀总概率大于第一预设值，且持液率大于第二预设值时，确定所述子管道为所述目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置。

作为一种实施方式，所述确定所述子管道为所述目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置，包括：

根据所述目标管道内的流体性质，沿轴向依次确定多个管段划分点；

以所述管段划分点为分界点，将所述目标管道划分成多个管段；

根据所述管段内部的流体流态，将所述管段划分为多个子管段；

在每个所述子管段中查找所述子管道，并将所述子管道确定为所述目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置。

作为一种实施方式，根据所述目标管道的高程，将所述目标管道划分为多个所述子管道。

作为一种实施方式，所述子管道的长度为5m-30m。

作为一种实施方式，所述获取所述子管道的积水概率，包括：

获取所述子管道的实际倾角、所述子管道所在所述管段的最大临界倾角以及平均临界倾角；

根据所述实际倾角、所述最大临界倾角、所述平均临界倾角，并利用以下计算公式计算所述积水概率；

所述积水概率的计算公式为：

式中：

P_S——所述子管道的积水概率；

α——所述子管道的实际倾角,°；

——所述管段的平均临界倾角,°；

β_max——所述管段的最大临界倾角,°；

——自变量为/>的标准正态分布函数。

作为一种实施方式，所述获取所述子管道的实际倾角，包括：

获取所述子管道的长度以及高差；

根据所述子管道的长度以及高差，并利用以下计算公式计算所述子管道的实际倾角；

所述实际倾角的计算公式为：

式中：

l——所述子管道的长度，m；

h——所述子管道的高差，m。

作为一种实施方式，所述最大临界倾角以及平均临界倾角通过下述方法获取：

获取所述管段内流体的平均气体流速、最大气体流速以及最小气体压力；

利用所述平均气体流速、所述最小气体压力，计算所述平均临界倾角；

利用所述最大气体流速、所述最小气体压力，计算所述最大临界倾角；

所述平均临界倾角以及最大临界倾角的计算公式为：

式中：

β——所述平均临界倾角或所述最大临界倾角,°；

ρ_g——所述管段内的气体密度，kg/m³；

ρ_l——所述管段内的液体密度，kg/m³；

V_g——所述管段内的气体流速，m/s；

g——重力加速度，9.81m/s²；

D_i——所述管段的内径，m；

其中，所述气体密度的计算公式为：

式中：

P——所述管段内的气体压力，MPa；

MW——所述管段内的气体分子量，g/mol；

R——普适气体常数，8.314J/(mol·K)；

T——所述管段内的气体温度，K；

Z——所述管段内的气体压缩因子。

作为一种实施方式，所述腐蚀概率通过以下方法获取，包括：

采用多个不同类型的腐蚀速率预测模型，分别用来求取每个所述子管道的腐蚀概率，对应获得多个子腐蚀概率；

根据多个所述子腐蚀概率，并利用以下计算公式，获取所述腐蚀概率：

所述腐蚀概率的计算公式为：

式中：

i——所述腐蚀效率预测模型的序号；

m——所述腐蚀效率预测模型的个数；

P_i——序号为i的所述腐蚀效率预测模型对应的子腐蚀概率；

W_i——序号为i的所述腐蚀效率预测模型对应的权重系数。

具体地，所述子腐蚀概率通过如下方法获得：

在所述目标管道内依次输送n组性质不同的流体，对应获取n组第一信息，所述第一信息包括：流体的起点温度、终点温度、起点流量、终点流量，且n指大于或等于1000的整数；

根据n组所述第一信息，并利用多相流数值模拟方法来一一对应获取每个所述子管道对应的n组第二信息，所述第二信息包括：流体在所述子管道内的温度与压力；

根据n组所述第二信息，并利用所述腐蚀速率预测模型来一一对应获取每个所述子管道对应的n个腐蚀速率；

根据预设的腐蚀速率阈值与n个所述腐蚀速率来获取所述子腐蚀概率；

所述子腐蚀概率的计算公式为：

式中：

P_i——所述子腐蚀概率；

a——所述腐蚀速率中大于或等于所述腐蚀速率阈值的个数。

作为一种实施方式，所述持液率与所述流体流态通过多相流数值模拟获取。

作为一种实施方式，所述第一预设值为50％，以及所述第二预设值大于多个所述子管道的平均持液率。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的管道内腐蚀评价位置的确定方法通过先获取子管道的积水概率、腐蚀概率以及持液率，并利用子管道的积水概率、腐蚀概率，来获取子管道的腐蚀总概率；之后，基于每个子管道对应的腐蚀总概率以及持液率，确定该目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置，并对该位置进行内腐蚀评价，即执行现有技术中所公开的管道内腐蚀直接评价方法中的间接检测步骤。可见，本发明实施例提供的评价方法同时考虑了积水概率、腐蚀概率以及持液率对管道内腐蚀的影响，能准确地确定该目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置，可为管道整体内腐蚀评价提供可靠的判断依据。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种管道内腐蚀评价位置的确定方法，该方法包括：

步骤101：将目标管道划分成多个子管道。

步骤102：获取子管道的积水概率、腐蚀概率以及持液率。

步骤103：将积水概率与腐蚀概率相乘，获取子管道的腐蚀总概率。

步骤104：当子管道的腐蚀总概率大于第一预设值，且持液率大于第二预设值时，确定子管道为目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置。

本发明实施例提供的管道内腐蚀评价位置的确定方法通过先获取子管道的积水概率、腐蚀概率以及持液率，并利用子管道的积水概率与腐蚀概率的乘积，来获取子管道的腐蚀总概率；之后，基于每个子管道对应的腐蚀总概率以及持液率，确定该目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置。可见，本发明实施例提供的评价方法同时考虑了积水概率、腐蚀概率以及持液率对管道内腐蚀的影响，能准确地确定该目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置，可为管道整体内腐蚀评价提供可靠的判断依据。

本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例提供的确定方法，相当于对现有技术所公开的管道内腐蚀直接评价方法中的间接评价过程所进行的改进。也就是说，当本领域技术人员利用本发明实施例提供的方法确定管道中需要内腐蚀评价的位置后，便可对该位置进行内腐蚀评价。

下面对本发明实施例提供的管道内腐蚀评价位置的确定方法的各个步骤进行描述：

在步骤101中，将目标管道划分为多个子管道。

在应用时，对目标管道进行划分的方式可设置成多种形式，举例来说，本发明实施例根据目标管道的高程，将所述目标管道划分为多个所述子管道。

其中，子管道的划分长度影响预测结果(即预测子管道是否易发生内腐蚀)的精度，本发明实施例为了保证预测结果的精度，将子管道的长度设置在5m-30m范围之内，若目标管道所在的地形起伏大的话，子管道的长度不应超过5m。

在步骤102中，获取子管道的积水概率、腐蚀概率以及持液率。

其中，获取子管道的积水概率的方法有多种，作为一种实施方法，本发明实施例获取子管道的积水概率的方法，包括：

步骤a1、获取子管道的实际倾角、该子管道所在管段的最大临界倾角与平均临界倾角。

一方面，具体地，子管道的实际倾角通过如下方法获取，包括：获取子管道的长度以及高差；根据子管道的长度以及高差，并利用以下计算公式计算子管道的实际倾角；实际倾角的计算公式为：

式中：

l——子管道的长度，m；

h——子管道的高差，m。

需要说明的是，子管道的高差指的是，子管道的起、终点的高程差。当子管道的终点高程小于起点高程时，子管道的实际倾角小于0°；反之，大于0°。

另一方面，当子管道的实际倾角大于所在管段的临界倾角(指管段在一定的介质压力和介质流量下，会发生游离水滞留在其内部的最小倾角)时，游离水会在子管道内积存，因此需对子管道积水特征进行描述。

具体地，管段的最大临界倾角以及平均临界倾角通过下述方法获取：获取管段的内流体的平均气体流速、最大气体流速以及最小气体压力；利用平均气体流速、最小气体压力，计算平均临界倾角；利用最大气体流速、最小气体压力，计算最大临界倾角。

其中，平均临界倾角以及最大临界倾角的计算公式为：

式中：

β——平均临界倾角或最大临界倾角,°；

ρ_g——管段内的气体密度，kg/m³；

ρ_l——管段内的液体密度，kg/m³；

V_g——管段内的气体流速，m/s；

g——重力加速度，9.81m/s²；

D_i——管段的内径，m。

其中，气体密度的计算公式为：

式中：

P——管段内的气体压力，MPa；

MW——气体分子量，g/mol；

R——普适气体常数，8.314J/(mol·K)；

T——管段内的气体温度，K；

Z——管段内的气体压缩因子；

需要说明的是，平均临界倾角对应平均气体流速，最大临界倾角对应最大气体流速与最小气体压力。即当气体流速为管段内的平均气体流速时，可根据上述公式计算出平均临界倾角的大小；当气体流速为管段内的最大气体流速，以及气体压力为管段内的最小气体压力时，可根据上述计算公式计算出最大临界倾角。

本领域人员可以理解的是，管段内的液体密度可通过取样分析的方法获取；管段内的气体流速、气体压力、气体温度均可通过读取相关测量仪表而获取；气体分子量可通过化学分析法获取，当管段内的天然气的甲烷含量大于80％时，可认为气体分子量为16g/mol；管段内的一个气体压力、气体温度对应一个气体压缩因子，气体压缩因子可通过查表或数学计算方法获取。

步骤b1、根据实际倾角、最大临界倾角、平均临界倾角，并利用以下计算公式计算积水概率；

积水概率的计算公式为：

式中：

P_S——子管道的积水概率；

α——子管道的实际倾角,°；

——子管道所在管段的平均临界倾角,°；

β_max——子管道所在管段的最大临界倾角,°；

——自变量为/>的标准正态分布函数。

由于天然气管道内的介质流动为非稳定流动，同一点每时每刻的介质流速都在变化，由上述管段的临界倾角计算公式可知，临界倾角也在不断变化。即管段上某一点的临界倾角以其平均临界倾角为中心上下波动，变化范围最大不超过最大临界倾角。而管段的临界倾角的波动使得对子管道的积液可能性的判断也存在不确定性，这种不确定性可定义为积水概率。

其中，积水概率的计算公式为：

从上述积水概率的计算公式可知，子管道的实际倾角与所在管段的临界倾角的差值可近似认为服从标准正态分布，其标准误差为则标准化公式为/>即的值服从标准正态分布，可通过标准正态分布函数，例如查阅标准正态分布表，可间接获取子管道的积水概率。

上面是对获取子管道的积水概率的方法进行说明，下面对如何获取子管道的腐蚀概率进行说明。

具体地，腐蚀概率通过以下方法获取：

步骤a2、采用多个不同类型的腐蚀速率预测模型，分别求取每个子管道的腐蚀概率，对应获得多个子腐蚀概率。

按照酸性腐蚀介质中的种类以及含量，可将集输气管道分成三类，分别为：①H₂S腐蚀为主的管道，即CO₂分压与H₂S分压的比值小于20；②多因素协同作用造成内腐蚀的管道，即CO₂分压与H₂S分压的比值在20-500之间；③CO₂腐蚀为主的管道，即CO₂分压超过H₂S分压500倍以上。

其中，当目标管道为H₂S腐蚀为主的管道以及多因素协同作用造成内腐蚀的管道时，适用于该目标管道的腐蚀速率预测模型为Anderko、Teevens和SwRI等模型；而当目标管道为CO₂腐蚀为主的管道时，适用于该目标管道的腐蚀速率预测模型为DWM、Nesic和NORSOK等模型。

上述各个模型为本领域人员所熟知的，例如Anderko模型可参见中国石油大学博士研究生王璐琨毕业论文《天然气组分在含醇水溶液中溶解度的测定及模型化研究》；Teevens模型和Nesic模型可参见SankaraPapavinasam《Corrosion Control in the Oiland Gas Industry》一书；NWM模型和NORSOK模型可参见2005年中国腐蚀与防护学报第2期张国安的《油气田中CO₂腐蚀的预测模型》；SwRI模型可参见浙江大学硕士研究生杨咏妍毕业论文《海底管道溢油风险评价体系的研究》。本领域技术人员通过参考上述文献，即可采用上述各类型的模型来获取子管道的腐蚀速率。

需要说明的是，在应用时，可通过上述一种或几种腐蚀速率预测模型来对应获取子管道的子腐蚀概率，并利用权重求和的方式来获得子管道的腐蚀概率。

若只采用一个腐蚀速率预测模型来获取子管道的腐蚀概率时，w_i取值为1；若采用多个腐蚀速率预测模型时各个模型的w_i的取值范围0～1，且各个w_i的值可根据腐蚀介质的含量进行设置，并保证所有w_i的总和为1。

需要说明的是，当采用多个腐蚀速率预测模型来获取子管道的腐蚀概率时，若目标管道为H₂S腐蚀为主的管道以及多因素协同作用造成内腐蚀的管道，子管道所采用的多个腐蚀速率预测模型可在Anderko、Teevens和SwRI等模型中进行选择；若目标管道为CO₂腐蚀为主的管道，子管道所采用的多个腐蚀速率预测模型可在DL、Nesic、NORSOK和BP等模型中进行选择。

步骤b2、根据多个子腐蚀概率，并利用以下计算公式，获取腐蚀概率。

其中，腐蚀概率的计算公式为：

式中：

i——腐蚀效率预测模型的序号；

m——腐蚀效率预测模型的个数；

P_i——序号为i的腐蚀效率预测模型对应的子腐蚀概率；

W_i——序号为i的腐蚀效率预测模型对应的权重系数。

更进一步地，子腐蚀概率通过如下方法获得：

步骤a3、在目标管道内依次输送n组性质不同的流体，对应获取n组第一信息，第一信息包括：流体的起点温度、终点温度、起点流量、终点流量，且n指大于或等于1000的整数。

其中，目标管道的起点温度、起点流量、终点温度与终点流量指的是天然气在目标管道起点的温度、压力，以及目标终点的温度、压力。

步骤b3、根据n组所述第一信息，并利用多相流数值模拟方法来一一对应获取每个子管道对应的n组第二信息，第二信息包括流体在子管道内的温度与压力。

需要说明的是，一组第一信息对应一组第二信息，即每组第一信息均通过多相流数值模拟方法来获取一组与之相对应的第二信息。

其中，多相流数值模拟为本领域所常见的，并且目前已经针对该多相流数值模拟的实施出现了多种类型的模拟软件，例如OLGA软件(该软件可从美国Schlumberger公司购买获取)、Pipephase软件(该软件可从美国SimSci公司购买获取)等，通过将目标管道的起始气体压力、起始气体温度、终点气体压力以及终点气体温度等参数输入到上述软件中，即可模拟管道内的多相流体运动情况，从而获得管道内某一位置的相关参数(例如温度，压力等)。

步骤c3、根据n组所述第二信息，并利用腐蚀速率预测模型来一一对应获取每个子管道对应的n个腐蚀速率。

需要说明的是，一组第二信息对应一个腐蚀速率，即每组第二信息均通过腐蚀速率预测模型来获取一个与之相对应的腐蚀速率。

步骤d3、根据预设的腐蚀速率阈值与n个腐蚀速率来获取子腐蚀概率。

子腐蚀概率的计算公式为：

式中：

P_i——子腐蚀概率；

a——腐蚀速率中大于或等于所述腐蚀速率阈值的个数。

当子管道内存在腐蚀介质和游离水时，会导致子管道发生内腐蚀。但对于管道内腐蚀管理来说，更关注子管道的腐蚀速率是否超过控制腐蚀速率，即子管道是否易发生内腐蚀。故，本发明实施例采取数学概率的方法来判断目标管道的每个子管道是否易发生内腐蚀，具体为：先获取子管道在不同温度、压力下的n个腐蚀速率；找出这n个腐蚀速率中大于或等于腐蚀速率阈值的数量，记作a；之后，计算得出a与n的比值，该比值即为子管道的子腐蚀概率。

其中，腐蚀速率阈值可根据目标管道的实际情况进行设定，一般不超过0.1mm/a(即毫米/年)。

该步骤中的每个子管道的持液率与所述流体态通过多相流数值模拟获取。

在步骤103中，将积水概率与腐蚀概率相乘，获取子管道的腐蚀总概率。

在步骤104中，当子管道的腐蚀总概率大于第一预设值，且持液率大于第二预设值时，确定子管道为目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置。

具体地，根据上述步骤获取的腐蚀总概率、持液率以及流体流态，确定目标管道中需要内腐蚀评价的至少一个子管道，即确定目标管道中需要内腐蚀评价的位置。

需要说明的是，本发明实施例提供的确定方法可为现有技术所公开的管道内腐蚀直接评价方法中的间接评价方法，也就是说本领域技术人员执行管道内腐蚀直接评价方法中的预评价步骤后，可执行本发明实施例提供的预测方法(即执行内腐蚀直接评价方法中的间接评价步骤)，之后再执行直接检验步骤，即对所确定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等。

作为一种实施方式，该步骤104中的第一预设值为50％以及大于多个子管道的平均持液率。

具体地，当子管道的流体流态为段塞流，腐蚀总概率大于50％，以及持液率大于多个子管道的平均持液率时，说明该子管道易发生内腐蚀，故需要对其进行内腐蚀评价，即进行管道内腐蚀直接评价中的第三个步骤。该种实施方式可有效、快速地确定目标管道中需要内腐蚀评价的位置。

在实施时，为了能有效确定目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置以及为了及时在管道发生内腐蚀前检测出其发生内腐蚀的位置，本步骤104又包括：

步骤1041、根据目标管道内的流体性质，沿轴向依次确定多个管段划分点。

其中，目标管道的流体性质包括流体的压力、温度以及流量等。若在目标管道上设置为进气点、出气点、变径点、化学剂注入点，以及安装有三通、阀室(即用于控制目标管道的介质温度、压力、流量的操作室)等附属设施，这会引起目标管道的介质压力、介质温度发生凸变，对此，本发明实施例以进气点、出气点、变径点、化学剂注入点，三通、阀室等引起目标管道发生压力、温度凸变的附属设施为划分点，来对目标管道进行划分。

步骤1042、以管段划分点为分界点，将目标管道划分成多个管段。

其中，管段的个数与管段划分点有关，而管段划分点又与支线进出点、化学试剂注入点、三通、阀室等的个数相关。举例来说，若目标管道上设置有一个支线进出点和一个化学试剂注入点，则目标管道上具有两个管段划分点，相应地，以这两个管段划分点为分界点，将目标管道划分成三个管段。

需要说明的是，一个管段对应一个平均临界倾角和一个最大临界倾角，即一个管段下的多个子管道的临界倾角均相同。

步骤1043、根据管段内部的流体流态，将管段划分为多个子管段。

其中，流体流态包括分层流、段塞流等多种流态，其中，流态呈分层流的流体对管道的内表面的冲刷能力要大于流态呈段塞流的流体的冲刷作用，即流态呈段塞流的流体更易引起管道的内腐蚀。在该步骤中，可采用多相流模拟方法来获取每个管段内部的流体流态。

步骤1044、在每个子管段中查找子管道，并将子管道确定为目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置。

具体为，先查找每个子管段中腐蚀总概率大于第一预设值，且持液率大于第二预设值的多个子管道，并把该多个子管道确定为目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置。

在应用时，可先利用本发明实施例提供的方法进行预选择，即先获取每个子管段中腐蚀总概率大于50％，且持液率大于平均持液率的多个子管道。然后，从上述多个子管道中挑选若干个持液率以及腐蚀总概率最大的子管道。其中，所要挑选子管道的个数应满足如下要求：

当目标管道的长度为0.1km～10.0km时，所要挑选子管道的个数至少为4个；当目标管道的长度为10.1km～50.0km时，所要挑选子管道的个数至少为8个；当目标管道的长度为50.1km～100.0km时，所要挑选子管道的个数至少为12个；当目标管道的长度为100.1km～500.0km时，所要挑选子管道的个数至少为18个；当目标管道的长度大于500.0km时，所要挑选子管道的个数至少为30个。

其次，考虑上述所选的每个子管道的所处地形是否符合开挖条件，以及未被预选或者挑选的子管道中是否之前发生过修复、内腐蚀泄漏，或者是否安装有易积液的部件(例如三通)等情况。若某一个子管道被岩石覆盖，则说明该子管道不适合进行内腐蚀评价；若某一个子管道之前发生过子管道修复或内腐蚀泄漏，也要进行内腐蚀评价；若某一子管道上设置有三通，还需要对该子管道进行内腐蚀评价。

最后，根据挑选结果以及考虑的结果，对挑选的子管道进行内腐蚀评价。

实施例

基于本发明实施例提供的方法，本实施例以某一个管道为例，对其如何进行内腐蚀评价位置的确定进行说明。

该目标管道输送介质为含硫湿气，全长为3.58km，且沿线有一处支线进出点。由于该目标管道含硫量大(即H₂S分压达到0.55MPa)，且未加注缓蚀剂。则，对该目标管道进行内腐蚀预测的方法具体为：

(1)获取子管道以及子管段

由于该目标管道所在的地形有一定的起伏，综合考虑后，每个子管道的长度不超过20m，并根据目标管道的测绘数据将其划分189个子管道，且支线进气点为表1中编号为115和116子管道的分界点。

由于该目标管道具有一个管段划分点，先将目标管道划分成2个管段；之后，利用多相流数值模拟将每个管段分为多个子管段。其中，表1为该目标管道的子管道以及子管段的划分表格。

表1

/>

(2)获取子管道的持液率

利用多相流数值模拟将对本实施例目标管道进行流场模拟分析，所用模拟参数见下表所示：

表2

类型	数据
		管道长度(km)	3.215
管道规格(mm)	168.3×11
		起点输气量(万方/天)	52
终点输气量(万方/天)	57
		游离水含量(方/天)	0.08
起点压力(MPa)	7.55
		终点压力(MPa)	7.1
起点温度(℃)	31.54
		甲烷(mol％)	84.045
乙烷(mol％)	0.07
		H₂S含量(mol％)	6.54
CO₂含量(mol％)	8.98
		氮(mol％)	0.35
氦(mol％)	0.009
		氢(mol％)	0.006

其中，每个子管道的持液率如表3所示。

表3

/>

(3)获取子管道的积水概率

首先，按照上述计算子管道的实际倾角的公式来获取每个子管道的实际倾角，则目标管道的各个子管道的实际倾角如表4所示，其中表4中的倾角指的是实际倾角。

表4

以编号为21的子管道为例，其实际倾角的获取过程为：

该子管道的长度l＝29.675m，高差h＝17.87m，则由计算公式得到其实际倾角/>

其他子管道的实际倾角均可按此方法获取。

需要说明的是，表4中的里程指的是，该子管道与目标管道起点的距离。

其次，按照上述计算子管道的临界倾角的公式来分别计算子管道的最大临界倾角和平均临界倾角。

由于该目标管道有一个支线进气点，将目标管道划分正两个管段，需对应获取每个管段所对应的大临界倾角和平均临界倾角。

位于支线进气点前的管段计算参数为：最小子管道内的气体压力P为7.43MPa，最大子管道内的气体流速V_g为5.4m/s，子管道内径D_i为0.1463m，子管道内的液体密度ρ_l为1g/cm³，重力加速度g为9.81m/s²，子管道内的气体温度T为304.54K，气体的分子量MW为16g/mol，常数R为8.314Pa·m³/(mol·K)，气体压缩因子Z取0.9975。代入上述计算子管道的临界倾角的公式，则子管道内的气体密度ρ_g、子管道的最大临界倾角β_max为：

即编号小于或等于115的子管道的最大临界倾角为40.8°；同样地，按管道内的平均气体流速为2.8m/s，则计算得到编号小于或等于115的子管道的平均临界倾角为9.6°。

位于支线进气点后的管段计算参数为：最小子管道内的气体压力P为7.21MPa，最大子管道内的气体流速V_g为6.1m/s，子管道内径D_i为0.1463m，子管道内的液体密度ρ_l为1g/cm³，重力加速度g为9.81m/s²，子管道内的气体温度T为304.54K，气体的分子量MW为16g/mol，常数R为8.314Pa·m³/(mol·K)，气体压缩因子Z取0.9975。代入上述计算子管道的临界倾角的公式，则编号等于或大于116的子管道的最大临界倾角为55.4°；同样地，按管道内的平均气体流速为3.6m/s计算得到编号等于或大于116的子管道的平均临界倾角为14.7°。

其次，计算子管道的实际倾角与平均临界倾角的差值，如表5所示，其中表5中的倾角差指的是实际倾角与平均临界倾角的差值，单位为°。

表5

/>

则，编号小于或等于115的子管道的标准误差编号等于或大于116的子管道的标准误差/>以标准化值取标准正态分布函数，计算得到子管道的积水概率值如表6所示：/>

表6

/>

以编号为21的子管道为例，其积水概率的获取过程为：

由于该子管道的编号小于115，故该子管道的实际倾角为37.03°、最大临界倾角40.8°、平均临界倾角9.6°、标准误差31.2°，代入上述计算标准化公式计算如下：

即该标准正态分布函数Φ(4.97)的值为该子管道的积水概率，其中，可通过查找标准正态分布表，来获该子管道的积水概率为1.00。

其他子管道的积水概率均可按上述计算过程获取。

(4)获取子管道的腐蚀概率

由于目标管道的输送介质为含硫湿气，且H₂S分压达到0.55MPa，CO₂分压与H₂S分压比小于20，属于H₂S腐蚀为主的管道。并设定控制腐蚀速率为0.1mm/a。

根据经验认为，采用SwRI模型来预测子管道的腐蚀速率。其中，该SwRI模型为：

式中：

——腐蚀速率，mm/a；

k——修正系数，根据经验确定；

C_I——防蚀因子，未加缓蚀剂时取1；

O₂——子管道内O₂的浓度，单位ppm；

pH——子管道内液体的pH值；

——子管道内体系中CO₂分压，Mpa；

——子管道内体系中H₂S分压，Mpa。

其中，O₂的浓度、pH可通过取样分析得到；指的是子管道输送天然气的压力与CO₂摩尔分数的乘积；/>指的是子管道输送天然气的压力与H₂S摩尔分数的乘积。

首先，通过多相流模拟软件对每个子管道分别进行1000次模拟分析，获取每个子管道1000组的第二管道信息。

由于SwRI模型没有考虑温度因素，将子管道的每个第二管道信息中的压力值代入SwRI模型中，并计算得到每个子管道的管段的1000个腐蚀速率。需要说明的是，当采用其他腐蚀速率预测模型时会用到温度和压力参数。

其次，统计每个子管道中腐蚀速率大于等于控制腐蚀速率0.1mm/a的数量a；并计算a/1000的比值。

由于只采用了一个腐蚀速率的预测模型，权重因子wi为1，故该目标管道所对应的子管道的腐蚀概率P＝P₁。

则，每个子管道的腐蚀概率的计算结果如表7所示：

表7

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以编号为21的子管道为例，其腐蚀概率的获取过程为：

已知SwRI模型中的修正系数取值为3，防蚀因子取值为1，CO₂摩尔分数为8.86％，H₂S摩尔分数为6.85％，O₂的浓度为100ppm，pH值为4.37。

先对该子管道进行多相流模拟分析1000次，对应获取子管道的1000个压力值。其中，某次得到子管道的压力为7.5398Mpa。将上述已知条件代入SwRI模型中计算得到预测腐蚀速率为0.284mm/a。

将多相流模拟分析得到的1000次结果分别代入计算，统计大于等于控制腐蚀速率0.1mm/a的预测腐蚀速率共有801个。则编号为21的子管道的腐蚀概率为801/1000＝0.801。

其他子管道的腐蚀概率均可按上述计算过程获取。

(4)获取子管道的腐蚀总概率

由管道各个子管道的积水概率和腐蚀概率的乘积即可得腐蚀总概率，其中，各个子管道的腐蚀总概率的大小见表8：

表8

/>

(5)确定需要内腐蚀评价的子管道

根据每个子管段的持液率和腐蚀总概率大小，同时考虑管线实际情况，确定本实施例管线内腐蚀评价的最终位置，如下表9所示。

表9

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种管道内腐蚀评价位置的确定方法，其特征在于，所述方法包括：

将目标管道划分成多个子管道；

获取所述子管道的积水概率、腐蚀概率以及持液率；所述腐蚀概率通过以下方法获取：采用多个不同类型的腐蚀速率预测模型，分别求取每个所述子管道的腐蚀概率，对应获得多个子腐蚀概率；根据多个所述子腐蚀概率，获取所述腐蚀概率；其中，所述子腐蚀概率通过如下方法获得：在所述目标管道内依次输送n组性质不同的流体，对应获取n组第一信息，所述第一信息包括：流体的起点温度、终点温度、起点流量、终点流量，且n指大于或等于1000的整数；根据n组所述第一信息，并利用多相流数值模拟方法来一一对应获取每个所述子管道对应的n组第二信息，所述第二信息包括：流体在所述子管道内的温度与压力；根据n组所述第二信息，并利用所述腐蚀速率预测模型来一一对应获取每个所述子管道对应的n个腐蚀速率；根据预设的腐蚀速率阈值与n个所述腐蚀速率来获取所述子腐蚀概率；所述子腐蚀概率的计算公式为：

P _i=

式中：P _i——所述子腐蚀概率；a——所述腐蚀速率中大于或等于所述腐蚀速率阈值的个数；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述子管道为所述目标管道中需要进行内腐蚀评价的位置，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标管道的高程，将所述目标管道划分为多个所述子管道。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述子管道的长度为5m-30m。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述子管道的积水概率，包括：

所述积水概率的计算公式为：

（/>）

式中：

P_S——所述子管道的积水概率;

α——所述子管道的实际倾角,°;

——所述子管道所在所述管段的平均临界倾角,°；

——所述子管道所在所述管段的最大临界倾角,°；

——自变量为/>的标准正态分布函数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取所述子管道的实际倾角，包括：

获取所述子管道的长度以及高差；

所述实际倾角的计算公式为：

式中：

l——所述子管道的长度，m；

h——所述子管道的高差，m。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述最大临界倾角以及所述平均临界倾角通过下述方法获取：

所述平均临界倾角以及最大临界倾角的计算公式为：

式中：

β——所述平均临界倾角或所述最大临界倾角,°;

——所述管段内的气体密度，kg/m³；

——所述管段内的液体密度，kg/m³；

——所述管段内的气体流速，m/s；

——重力加速度，9.81m/s²；

——所述管段的内径，m；

其中，所述气体密度的计算公式为：

式中：

P——所述管段内的气体压力，MPa；

MW——所述管段内的气体分子量，g/mol；

R——普适气体常数，8.314J/(mol·K)；

T——所述管段内的气体温度，K；

Z——所述管段内的气体压缩因子。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据多个所述子腐蚀概率，获取所述腐蚀概率包括：

所述腐蚀概率的计算公式为：

式中：

i——所述腐蚀速率预测模型的序号；

m——所述腐蚀速率预测模型的个数；

P _i——序号为i的所述腐蚀速率预测模型对应的子腐蚀概率；

W _i——序号为i的所述腐蚀速率预测模型对应的权重系数。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述持液率与所述流体流态通过多相流数值模拟获取。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预设值为50%，以及所述第二预设值大于多个所述子管道的平均持液率。