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油气管道的腐蚀及预测研究

袁赓

  随着海洋油气开发产业的快速发展,海港油气管道已成为海洋油气开发过程中不可或缺的重要设备。油气钢管服役环境复杂,由于接触油气介质及海水、土壤等环境,服役过程中面临着内外介质的腐蚀而发生油气泄漏事故。由于油气具有易燃、易爆、易毒性等特点,使得油气钢管因腐蚀而产生的危害较大。对油气钢管的腐蚀行为及腐蚀状态预测进行研究,从而制定出恰当的防护措施,已成为确保管道安全运行的有效手段。 根据服役环境的不同,油气钢管的腐蚀分为管道内壁腐蚀和管道外壁环境腐蚀。本文在分析油气管道腐蚀环境的基础上,以Q235B钢和L245钢为研究对象,采用电化学方法研究了管线钢的内腐蚀行为和外部土壤腐蚀行为,并且基于马尔可夫随机过程研究了油气钢管的腐蚀预测方法。首先,建立马尔可夫链预测模型,分别对管道的外防腐层劣化状态和管壁腐蚀状态进行预测;而后,针对油气管道的维修措施问题引入马尔可夫决策过程,确定了油气管道的最优维修策略。本文围绕油气钢管的腐蚀及预测、决策进行研究,主要研究内容和成果包括以下几个方面: (1)模拟大连港油气管道内环境,针对油气管道内壁存在硫化物腐蚀的现状,分别考虑了内腐蚀介质中含硫量、环境温度和介质pH值等主要因素的影响,对管线钢的管内腐蚀行为进行了试验研究。结果表明,Q235B钢和L245钢表现出相似的腐蚀行为。随着含硫量的增加,两者的腐蚀速率先增大后减小。在含硫量为20mg/L时,两者的腐蚀速率最大;含硫量较少时,Q235B钢和L245钢出现点蚀现象,含硫量较高时发生均匀腐蚀,且主要腐蚀产物为Fe3S4。在一定程度上,高含硫量对管线钢具有缓蚀作用;不同含硫量中阻抗谱时间常数的变化,与阻抗谱的退化现象相关。同等条件的腐蚀介质中,L245钢的耐蚀性要优于Q235B钢。不同温度及不同pH值模拟溶液中的测量结果表明,管线钢在该介质中的腐蚀过程受阴极控制。 (2)根据大连港油气管道附近土壤采样分析,模拟饱和水土壤介质,建立“管线钢—土壤”腐蚀环境,对管线钢的土壤腐蚀行为进行了试验研究。结果表明,Q235B钢比L245钢具有更高的热力学稳定性,但L245钢的耐蚀性要优于Q235B钢,这与两者本身材料的差异性相关。腐蚀前期,两者的电化学阻抗谱均表现为高频区出现小容抗、中频区出现大容抗和低频区出现小感抗;腐蚀后期,低频区小感抗表现出逐渐退化至消失的特征。测量期间Q235B钢的腐蚀速率呈现随时间先增大后缓慢递减的趋势,L245钢的腐蚀速率呈现随时间先缓慢减小后急剧减小的趋势。 (3)基于马尔可夫过程的随机理论,建立油气管道外防腐层劣化状态预测方法。根据外防腐层质量状态评价标准划分外防腐层劣化状态,分别建立了单一管段外防腐层劣化状态预测模型和整条管线外防腐层劣化状态分布预测模型。根据外防腐层检测数据确定其初始状态分布,进而求解转移概率矩阵,分别预测了单一管段外防腐层劣化状态及整条管线外防腐层劣化状态分布的发展趋势。 (4)基于马尔可夫过程的随机理论,建立油气钢管管壁腐蚀状态预测方法。根据管体腐蚀损伤评价标准划分管壁腐蚀状态,分别建立了单一管段管壁腐蚀状态预测模型和整条管线管壁腐蚀状态分布预测模型。通过曲线拟合、灰色—马尔可夫链模型分别确定了单一管段和整条管线管壁腐蚀状态的转移概率矩阵,预测了单一管段和整条管线的管壁腐蚀状态发展趋势。 (5)基于马尔可夫决策过程探究油气管道的维修策略。在确定油气管道维修过程中的腐蚀状态划分以后,分析了油气管道的维修措施及相应费用,并采用策略改进算法对马尔可夫决策过程进行求解。在马尔可夫决策过程应用中,结合一条实际运行油气管线,从腐蚀状态划分、维修措施及费用、不同维修策略下转移概率矩阵的计算及马尔可夫决策过程求解等方面进行了深入探讨,制定了该管线的最优维修策略。……   
[关键词]:海港油气管道;管线钢;电化学腐蚀;极化曲线;电化学阻抗谱;马尔可夫随机过程;马尔可夫链;马尔可夫决策过程
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:大连理工大学2011年