高含硫天然氣集輸管道腐蝕與泄漏定量風險研究.pdf

1、本文結(jié)合“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”國家科技重大專項“高含硫氣藏安全高效開發(fā)技術(shù)研究”項目(2008ZX05017)所屬課題“高含硫氣田集輸工藝與安全控制技術(shù)”，系統(tǒng)開展高含硫天然氣集輸管道腐蝕與泄漏定量風險研究，通過理論研究、數(shù)值計算和計算機仿真，在高含硫天然氣集輸管道腐蝕因素分析、腐蝕泄漏風險定量預測、腐蝕泄漏預警研究、腐蝕泄漏風險評價指標體系及方法、腐蝕泄漏檢測優(yōu)化等方面取得較大的研究進展。主要研究成果總結(jié)如下：
　　 1.

2、高含硫天然氣集輸管道腐蝕因素分析
　　 高含硫天然氣集輸管道腐蝕影響因素主要為內(nèi)腐蝕、埋地金屬腐蝕和大氣腐蝕。內(nèi)腐蝕影響因素包括產(chǎn)品腐蝕和管道內(nèi)防護；埋地金屬腐蝕包括地下環(huán)境、陰極保護和包覆層；大氣腐蝕包括大氣暴露、大氣類型和包裹層等因素。分析流速、壓力、溫度等管道運行參數(shù)對內(nèi)腐蝕的影響，用灰色關(guān)聯(lián)度方法辨識內(nèi)腐蝕的主要影響因素為硫化氫含量。并用事故樹方法對高含硫天然氣集輸管道腐蝕因素進行系統(tǒng)分析，得出各因素的結(jié)構(gòu)重要度及導致腐

3、蝕失效發(fā)生的最小割集。
　　 2.高含硫集輸管道腐蝕泄漏風險定量預測
　　 應用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法定量預測高含硫天然氣集輸管道泄漏后果，構(gòu)建集氣站高含硫天然氣泄漏CFD模型，并探討網(wǎng)格依賴性、風場一致性和模型有效性對CFD模擬的影響。實現(xiàn)對多種工況高含硫天然氣泄漏后果的預測。預測結(jié)果表明，各種工況下人員中毒風險較大，且明顯高于可燃氣體燃爆風險。
　　 提出復雜山

4、區(qū)地形CFD網(wǎng)格生成技術(shù)。通過處理待建模地區(qū)的GIS數(shù)據(jù)，獲取分別對應于經(jīng)度、緯度和海拔高度的坐標，確定參考點并轉(zhuǎn)換為平面直角xyz坐標并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建真實地形CFD網(wǎng)格。實現(xiàn)對高含硫天然氣復雜山區(qū)地形擴散后果的真實預測，并以某泄漏工況為例，預測山區(qū)地形高含硫天然氣泄漏后30 min內(nèi)的擴散后果。
　　 提出CFD與中毒劑量反應模型結(jié)合的人員急性中毒定量評估技術(shù)，通過CFD計算泄漏毒氣的實時濃度場，根據(jù)濃度場和暴露時間確定人員

5、暴露劑量，由劑量反應模型確定人員死亡百分比。對高含硫天然氣集氣站人員中毒風險進行定量分析，以某泄漏工況為例，評估人員靜止不動和在應急撤退過程中的中毒死亡百分比。
　　 3.高含硫集輸管道腐蝕泄漏預警方法
　　 提出高含硫天然氣集輸管道腐蝕穿孔預警技術(shù)方案，包括集輸管道腐蝕風險辨識、腐蝕風險預測預警及腐蝕穿孔應急控制三個階段，并對各階段適用的技術(shù)方案進行詳細分析，可為相關(guān)預警及應急提供可靠的決策依據(jù)。
　　 建立可

6、用于預警系統(tǒng)的多種腐蝕速率預測數(shù)學模型，包括灰色模型、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、Monte-Carlo模型、灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并對各種預測模型的預測精度進行對比，可為腐蝕泄漏預警提供決策參考。
　　 提出基于剩余強度評估的腐蝕降低管道輸送能力預警方法，明確腐蝕管道預警事件分級標準及相應預警閾值。
　　 4.高含硫集輸管道腐蝕泄漏風險評估指標體系
　　 構(gòu)建高含硫天然氣集輸管道腐蝕風險評估指標體系，由腐蝕指數(shù)評估管道腐蝕相

7、對風險。腐蝕指數(shù)包括大氣腐蝕指數(shù)、內(nèi)腐蝕指數(shù)和埋地金屬腐蝕指數(shù)三部分，每部分又包括一定數(shù)量的二級指標和三級指標。給出各指標的詳細評分標準，各項指數(shù)累計評分之和即為管道腐蝕相對風險，范圍0～100分，分值越高腐蝕風險越小。
　　 為減小評分法的主觀不確定因素，引入層次分析法根據(jù)各評分專家的知識背景、工作經(jīng)歷、專業(yè)特長等因素來確定評分專家對內(nèi)腐蝕指數(shù)、大氣腐蝕指數(shù)和埋地金屬腐蝕指數(shù)的評分權(quán)重。通過權(quán)重與各專家評分值相乘并累計相加得出

8、最后的腐蝕指數(shù)評分結(jié)果，增加了腐蝕指數(shù)評分法的客觀性。，
　　 探討管道腐蝕相對風險和絕對風險的關(guān)系，建立腐蝕指數(shù)相對風險值與腐蝕速率及可能導致腐蝕穿孔失效時間的對應關(guān)系，使得腐蝕指數(shù)風險評估結(jié)果的直觀性得以增加。
　　 5.高含硫集輸管道腐蝕泄漏檢測優(yōu)化
　　 提出基于CFD的高含硫天然氣泄漏檢測優(yōu)化方法。以高含硫天然氣集氣站為例，研究氣體檢測報警儀的布置優(yōu)化，構(gòu)建集氣站CFD模型，并將站內(nèi)氣體檢測報警儀設(shè)置為