海底管線腐蝕檢測(cè)與腐蝕預(yù)測(cè)的研究.pdf

1、本論文研究?jī)?nèi)容來(lái)源于國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863 計(jì)劃)——渤海大油田勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)重大專(zhuān)項(xiàng)“海底管道外探測(cè)裝置及其檢測(cè)技術(shù)”。 海洋是一個(gè)腐蝕性極強(qiáng)的環(huán)境，各種鋼鐵設(shè)施在海洋環(huán)境中極易發(fā)生腐蝕破壞。在海洋環(huán)境下傳輸油氣的金屬管線腐蝕遠(yuǎn)比陸地上要嚴(yán)重，物理因素、化學(xué)因素和生物因素均可導(dǎo)致管線的腐蝕，而且一旦發(fā)生腐蝕破壞，維修極為困難，后果不堪設(shè)想。由于海底管線的腐蝕是一種長(zhǎng)期緩慢的過(guò)程，隨著管線服役時(shí)間的增加，管線的腐蝕狀態(tài)

2、如何? 犧牲陽(yáng)極能否處于正常的工作狀態(tài)?能否達(dá)到設(shè)計(jì)的保護(hù)電流密度? 其結(jié)果都將嚴(yán)重影響管線在設(shè)計(jì)年限的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此研究海水環(huán)境中常用金屬管線的腐蝕特征、實(shí)時(shí)檢測(cè)管線腐蝕狀態(tài)、預(yù)測(cè)管線腐蝕速度，對(duì)管線的陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)都有重要的意義。盡管目前我國(guó)還沒(méi)有水深超過(guò)200米的海底石油天然氣管線，隨著油氣開(kāi)采范圍的拓展，深海油氣傳輸將成為現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，所以深海管線腐蝕檢測(cè)方法的研究，無(wú)論技術(shù)上還是在理論上都具有具有重要意義。

3、本論文首次提出一種非接觸式檢測(cè)陰極保護(hù)下海底管線腐蝕狀態(tài)的方法和非線性預(yù)測(cè)海底管線腐蝕速度的模型。主要研究?jī)?nèi)容分為海底管線陰極保護(hù)電場(chǎng)仿真計(jì)算、不接觸測(cè)量管線電位和海底管線腐蝕速度預(yù)測(cè)三部分。論文首先應(yīng)用邊界元理論仿真計(jì)算管線周?chē)h(huán)境電場(chǎng)和管線表面的分布電位，建立相應(yīng)的“環(huán)境電場(chǎng)—管線電位數(shù)據(jù)庫(kù)”。然后利用虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)了海底管線環(huán)境電場(chǎng)分布電位實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)水下機(jī)器人攜帶該測(cè)量系統(tǒng)，沿管線方向現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量海底管線周?chē)Ｋ碾娢环植迹?/p>

4、進(jìn)而通過(guò)“環(huán)境電場(chǎng)——管線電位數(shù)據(jù)庫(kù)”反演獲得海底管線表面的保護(hù)電位和保護(hù)電流密度分布，從而準(zhǔn)確實(shí)施海底管線的涂層破損點(diǎn)檢測(cè)。最后論文根據(jù)實(shí)海環(huán)境數(shù)據(jù)和材料腐蝕數(shù)據(jù)，利用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立了金屬管線在海水環(huán)境中腐蝕速度與環(huán)境因素之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了非線性預(yù)測(cè)不同海水環(huán)境中金屬管線的腐蝕速度。 數(shù)值仿真計(jì)算部分以邊界元方法 (BEM) 為基礎(chǔ)，對(duì)腐蝕電場(chǎng)仿真模型進(jìn)行了推導(dǎo)和計(jì)算，該模型可以計(jì)算陰極保護(hù)下管線的電位和

5、電流密度分布。論文應(yīng)用Matlab開(kāi)發(fā)出陰極保護(hù)下腐蝕電場(chǎng)仿真計(jì)算軟件，根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果建立“環(huán)境電場(chǎng)—管線電位數(shù)據(jù)庫(kù)”，并且通過(guò)算例進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明本論文所開(kāi)發(fā)的仿真計(jì)算軟件是有效和可行的，為實(shí)現(xiàn)不接觸測(cè)量管線電位奠定重要基礎(chǔ)。 不接觸測(cè)量部分根據(jù)海底管線周?chē)Ｋ须妶?chǎng)分布電位與管線腐蝕狀態(tài)有顯著相關(guān)性，通過(guò)海水中電場(chǎng)電位測(cè)量和處理可以得到管線的腐蝕狀態(tài)。在深水狀況下，直接測(cè)量管道的電極電位具有相當(dāng)大的困難，而海底管道附近

6、海水中電位分布有其自身的特點(diǎn)，在距海底管道不同位置處電位值不一樣，通過(guò)測(cè)定海水中電位差，查詢(xún)“環(huán)境電場(chǎng)一管線電位數(shù)據(jù)庫(kù)”可得到海底管道的表面分布電位，從而獲得管道腐蝕狀態(tài)。這部分主要內(nèi)容是建立以軟件為中心的虛擬儀器測(cè)量系統(tǒng)，首先研制了深海用全固態(tài)銀/氯化銀電極作為參比電極，并組建成信號(hào)測(cè)量探頭，對(duì)電極的性能進(jìn)行了全面測(cè)試；數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理采用船載一體化工作站進(jìn)行；最后應(yīng)用 Labview 編制實(shí)時(shí)測(cè)量軟件。測(cè)量系統(tǒng)和 ROV 系統(tǒng)集成

7、后對(duì)陰極保護(hù)下海水環(huán)境電場(chǎng)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行反演，從而實(shí)現(xiàn)不接觸測(cè)量陰極保護(hù)下管線表面電位。分別在青島濱海進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)和渤海實(shí)海檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)在距離海底管線4米內(nèi)均可以準(zhǔn)確測(cè)量其周?chē)年帢O保護(hù)電場(chǎng)，檢測(cè)出管線表面涂層破損點(diǎn)。海底管線腐蝕速度預(yù)測(cè)部分是應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于腐蝕研究領(lǐng)域，將管線鋼與海水環(huán)境因素作為共同影響腐蝕速度的因素，利用 BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立海水環(huán)境因素與管線鋼腐蝕速度之間的預(yù)測(cè)模型。預(yù)測(cè)軟

8、件采用 LabVIEW中調(diào)用 MATLABScript 節(jié)點(diǎn)的方式，利用MATLAB強(qiáng)大的神經(jīng)元工具箱完成對(duì)核心程序的設(shè)計(jì)，該預(yù)測(cè)系統(tǒng)可用于非線性預(yù)測(cè)管線鋼在不同海域的腐蝕速度，又可以不受水深的局限，因此在海洋腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用將是大勢(shì)所趨，是潛水、機(jī)器人檢測(cè)或自動(dòng)監(jiān)測(cè)等手段所無(wú)法比擬的。 本文研究的海底管道不接觸測(cè)量系統(tǒng)和腐蝕速度預(yù)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)海底管線陰極保護(hù)系統(tǒng)的有效性進(jìn)行全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)期的腐蝕速度預(yù)測(cè)，具有很大的