高含硫天然氣集輸管道腐蝕與泄漏定量風(fēng)險(xiǎn)研究.pdf

1、本文結(jié)合“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“高含硫氣藏安全高效開發(fā)技術(shù)研究”項(xiàng)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(fēng)險(xiǎn)研究，通過理論研究、數(shù)值計(jì)算和計(jì)算機(jī)仿真，在高含硫天然氣集輸管道腐蝕因素分析、腐蝕泄漏風(fēng)險(xiǎn)定量預(yù)測(cè)、腐蝕泄漏預(yù)警研究、腐蝕泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及方法、腐蝕泄漏檢測(cè)優(yōu)化等方面取得較大的研究進(jìn)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(hù)；埋地金屬腐蝕包括地下環(huán)境、陰極保護(hù)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(yùn)行參數(shù)對(duì)內(nèi)腐蝕的影響，用灰色關(guān)聯(lián)度方法辨識(shí)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(duì)高含硫天然氣集輸管道腐蝕因素進(jìn)行系統(tǒng)分析，得出各因素的結(jié)構(gòu)重要度及導(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)定量預(yù)測(cè)
　　 應(yīng)用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法定量預(yù)測(cè)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(fēng)場(chǎng)一致性和模型有效性對(duì)CFD模擬的影響。實(shí)現(xiàn)對(duì)多種工況高含硫天然氣泄漏后果的預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，各種工況下人員中毒風(fēng)險(xiǎn)較大，且明顯高于可燃?xì)怏w燃爆風(fēng)險(xiǎn)。
　　 提出復(fù)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(duì)應(yīng)于經(jīng)度、緯度和海拔高度的坐標(biāo)，確定參考點(diǎn)并轉(zhuǎn)換為平面直角xyz坐標(biāo)并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建真實(shí)地形CFD網(wǎng)格。實(shí)現(xiàn)對(duì)高含硫天然氣復(fù)雜山區(qū)地形擴(kuò)散后果的真實(shí)預(yù)測(cè)，并以某泄漏工況為例，預(yù)測(cè)山區(qū)地形高含硫天然氣泄漏后30 min內(nèi)的擴(kuò)散后果。
　　 提出CFD與中毒劑量反應(yīng)模型結(jié)合的人員急性中毒定量評(píng)估技術(shù)，通過CFD計(jì)算泄漏毒氣的實(shí)時(shí)濃度場(chǎng)，根據(jù)濃度場(chǎng)和暴露時(shí)間確定人員

5、暴露劑量，由劑量反應(yīng)模型確定人員死亡百分比。對(duì)高含硫天然氣集氣站人員中毒風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量分析，以某泄漏工況為例，評(píng)估人員靜止不動(dòng)和在應(yīng)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(yù)警方法
　　 提出高含硫天然氣集輸管道腐蝕穿孔預(yù)警技術(shù)方案，包括集輸管道腐蝕風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、腐蝕風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)警及腐蝕穿孔應(yīng)急控制三個(gè)階段，并對(duì)各階段適用的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)分析，可為相關(guān)預(yù)警及應(yīng)急提供可靠的決策依據(jù)。
　　 建立可

6、用于預(yù)警系統(tǒng)的多種腐蝕速率預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)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(duì)各種預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行對(duì)比，可為腐蝕泄漏預(yù)警提供決策參考。
　　 提出基于剩余強(qiáng)度評(píng)估的腐蝕降低管道輸送能力預(yù)警方法，明確腐蝕管道預(yù)警事件分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)預(yù)警閾值。
　　 4.高含硫集輸管道腐蝕泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系
　　 構(gòu)建高含硫天然氣集輸管道腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，由腐蝕指數(shù)評(píng)估管道腐蝕相

7、對(duì)風(fēng)險(xiǎn)。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(jí)指標(biāo)和三級(jí)指標(biāo)。給出各指標(biāo)的詳細(xì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)指數(shù)累計(jì)評(píng)分之和即為管道腐蝕相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)，范圍0～100分，分值越高腐蝕風(fēng)險(xiǎn)越小。
　　 為減小評(píng)分法的主觀不確定因素，引入層次分析法根據(jù)各評(píng)分專家的知識(shí)背景、工作經(jīng)歷、專業(yè)特長(zhǎng)等因素來確定評(píng)分專家對(duì)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(píng)分權(quán)重。通過權(quán)重與各專家評(píng)分值相乘并累計(jì)相加得出

8、最后的腐蝕指數(shù)評(píng)分結(jié)果，增加了腐蝕指數(shù)評(píng)分法的客觀性。，
　　 探討管道腐蝕相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)和絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，建立腐蝕指數(shù)相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值與腐蝕速率及可能導(dǎo)致腐蝕穿孔失效時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使得腐蝕指數(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(cè)優(yōu)化
　　 提出基于CFD的高含硫天然氣泄漏檢測(cè)優(yōu)化方法。以高含硫天然氣集氣站為例，研究氣體檢測(cè)報(bào)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(cè)報(bào)警儀設(shè)置為