美國(guó)西南研究院設(shè)計(jì)出可預(yù)測(cè)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算機(jī)模型

?

美國(guó)西南研究院設(shè)計(jì)出可預(yù)測(cè)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算機(jī)模型

美國(guó)西南研究院（SwRI）的工程師開發(fā)出CAsed管道腐蝕模型，即CAPCOM，來(lái)檢測(cè)復(fù)壁管段的腐蝕情況。CAPCOM原理是應(yīng)用有限元法（FEM）對(duì)管道腐蝕情況建立數(shù)學(xué)模型。利用有限元法對(duì)復(fù)雜表面、結(jié)構(gòu)以及天氣系統(tǒng)進(jìn)行建模，把問(wèn)題分解成許多小的、易解決的單元，這些單元就稱為“有限元”。對(duì)這些較小單元的求解，推導(dǎo)出整個(gè)問(wèn)題的近似解。對(duì)于復(fù)壁管道，運(yùn)用有限元法可對(duì)管道完整性、服役壽命和腐蝕風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行更好的預(yù)測(cè)。在一些不能進(jìn)行目測(cè)和內(nèi)檢測(cè)的管段，CAPCOM可為這些管段提供重要的腐蝕信息。通過(guò)評(píng)估復(fù)壁管段處的管地電位，以及主管的腐蝕速率，CAPCOM可幫助人們判定復(fù)壁管段是否得到充分保護(hù)，或是否需要進(jìn)行防護(hù)性維修。CAPCOM可對(duì)復(fù)雜腐蝕情況進(jìn)行建模，包括主套管之間的電解接觸或電解加金屬接觸。對(duì)使用陰極保護(hù)系統(tǒng)的管段，CAPCOM可定量分析陰極保護(hù)系統(tǒng)的防腐蝕效果。當(dāng)主套管發(fā)生電解接觸時(shí)，CAPCOM還可定量管道所需的陰極保護(hù)電流。

同無(wú)套管管道上的陰極保護(hù)系統(tǒng)模型上的參數(shù)一樣，CAPCOM使用基本數(shù)學(xué)輸入?yún)?shù)（如涂層質(zhì)量、管道材質(zhì)、陽(yáng)極輸出和流經(jīng)土壤和電解質(zhì)的電流）。除此之外CAPCOM還添加了套管自身的輸入?yún)?shù)。CAPCOM對(duì)有套管管段和無(wú)套管管段的輸入?yún)?shù)包括尺寸規(guī)格，涂層性能，土壤特性和主套管空隙間的電解特性，同時(shí)還可分析用于保護(hù)主套管的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)。CAPCOM的有限元方法得出了用于預(yù)測(cè)復(fù)壁管段腐蝕狀況的模型方程。利用此模型方程CAPCOM可模擬影響主管的各種工況條件，比如，土壤在復(fù)壁管段附近的不同區(qū)域是如何導(dǎo)電和抑制電流傳導(dǎo)的。當(dāng)為同質(zhì)介質(zhì)建模時(shí)，基于邊界元法的軟件應(yīng)用效果最佳，比如管道附近相同特性的土壤，但當(dāng)為管道附近土壤和含有不同化學(xué)成分及含水量的其他填土材料建模時(shí)，效果不佳。CAPCOM可以通過(guò)對(duì)主套管之間的電阻和電解質(zhì)分別建模來(lái)判定金屬接觸和電解接觸情況。還可對(duì)主套管段的內(nèi)外部涂層漏點(diǎn)進(jìn)行建模。

同人工目測(cè)檢測(cè)相比，CAPCOM花費(fèi)費(fèi)用較少。人工目測(cè)需要移除管道上的表層土，讓套管兩端暴露出來(lái)，用檢測(cè)工具對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)套管尺寸和不同位置，人工目測(cè)檢測(cè)需要花費(fèi)5萬(wàn)-10萬(wàn)美元。相比之下，利用CAPCOM軟件分析管道時(shí)，只需用于分析的相關(guān)工程時(shí)間。初次購(gòu)買這套軟件約耗費(fèi)3.5萬(wàn)美元，但可使無(wú)限次對(duì)管道進(jìn)行評(píng)估。人工目測(cè)檢測(cè)管道還需同時(shí)使用清管器對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)，每公里需花費(fèi)1-2萬(wàn)美元，因?yàn)橛糜诎l(fā)射和接收清管器的站場(chǎng)通常20-50英里遠(yuǎn)，實(shí)際檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)。清管檢測(cè)一般每5年進(jìn)行一次，因此不能有效的檢測(cè)管道腐蝕情況，預(yù)防腐蝕引發(fā)的管道損壞。

CAPCOM需要大量的輸入?yún)?shù)來(lái)模擬復(fù)壁管道的腐蝕狀況，這些參數(shù)通過(guò)實(shí)地測(cè)量獲得，有些參數(shù)很難得到。不過(guò)SwRI團(tuán)隊(duì)對(duì)CAPCOM軟件進(jìn)行公式化處理后解決了這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)某一參數(shù)值無(wú)法獲取時(shí)，用具有可變范圍的標(biāo)稱值代替，這樣就可以在一定范圍內(nèi)對(duì)管道進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)得出該范圍內(nèi)管道腐蝕狀況和管道套管的電極電位。CAPCOM作為一種建模工具，不但能檢測(cè)管道，還可評(píng)價(jià)管道的防腐產(chǎn)品。CAPCOM可對(duì)受自身?xiàng)l件限制很難檢測(cè)的關(guān)鍵管段進(jìn)行檢測(cè)，預(yù)測(cè)管道剩余壽命。

吳超 孫冰源 編譯自Pipeline & Gas Journal官網(wǎng)