海底管線腐蝕檢測與腐蝕預測的研究.pdf

1、本論文研究內容來源于國家高技術研究發(fā)展計劃(863 計劃)——渤海大油田勘探開發(fā)關鍵技術重大專項“海底管道外探測裝置及其檢測技術”。 海洋是一個腐蝕性極強的環(huán)境，各種鋼鐵設施在海洋環(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比陸地上要嚴重，物理因素、化學因素和生物因素均可導致管線的腐蝕，而且一旦發(fā)生腐蝕破壞，維修極為困難，后果不堪設想。由于海底管線的腐蝕是一種長期緩慢的過程，隨著管線服役時間的增加，管線的腐蝕狀態(tài)

2、如何? 犧牲陽極能否處于正常的工作狀態(tài)?能否達到設計的保護電流密度? 其結果都將嚴重影響管線在設計年限的正常運轉。因此研究海水環(huán)境中常用金屬管線的腐蝕特征、實時檢測管線腐蝕狀態(tài)、預測管線腐蝕速度，對管線的陰極保護系統(tǒng)的設計、運行維護都有重要的意義。盡管目前我國還沒有水深超過200米的海底石油天然氣管線，隨著油氣開采范圍的拓展，深海油氣傳輸將成為現(xiàn)實問題，所以深海管線腐蝕檢測方法的研究，無論技術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陰極保護下海底管線腐蝕狀態(tài)的方法和非線性預測海底管線腐蝕速度的模型。主要研究內容分為海底管線陰極保護電場仿真計算、不接觸測量管線電位和海底管線腐蝕速度預測三部分。論文首先應用邊界元理論仿真計算管線周圍環(huán)境電場和管線表面的分布電位，建立相應的“環(huán)境電場—管線電位數(shù)據(jù)庫”。然后利用虛擬儀器技術開發(fā)了海底管線環(huán)境電場分布電位實時測量系統(tǒng)，通過水下機器人攜帶該測量系統(tǒng)，沿管線方向現(xiàn)場測量海底管線周圍海水的電位分布，

4、進而通過“環(huán)境電場——管線電位數(shù)據(jù)庫”反演獲得海底管線表面的保護電位和保護電流密度分布，從而準確實施海底管線的涂層破損點檢測。最后論文根據(jù)實海環(huán)境數(shù)據(jù)和材料腐蝕數(shù)據(jù)，利用BP人工神經網絡模型建立了金屬管線在海水環(huán)境中腐蝕速度與環(huán)境因素之間的神經網絡預測模型，實現(xiàn)了非線性預測不同海水環(huán)境中金屬管線的腐蝕速度。 數(shù)值仿真計算部分以邊界元方法 (BEM) 為基礎，對腐蝕電場仿真模型進行了推導和計算，該模型可以計算陰極保護下管線的電位和

5、電流密度分布。論文應用Matlab開發(fā)出陰極保護下腐蝕電場仿真計算軟件，根據(jù)仿真計算結果建立“環(huán)境電場—管線電位數(shù)據(jù)庫”，并且通過算例進行了驗證，結果表明本論文所開發(fā)的仿真計算軟件是有效和可行的，為實現(xiàn)不接觸測量管線電位奠定重要基礎。 不接觸測量部分根據(jù)海底管線周圍海水中電場分布電位與管線腐蝕狀態(tài)有顯著相關性，通過海水中電場電位測量和處理可以得到管線的腐蝕狀態(tài)。在深水狀況下，直接測量管道的電極電位具有相當大的困難，而海底管道附近

6、海水中電位分布有其自身的特點，在距海底管道不同位置處電位值不一樣，通過測定海水中電位差，查詢“環(huán)境電場一管線電位數(shù)據(jù)庫”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)。這部分主要內容是建立以軟件為中心的虛擬儀器測量系統(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，并組建成信號測量探頭，對電極的性能進行了全面測試；數(shù)據(jù)采集和信號處理采用船載一體化工作站進行；最后應用 Labview 編制實時測量軟件。測量系統(tǒng)和 ROV 系統(tǒng)集成

7、后對陰極保護下海水環(huán)境電場進行自動測量，將測量結果進行反演，從而實現(xiàn)不接觸測量陰極保護下管線表面電位。分別在青島濱海進行了模擬實驗和渤海實海檢測，測試結果表明該系統(tǒng)在距離海底管線4米內均可以準確測量其周圍的陰極保護電場，檢測出管線表面涂層破損點。海底管線腐蝕速度預測部分是應用人工神經網絡技術于腐蝕研究領域，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 人工神經網絡算法建立海水環(huán)境因素與管線鋼腐蝕速度之間的預測模型。預測軟

8、件采用 LabVIEW中調用 MATLABScript 節(jié)點的方式，利用MATLAB強大的神經元工具箱完成對核心程序的設計，該預測系統(tǒng)可用于非線性預測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領域的推廣應用將是大勢所趨，是潛水、機器人檢測或自動監(jiān)測等手段所無法比擬的。 本文研究的海底管道不接觸測量系統(tǒng)和腐蝕速度預測系統(tǒng)能實現(xiàn)對海底管線陰極保護系統(tǒng)的有效性進行全程實時監(jiān)測和長期的腐蝕速度預測，具有很大的