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摘要：通過對某石化燃料氣管線泄漏部位進行檢測與分析，發現了泄漏周圍管線腐蝕部位和程度，并利用FLUENT軟件中的RSM模型，對該管道內的沖蝕情況進行流體動力學模擬，得到了沖蝕最嚴重的部位。結合機理，確定腐蝕泄漏主要是酸性腐蝕環境下介質沖刷造成。針對該部位結構提出優化防護對策，達到良好效果。

關鍵詞：腐蝕泄漏；沖刷腐蝕；超聲測厚；流體模擬

0引言

石化企業管線的可靠、安全運行直接影響整個裝置的長周期運行和經濟效益。隨著管線使用期限增加，由沖刷腐蝕造成的泄漏問題時有發生，甚至造成了一些安全事故[1]。因此，研究管線沖蝕機理，對管線的防護、檢測和安全運行意義重大[2]。針對某石化燃料氣總管線泄漏部位，采用宏觀檢查、超聲測厚對其泄漏形貌和泄漏周邊腐蝕程度進行檢測。進而通過建模模擬，介質成分分析確定泄漏原因，并提出優化建議措施。

1泄漏管線檢測

1.1腐蝕泄漏部位

泄漏部位發生在燃料氣管線丁辛醇支管和乙二醇支管交匯處的偏心大小頭焊縫部位。依據宏觀檢查，穿孔位于偏心大小頭焊縫正上端，外壁無明顯腐蝕，穿孔部位腐蝕是由內而外發展導致泄漏。

1.2管線壁厚檢測

超聲測厚是設備管線最常用的腐蝕檢測方法，可直接、快速獲取設備管線厚度，對腐蝕減薄檢測十分有效。本次采用OLYMPUS27MG測厚儀（精度0.01mm）對泄漏部位周圍進行密集測厚，分析該部位周邊腐蝕程度。對泄漏部位焊縫熱影響區進行測厚，結果顯示該焊縫未泄漏部位上部較下部減薄嚴重，上部區域普遍嚴重減薄，最薄部位壁厚僅2.6mm（公稱壁厚7mm），熱影響區壁厚沿焊縫越往下越厚。檢測泄漏部位周圍各交匯管線，檢測管線三通、彎頭、大小頭和直管段腐蝕減薄趨勢，擴檢部位和標識。對各部位檢測均采取密集測厚方法，檢測整個管線周向的厚度值，對比記錄各區域最小厚度值。從檢測結果來看，管線個別部位存在一定的減薄，除三通泄漏部位附近減薄嚴重外，主管直管段最小值為5.6mm，減薄超過1mm，腐蝕明顯。

1.3檢測結果分析

管線泄漏部位周圍熱影響區均存在嚴重腐蝕減薄現象，最小剩余壁厚僅2.6mm，與公稱壁厚（7mm）相比，最大減薄量4.4mm。主管直管段左（南）側壁厚檢測最小剩余壁厚和焊縫部位最薄壁厚約5.6mm，與公稱壁厚相比，腐蝕減薄量為20%，腐蝕明顯。從密集測厚檢測結果來看，泄漏部位及有明顯腐蝕發生的部位周邊，均有明顯腐蝕發生。可以判斷，腐蝕主要為局部腐蝕，可能發生了由介質和沖刷造成的腐蝕。另外，三通支管東側與偏心大小頭焊縫距離只有60mm左右，不符合管線設計安裝的要求。

2流體動力學模擬

2.1介質組分

該燃氣管線兩進口介質分別由乙二醇裝置和丁辛醇裝置來，進入主管線混合，管線運行壓力為0.4MPa，運行溫度為常溫，材料為20#鋼，介質相態均為蒸汽相，管線規格為燃氣主管Ф273×7mm，丁辛醇支管Ф159×5mm，乙二醇細管Ф105×4.5mm。乙二醇裝置介質組分主要為甲烷和乙烯，丁烯醇裝置介質組分主要為氫氣（表2、表3）。

2.2流動特性模擬分析

管線該部位流場變動較大易產生漩渦，采用RSM（ReynoldsStressModel，雷諾應力模型）湍流模型模擬該部位流場。RSM模型更加嚴格的考慮了流線型彎曲、漩渦、旋轉和張力快速變化，對于復雜流動有更高的精度預測的潛力。進而采用Fluent軟件流場模擬平臺上進行數值模擬研究。幾何模型與網格劃分，采用Ansys以管線規格進行建模，流場選用SIMPLE算法求解，計算網格采用四面體主導網格。介質密度、黏度等參數均以實際物料進行設置模擬。邊界條件設定速度入口均為5m/s，壓力出口為0.4MPa。分析結果如圖4所示。由圖中可明顯看出，水平直管流體流入主管線與上直管流體在變徑管處交匯，并形成了回旋湍流區。且介質在主管段中下部有湍流形成和速度增大趨勢。由于管線三通支管東側與偏心大小頭焊縫距離過近，不符合設計要求，提出將主管線向東（右）延長1m、縮短乙二醇裝置進氣管線的建議。同樣，對優化結構進行模擬分析。可以看出，改進方案有明顯改善，異性大小頭部位回流速度降低，減緩了焊縫及熱影響區的壓力。

3泄漏原因分析及建

議措施通過流體動力學模擬分析，在2根進料管線交匯處易形成回旋湍流區，對異形大小頭上部連接處造成沖刷。該部位屬于焊縫及熱影響區較為薄弱，沖刷過程更易造成腐蝕發生。從介質組分和操作條件來分析，二氧化碳和水形成的酸性腐蝕環境是該管線發生腐蝕的主要原因。研究表明，二氧化碳在＜60℃的環境下對碳鋼主要發生局部腐蝕[3]，這與管線密集測厚檢測結果一致。同時，其他醇類物質在水和氧的條件下形成了有機酸腐蝕環境，但是由于這些醇類物質含量較少，為腐蝕發生的次要原因。綜合分析認為，沖刷和介質腐蝕是造成燃料氣管線泄漏和減薄嚴重的原因。針對本次管線泄漏問題，首先建議更換泄漏部位的大小頭，并對三通支管與大小頭安裝不符合要求情況進行整改。泄漏前管線介質形成湍流區位于大小頭焊縫部位，如果將主管線向右延長1m左右，通過速度沿流速方向的模擬分析結果可以看出，改進后的速度分布更平穩一些，速度波動有效的進行后移，避免對管線薄弱造成沖刷。其次，由于介質的腐蝕性在該部位已明顯發展，應開展對燃料氣管線進行全面檢測，排除其他部位安全隱患。

4結束語

針對某管線腐蝕泄漏開展模擬和原因分析，通過全面檢測發現了泄漏位置周圍腐蝕程度，結合流體模擬分析確定了管線受沖刷的影響區域，與檢測結果一致。同時，介質中的腐蝕成分又加速了腐蝕發生，腐蝕泄漏是在介質腐蝕和流體沖刷共同作用下導致的。另外，針對管線腐蝕問題，提出了結構改進建議，模擬結果良好，改進后已投用近1a，測厚結果未發現明顯腐蝕。

參考文獻

［1］劉丹，張國福，付亮.塔頂循環管線腐蝕減薄的原因分析［J］.熱加工工藝，2017，46（6）：256-258.

［2］何興建，李翔，李軍.不同工況下異徑管沖蝕磨損數值模擬研究［J］.腐蝕與防護，2015，36（3）：29-32.

［3］馮蓓，楊敏，李秉風，王棟.二氧化碳腐蝕機理及影響因素［J］.遼寧化工，2010，39（9）：976-979.

作者:莊史 冰潔 劉文彬 裴冬雙 單位:北京化工大學機電工程學院