燃料气管线泄漏分析模拟及防护探讨范文

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摘要：通过对某石化燃料气管线泄漏部位进行检测与分析，发现了泄漏周围管线腐蚀部位和程度，并利用FLUENT软件中的RSM模型，对该管道内的冲蚀情况进行流体动力学模拟，得到了冲蚀最严重的部位。结合机理，确定腐蚀泄漏主要是酸性腐蚀环境下介质冲刷造成。针对该部位结构提出优化防护对策，达到良好效果。

关键词：腐蚀泄漏；冲刷腐蚀；超声测厚；流体模拟

0引言

石化企业管线的可靠、安全运行直接影响整个装置的长周期运行和经济效益。随着管线使用期限增加，由冲刷腐蚀造成的泄漏问题时有发生，甚至造成了一些安全事故[1]。因此，研究管线冲蚀机理，对管线的防护、检测和安全运行意义重大[2]。针对某石化燃料气总管线泄漏部位，采用宏观检查、超声测厚对其泄漏形貌和泄漏周边腐蚀程度进行检测。进而通过建模模拟，介质成分分析确定泄漏原因，并提出优化建议措施。

1泄漏管线检测

1.1腐蚀泄漏部位

泄漏部位发生在燃料气管线丁辛醇支管和乙二醇支管交汇处的偏心大小头焊缝部位。依据宏观检查，穿孔位于偏心大小头焊缝正上端，外壁无明显腐蚀，穿孔部位腐蚀是由内而外发展导致泄漏。

1.2管线壁厚检测

超声测厚是设备管线最常用的腐蚀检测方法，可直接、快速获取设备管线厚度，对腐蚀减薄检测十分有效。本次采用OLYMPUS27MG测厚仪（精度0.01mm）对泄漏部位周围进行密集测厚，分析该部位周边腐蚀程度。对泄漏部位焊缝热影响区进行测厚，结果显示该焊缝未泄漏部位上部较下部减薄严重，上部区域普遍严重减薄，最薄部位壁厚仅2.6mm（公称壁厚7mm），热影响区壁厚沿焊缝越往下越厚。检测泄漏部位周围各交汇管线，检测管线三通、弯头、大小头和直管段腐蚀减薄趋势，扩检部位和标识。对各部位检测均采取密集测厚方法，检测整个管线周向的厚度值，对比记录各区域最小厚度值。从检测结果来看，管线个别部位存在一定的减薄，除三通泄漏部位附近减薄严重外，主管直管段最小值为5.6mm，减薄超过1mm，腐蚀明显。

1.3检测结果分析

管线泄漏部位周围热影响区均存在严重腐蚀减薄现象，最小剩余壁厚仅2.6mm，与公称壁厚（7mm）相比，最大减薄量4.4mm。主管直管段左（南）侧壁厚检测最小剩余壁厚和焊缝部位最薄壁厚约5.6mm，与公称壁厚相比，腐蚀减薄量为20%，腐蚀明显。从密集测厚检测结果来看，泄漏部位及有明显腐蚀发生的部位周边，均有明显腐蚀发生。可以判断，腐蚀主要为局部腐蚀，可能发生了由介质和冲刷造成的腐蚀。另外，三通支管东侧与偏心大小头焊缝距离只有60mm左右，不符合管线设计安装的要求。

2流体动力学模拟

2.1介质组分

该燃气管线两进口介质分别由乙二醇装置和丁辛醇装置来，进入主管线混合，管线运行压力为0.4MPa，运行温度为常温，材料为20#钢，介质相态均为蒸汽相，管线规格为燃气主管Ф273×7mm，丁辛醇支管Ф159×5mm，乙二醇细管Ф105×4.5mm。乙二醇装置介质组分主要为甲烷和乙烯，丁烯醇装置介质组分主要为氢气（表2、表3）。

2.2流动特性模拟分析

管线该部位流场变动较大易产生漩涡，采用RSM（ReynoldsStressModel，雷诺应力模型）湍流模型模拟该部位流场。RSM模型更加严格的考虑了流线型弯曲、漩涡、旋转和张力快速变化，对于复杂流动有更高的精度预测的潜力。进而采用Fluent软件流场模拟平台上进行数值模拟研究。几何模型与网格划分，采用Ansys以管线规格进行建模，流场选用SIMPLE算法求解，计算网格采用四面体主导网格。介质密度、黏度等参数均以实际物料进行设置模拟。边界条件设定速度入口均为5m/s，压力出口为0.4MPa。分析结果如图4所示。由图中可明显看出，水平直管流体流入主管线与上直管流体在变径管处交汇，并形成了回旋湍流区。且介质在主管段中下部有湍流形成和速度增大趋势。由于管线三通支管东侧与偏心大小头焊缝距离过近，不符合设计要求，提出将主管线向东（右）延长1m、缩短乙二醇装置进气管线的建议。同样，对优化结构进行模拟分析。可以看出，改进方案有明显改善，异性大小头部位回流速度降低，减缓了焊缝及热影响区的压力。

3泄漏原因分析及建

议措施通过流体动力学模拟分析，在2根进料管线交汇处易形成回旋湍流区，对异形大小头上部连接处造成冲刷。该部位属于焊缝及热影响区较为薄弱，冲刷过程更易造成腐蚀发生。从介质组分和操作条件来分析，二氧化碳和水形成的酸性腐蚀环境是该管线发生腐蚀的主要原因。研究表明，二氧化碳在＜60℃的环境下对碳钢主要发生局部腐蚀[3]，这与管线密集测厚检测结果一致。同时，其他醇类物质在水和氧的条件下形成了有机酸腐蚀环境，但是由于这些醇类物质含量较少，为腐蚀发生的次要原因。综合分析认为，冲刷和介质腐蚀是造成燃料气管线泄漏和减薄严重的原因。针对本次管线泄漏问题，首先建议更换泄漏部位的大小头，并对三通支管与大小头安装不符合要求情况进行整改。泄漏前管线介质形成湍流区位于大小头焊缝部位，如果将主管线向右延长1m左右，通过速度沿流速方向的模拟分析结果可以看出，改进后的速度分布更平稳一些，速度波动有效的进行后移，避免对管线薄弱造成冲刷。其次，由于介质的腐蚀性在该部位已明显发展，应开展对燃料气管线进行全面检测，排除其他部位安全隐患。

4结束语

针对某管线腐蚀泄漏开展模拟和原因分析，通过全面检测发现了泄漏位置周围腐蚀程度，结合流体模拟分析确定了管线受冲刷的影响区域，与检测结果一致。同时，介质中的腐蚀成分又加速了腐蚀发生，腐蚀泄漏是在介质腐蚀和流体冲刷共同作用下导致的。另外，针对管线腐蚀问题，提出了结构改进建议，模拟结果良好，改进后已投用近1a，测厚结果未发现明显腐蚀。

参考文献

［1］刘丹，张国福，付亮.塔顶循环管线腐蚀减薄的原因分析［J］.热加工工艺，2017，46（6）：256-258.

［2］何兴建，李翔，李军.不同工况下异径管冲蚀磨损数值模拟研究［J］.腐蚀与防护，2015，36（3）：29-32.

［3］冯蓓，杨敏，李秉风，王栋.二氧化碳腐蚀机理及影响因素［J］.辽宁化工，2010，39（9）：976-979.

作者:庄史 冰洁 刘文彬 裴冬双 单位:北京化工大学机电工程学院