高含硫天然氣集輸管道腐蝕與泄漏定量風(fēng)險研究

【摘要】： 本文結(jié)合“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”國家科技重大專項“高含硫氣藏安全高效開發(fā)技術(shù)研究”項目(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)險研究,通過理論研究、數(shù)值計算和計算機(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)險定量預(yù)測、腐蝕泄漏預(yù)警研究、腐蝕泄漏風(fēng)險評價指標(biāo)體系及方法、腐蝕泄漏檢測優(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)對內(nèi)腐蝕的影響,用灰色關(guān)聯(lián)度方法辨識內(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)險定量預(yù)測 應(yīng)用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法定量預(yù)測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)場一致性和模型有效性對CFD模擬的影響。實現(xiàn)對多種工況高含硫天然氣泄漏后果的預(yù)測。預(yù)測結(jié)果表明,各種工況下人員中毒風(fēng)險較大,且明顯高于可燃?xì)怏w燃爆風(fēng)險。提出復(fù)雜山區(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)建真實地形CFD網(wǎng)格。實現(xiàn)對高含硫天然氣復(fù)雜山區(qū)地形擴(kuò)散后果的真實預(yù)測,并以某泄漏工況為例,預(yù)測山區(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估技術(shù),通過CFD計算泄漏毒氣的實時濃度場,根據(jù)濃度場和暴露時間確定人員暴露劑量,由劑量反應(yīng)模型確定人員死亡百分比。對高含硫天然氣集氣站人員中毒風(fēng)險進(jìn)行定量分析,以某泄漏工況為例,評估人員靜止不動和在應(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)險辨識、腐蝕風(fēng)險預(yù)測預(yù)警及腐蝕穿孔應(yīng)急控制三個階段,并對各階段適用的技術(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)。 建立可用于預(yù)警系統(tǒng)的多種腐蝕速率預(yù)測數(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,并對各種預(yù)測模型的預(yù)測精度進(jìn)行對比,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)險評估指標(biāo)體系 構(gòu)建高含硫天然氣集輸管道腐蝕風(fēng)險評估指標(biāo)體系,由腐蝕指數(shù)評估管道腐蝕相對風(fēng)險。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,每部分又包括若干二級指標(biāo)和三級指標(biāo)。給出各指標(biāo)的詳細(xì)評分標(biāo)準(zhǔn),各項指數(shù)累計評分之和即為管道腐蝕相對風(fēng)險,范圍0~100分,分值越高腐蝕風(fēng)險越小。 為減小評分法的主觀不確定因素,引入層次分析法根據(jù)各評分專家的知識背景、工作經(jīng)歷、專業(yè)特長等因素來確定評分專家對內(nèi)腐蝕指數(shù)、大氣腐蝕指數(shù)和埋地金屬腐蝕指數(shù)的評分權(quán)重。通過權(quán)重與各專家評分值相乘并累計相加得出最后的腐蝕指數(shù)評分結(jié)果,增加了腐蝕指數(shù)評分法的客觀性。 探討管道腐蝕相對風(fēng)險和絕對風(fēng)險的關(guān)系,建立腐蝕指數(shù)相對風(fēng)險值與腐蝕速率及可能導(dǎo)致腐蝕穿孔失效時間的對應(yīng)關(guān)系,使得腐蝕指數(shù)風(fēng)險評估結(jié)果的直觀性得以增加。 5高含硫集輸管道腐蝕泄漏檢測優(yōu)化 提出基于CFD的高含硫天然氣泄漏檢測優(yōu)化方法。以高含硫天然氣集氣站為例,研究氣體檢測報警儀的布置優(yōu)化,構(gòu)建集氣站CFD模型,并將站內(nèi)氣體檢測報警儀設(shè)置為模型中的監(jiān)測點(diǎn),通過對天然氣泄漏及擴(kuò)散過程的數(shù)值模擬獲得各監(jiān)測點(diǎn)的甲烷和硫化氫濃度。據(jù)此對可燃?xì)怏w檢測報警儀布置高度、可燃及有毒氣體檢測報警儀探測有效性及反應(yīng)時間進(jìn)行了分析,提出了高含硫氣田集氣站氣體檢測報警儀布置優(yōu)化的建議。 【關(guān)鍵詞】：高含硫天然氣 集輸管道 腐蝕 泄漏 CFD 風(fēng)險 定量
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TE988.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要9-16
• 第1章 緒論16-22
• 1.1 課題的研究意義16
• 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析16-18
• 1.3 研究的主要內(nèi)容18-19
• 1.4 擬解決的關(guān)鍵問題19
• 1.5 研究方法和技術(shù)路線19-22
• 第2章 高含硫天然氣集輸管道腐蝕因素分析22-41
• 2.1 集輸管道腐蝕模式分析23-27
• 2.2 管道運(yùn)行參數(shù)對內(nèi)腐蝕的影響27-32
• 2.3 集輸管道腐蝕泄漏事故樹分析32-39
• 2.4 本章 小結(jié)39-41
• 第3章 高含硫集輸管道腐蝕泄漏風(fēng)險定量預(yù)測41-76
• 3.1 CFD基本理論41-45
• 3.2 集氣站高含硫天然氣泄漏CFD預(yù)測45-56
• 3.3 高含硫天然氣復(fù)雜山區(qū)地形擴(kuò)散預(yù)測56-67
• 3.4 基于CFD的急性中毒定量評估67-74
• 3.5 本章 小結(jié)74-76
• 第4章 高含硫集輸管道腐蝕泄漏預(yù)警研究76-92
• 4.1 高含硫集輸管道腐蝕穿孔預(yù)警系統(tǒng)76-80
• 4.2 高含硫集輸管道腐蝕穿孔預(yù)警模型80-87
• 4.3 腐蝕降低輸送能力預(yù)警87-91
• 4.4 本章 小結(jié)91-92
• 第5章 高含硫集輸管道腐蝕泄漏風(fēng)險評估體系92-111
• 5.1 管道分段原則93-94
• 5.2 腐蝕泄漏風(fēng)險評估指標(biāo)體系94-103
• 5.3 層次分析方法確定專家評分權(quán)重103-107
• 5.4 腐蝕泄漏相對風(fēng)險與絕對風(fēng)險107-110
• 5.5 本章 小結(jié)110-111
• 第6章 高含硫天然氣集輸管道泄漏檢測優(yōu)化111-120
• 6.1 氣體泄漏檢測優(yōu)化研究現(xiàn)狀111-114
• 6.2 高含硫天然氣泄漏檢測優(yōu)化方法114-115
• 6.3 集氣站高含硫天然氣泄漏檢測優(yōu)化115-119
• 6.4 本章 小結(jié)119-120
• 第7章 結(jié)論及展望120-123
• 7.1 主要研究結(jié)論120-122
• 7.2 建議今后開展的研究122-123
• 參考文獻(xiàn)123-130
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果130-132
• 致謝132-133
• 作者簡介133

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川氣東送,綠色能源大動脈    朱劍紅

重慶氣礦出臺《集輸氣管道管理辦法》    龔方君

高含硫天然氣集輸管道腐蝕與泄漏定量風(fēng)險研究    章博

高含硫天然氣濕氣集輸管道系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險評價及控制    付建民

水驅(qū)低滲油田集輸管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整方法研究    賀鳳云

高壓天然氣非金屬玻璃鋼管承載能力與應(yīng)用研究    南發(fā)學(xué)

復(fù)雜地形條件下的重氣擴(kuò)散研究    曾喜喜

東勝氣田地面集輸管道積液規(guī)律及水合物防治技術(shù)研究    譚林林

川中氣礦濕天然氣集輸管道內(nèi)腐蝕預(yù)測方法研究    劉釗

CO_2驅(qū)水平集輸管道氣液兩相流熱力水力數(shù)值計算及應(yīng)用    劉鑫

塔河油田原油集輸管道防蠟技術(shù)研究    李俊

電加熱集輸技術(shù)研究    朱瑞華

雅克拉氣田集輸管材的CO_2腐蝕研究    王春泉

龍崗氣田集輸管道混輸工藝適應(yīng)性研究    蔡忠明

雙金屬復(fù)合鋼管制備工藝及性能研究    林陽

油田集輸管道CO_2腐蝕規(guī)律和預(yù)測模型研究    劉偉偉

石油集輸管道腐蝕剩余壽命預(yù)測方法研究    翟云皓