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美國西南研究院設(shè)計出可預測腐蝕風險的計算機模型

美國西南研究院（SwRI）的工程師開發(fā)出CAsed管道腐蝕模型，即CAPCOM，來檢測復壁管段的腐蝕情況。CAPCOM原理是應(yīng)用有限元法（FEM）對管道腐蝕情況建立數(shù)學模型。利用有限元法對復雜表面、結(jié)構(gòu)以及天氣系統(tǒng)進行建模，把問題分解成許多小的、易解決的單元，這些單元就稱為“有限元”。對這些較小單元的求解，推導出整個問題的近似解。對于復壁管道，運用有限元法可對管道完整性、服役壽命和腐蝕風險進行更好的預測。在一些不能進行目測和內(nèi)檢測的管段，CAPCOM可為這些管段提供重要的腐蝕信息。通過評估復壁管段處的管地電位，以及主管的腐蝕速率，CAPCOM可幫助人們判定復壁管段是否得到充分保護，或是否需要進行防護性維修。CAPCOM可對復雜腐蝕情況進行建模，包括主套管之間的電解接觸或電解加金屬接觸。對使用陰極保護系統(tǒng)的管段，CAPCOM可定量分析陰極保護系統(tǒng)的防腐蝕效果。當主套管發(fā)生電解接觸時，CAPCOM還可定量管道所需的陰極保護電流。

同無套管管道上的陰極保護系統(tǒng)模型上的參數(shù)一樣，CAPCOM使用基本數(shù)學輸入?yún)?shù)（如涂層質(zhì)量、管道材質(zhì)、陽極輸出和流經(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對有套管管段和無套管管段的輸入?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，同時還可分析用于保護主套管的陰極保護設(shè)計。CAPCOM的有限元方法得出了用于預測復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，土壤在復壁管段附近的不同區(qū)域是如何導電和抑制電流傳導的。當為同質(zhì)介質(zhì)建模時，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，但當為管道附近土壤和含有不同化學成分及含水量的其他填土材料建模時，效果不佳。CAPCOM可以通過對主套管之間的電阻和電解質(zhì)分別建模來判定金屬接觸和電解接觸情況。還可對主套管段的內(nèi)外部涂層漏點進行建模。

同人工目測檢測相比，CAPCOM花費費用較少。人工目測需要移除管道上的表層土，讓套管兩端暴露出來，用檢測工具對管道內(nèi)部進行檢測。根據(jù)套管尺寸和不同位置，人工目測檢測需要花費5萬-10萬美元。相比之下，利用CAPCOM軟件分析管道時，只需用于分析的相關(guān)工程時間。初次購買這套軟件約耗費3.5萬美元，但可使無限次對管道進行評估。人工目測檢測管道還需同時使用清管器對管道進行內(nèi)檢測，每公里需花費1-2萬美元，因為用于發(fā)射和接收清管器的站場通常20-50英里遠，實際檢測時間較長。清管檢測一般每5年進行一次，因此不能有效的檢測管道腐蝕情況，預防腐蝕引發(fā)的管道損壞。

CAPCOM需要大量的輸入?yún)?shù)來模擬復壁管道的腐蝕狀況，這些參數(shù)通過實地測量獲得，有些參數(shù)很難得到。不過SwRI團隊對CAPCOM軟件進行公式化處理后解決了這個問題。當某一參數(shù)值無法獲取時，用具有可變范圍的標稱值代替，這樣就可以在一定范圍內(nèi)對管道進行模擬，預測得出該范圍內(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，不但能檢測管道，還可評價管道的防腐產(chǎn)品。CAPCOM可對受自身條件限制很難檢測的關(guān)鍵管段進行檢測，預測管道剩余壽命。

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