图 2 剪切力与重力三种条件下与液体积聚的关系
2.2 流动计算结果
通过一系列多相流模拟计算确定了压力、 温度、 气体流速和管径对水分积聚临界倾角的 影响。图 3 为压力对临界倾角的关系。压力越高，液体越容易带走，所以临界倾角随压力的 增大而增大。图 4 所示为管径与温度对临界倾角的影响。相同气体流速下，管径越大，临界 倾角越小。温度越低，临界倾角越小，但温度的影响相对较小。
图 1 气-液管道的 5 种流态
分层流是管道中最主要的液体水传送机理，任何液滴都会被气化。相对于水分，在气相
第五届全国腐蚀大会论文集(2009 年 9 月 14-17 日,北京)
中的液滴是不饱和的，在传输过程中会汽化。液滴具有高的表面/体积比，液滴表面的气体 流速非常大。 管道中薄膜流驱动力为流动气体的剪切力和管道倾角产生的重力。 图 2 列出了 3 种条件下的流动状态。气液之间剪切力与重力的平衡关系决定了液体积聚的临界倾角。倾 角大于临界倾角的位置容易积聚水分， 倾角低于临界倾角位置的积液易被带走， 直到在倾角 大于临界倾角的位置处停留下来。 水分优先在第一个倾角大于临界倾角的位置积聚， 连续的 水分进入且没有挥发，使得水分充满第一个临界倾角，然后带到下一个倾角。
图 3 临界倾角与压力之间的关系
第五届全国腐蚀大会论文集(2009 年 9 月 14-17 日,北京)
图 4 温度与管径对临界倾角的影响
Moghissi等[2]还用改进的弗劳德常数F用于计算临界倾角，其公式如下，
F
式中，
l g g * did * * sin( ) g Vg 2
（1）
Internal Corrosion Direct Assessment Methodology for Transmission Pipeline Carrying Normally Dry Natural Gas (DG-ICDA)
Luo Peng, Chen Hongyuan, Zhang Yiling, Lin Lingli (1 PetroChina Pipeline R&D Center, Hebei, Langfang, 06500)
1 概述
尽管天然气在进入长输管道之前都经过了脱水、脱硫等处理，但在实际的运行过程中， 由于事故工况或其它原因(如凝析等)，管道不可避免的会进入水汽、CO 2 以及H 2 S等腐蚀性 在 2003～2004 年间， 介质， 从而导致内腐蚀的发生。 美国管道安全办公室(OPS)统计显示[1]， 美国长输天然气管道由内腐蚀引起的失效占整个腐蚀失效的 16％，直接财产损失达 198 万 美元。 由于管道输送的密闭性， 以及检测评价手段的不成熟， 管道内腐蚀具有较大的隐蔽性， 有时候内腐蚀导致的问题是灾难性的。 2000 年 8 月 19 日EI Paso公司在新墨西哥卡尔斯巴附 近的一条φ760 运营管线发生内腐蚀失效事故，引发大火并造成 12 人死亡，直接财产损失 达 100 万美元，赔偿损失高达 1550 万美元，事故原因调查表明，正是由于管线底部长期积 液导致内部腐蚀穿孔所引起的。 国内天然气管道由于运行时间不长， 内部腐蚀问题还不太严 重，但也出现了不同程度的内部腐蚀，如 2006 年对中石油某输气管道进行内检测时发现， 在不到 500 km的管段中， 出现了上千个内部金属腐蚀点， 最大内腐蚀速率达到了 0.46 mm/yr。 可以预见的是，随着我国天然气管网运行时间的延长，内部腐蚀问题将会越来越复杂。
步骤 1：计算基准状态下的气体密度：
g
P MV (3.4 0.10325) 16 0.028 g / cm 3 Z R T 0.83 (8.314 289)
步骤 2：计算基准状态下气体的表观速度
OPFlowRate
STPFlowRate T ZPSTP P TSTP
第五届全国腐蚀大会论文集(2009 年 9 月 14-17 日,北京)
到目前为止， 油气管道的内腐蚀几乎都是在既成事实之后才进行检测的， 如漏磁检测技 术、超声波检测技术、涡流检测技术、射线检测技术和导波检测技术等，这意味着公司收入 的大量流失并使管道业主的管道停产检修。 如何在内腐蚀成为问题之前就提出解决办法， 进 行预防性维护就成了管道维护的关键所在。油气管道外腐蚀直接评价技术（ECDA)已日趋 较成熟，所以，同样需要开发管道内腐蚀直接评价技术对管道的内部腐蚀情况进行评价，国 外即采用内腐蚀直接评价方法(ICDA)[2-5]。 《美国联邦法典》CFR 49-192 也规定，对存在内 腐蚀威胁的管道，应进行内腐蚀检测或ICDA评价[6]。ICDA方法适用于那些正常输送干燥天 然气，但可能遭受湿气或液体水(或其它电解质)干扰的输气管道。它通过计算预测沿线最有 可能首先积聚电解质，如水及乙二醇的位置，并进行开挖验证，以提供剩余管道的信息。本 文分析了内腐蚀直接评价输的理论基础及执行步骤， 以期为我国开展内腐蚀直接评价提供参 考。
(413000 289 0.83 0.101325) (3.4 0.101325) 273
10.5 10 3 m 3 / h
Vg

OPFlowRate OPFlowRate 2 Area [ (d id / 4)]
10.5 10 3 (1 / 3600) [0.6918] 2 / 4 6.69m / s
2 理论基础
内腐蚀直接评价技术最早是由美国西南研究院提出来的， 主要是针对于那些不能进行内 检测的天然气管道的内腐蚀评价。这个方法得到了美国完整性管理体系的大力推崇，并于 2006 年美国腐蚀工程师协会形成了标准NACE SP 0206 《干气管道内腐蚀直接评价技术》 [Internal Corrosion Direct Assessment Methodology for Pipelines Carryings Normally Dry Natural Gas (DG-ICDA)] [7]。 这个方法的最初目的是用来确定所选管道是否可能发生内腐蚀， 如果说最有可能发生水分积聚的位置没有发生内腐蚀，则其它位置也不太可能发生内腐蚀， 无需再进一步进行检测。
表 1 临界值计算参数条件 流量 kNm3/h 最大值 平均值 最小值 413 313 0 压力 MPa 5.9 4.8 3.4 温度 ℃ 16 16 16
第五届全国腐蚀大会论文集(2009 年 9 月 14-17 日,北京)
表 2 临界值计算所需其它参数 管径 mm 数 16 重力常数 m/s2 9.81 8.314 0.83 气体常数 压缩因子
Abstract: As a part of pipeline integrity management technologies, internal corrosion direct assessment methodology plays an import role in pipeline management. The theory basis, application conditions and implementing procedure were discussed in detail. The indirect inspection calculation case was also developed. Finally, the development of DG-ICDA in China was foreseen, pointing out that the research and application of ICDA technology should be enhanced. Keyword: internal corrosion, direct assessment, pipeline, integrity management
3.2 间接检测
间接检测的目标是在一定的 DG-ICDA 管段区间内，用流动模拟结果预测最可能发生内 腐蚀的位置。间接检测的理论依据是基于管道内部介质为分层流（气体和液体单独流动） ， 通过对可能积水位置的识别，预测出内腐蚀的高风险位置。其主要内容包括以下三个方面： 1) 2) 3) 使用所收集的数据资料进行多相流计算，确定持液的最大临界倾角。 绘制管道高程剖面图和倾角分布图。 对比分析流动模拟计算结果和管道高程剖面和倾角分布图， 判断内腐蚀可能出现的 位置。 NACE SP 0206-2006 内腐蚀直接评价标准中推荐使用的临界角计算式就是该经验公 式，即
（3）
第五届全国腐蚀大会论文集(2009 年 9 月 14-17 日,北京)
arcsin(
(elevation) ) (distance)
（4）
3 内腐蚀直接评价执行步骤
3.1 预评价
天然气管道内腐蚀直接评价仍是一种基于风险（risk-based）的评价方法，所以在预评 价阶段需收集管道的基本运行数据(包括历史和当前数据)，进行综合分析和风险量化，确定 DG-ICDA 是否可行，并对评价区域进行分区。其需收集的资料包括设计资料，建设记录， 运行与维护历史，线路图，腐蚀调查报告，气质分析报告以及以前的完整性评价报告和维修 记录等，具体可参见 NACE SP 0206。
2.1 气-液两相流流态分析
对于天然气管道，液体积聚主要取决于气体流速和管道倾角。气-液管道存在 5 种基本 的流态形式，如图 1 所示，光滑分层流、波浪分层流、间歇流（活塞流和栓塞流） 、液体分 散环状流、气泡分散两相流。输气管道中液体相非常的少，而且无序间断分布。当液体速率 增加，才会发生间歇流；气泡分散两相流需要大量连续液体相；液体分散环状流需要大量液 体覆盖管道所有内壁，即使只有很少量被气体带走；所以，输送管道只可能会产生分层流和 分散液滴。
ρ 为密度；g 为重力加速度；V 为气体表观速度；θ 为临界倾角。
图 5 为流动模型计算的弗劳德常数分布图。当倾角小于 0.5 度时，F=0.33±0.07；当倾角 大于 2 度时，F=0.56±0.02。倾角在 0.5 度至 2 度之间，与层流与湍流的转变有关。压缩因子 可以通过下面公式计算，