集输管线在气/液环状流中局部腐蚀演化过程的动力学模型研究

Multiphaes Gathering Pipelines as the most economical mode transportation of "Offshore Gas Pipeline Project" and " West-East Gas Pipeline Project", pipelines often face local corrosion failure risks by erosion of corrosive gas and water two-phase flow. There is no unified kinetics model about this complex local corrosion which be influnced by multiple factors, such as velocity, liquid phase concentration and stress. Considering the limitation of traditional corrosion test technique, which using integral electrode can only provide average electrochemical information, localized electrochemical technology is used with the numerical simulation of two phase flow around a horizontal combination the typical annular flow corrosion research in this paper. Tube bundle integrated electrodes will be adopted to obtain electrochemical information distribution in the process of local corrosion initiation development .On the basis of making clear the mechanism of localized corrosion process, this paper associates the process with the two-phase flow parameter distribution in this region which is gained through experimental measurement / numerical calculation, and determines the critical breakage condition of corrosion product film formed.Through this, the local corrosion initiation - extended evolution dynamics model will be established finally.The research can not only provide references for complex pipe sections and complex flow corrosion, but also guide on pipeline steel protection design, development of long-lived protective measures. Meanwhile the study could provide a theoretical basis for West to East gas pipeline corrosion control, reliable maintenance and new materials development.

多相集输作为"海气登陆""西气东输"最经济的输运方式，管线内常受到腐蚀性气体与水组成的两相流冲刷而面临局部腐蚀失效的巨大风险。在流速、液相浓度和应力等多因素影响下，该腐蚀行为复杂多变，目前尚未有统一的动力学模型建立。本课题考虑到传统腐蚀实验技术使用整体电极仅能提供平均电化学信息这一局限，将先进的微区电化学测试技术与两相流数值模拟相结合，围绕水平管段典型的环状流腐蚀展开研究。拟利用管束集成电极获得局部腐蚀萌生发展过程的电化学信息分布规律，在弄清局部腐蚀过程机制的基础上，将此过程与该区域通过实验测量/数值计算获得的两相流参数分布相关联，厘清各参数对局部腐蚀萌生/发展的影响，确定腐蚀产物膜形成/破裂的临界条件，最终建立包含整个演化过程的动力学模型。该研究不仅可为复杂管段、复杂流型下的腐蚀研究提供参考，还可以指导管线钢的保护设计、发展长寿命的防护措施，并为西气东输的腐蚀控制、可靠维护提供理论依据。

多相集输作为“海气登陆”“西气东输”最经济的输运方式，管线内常受到腐蚀性气体与水组成的两相流冲刷而面临局部腐蚀失效的巨大风险。在流速、液相浓度和应力等多因素影响下，该腐蚀行为复杂多变，目前尚未有统一的动力学模型建立。本课题考虑到传统腐蚀实验技术使用整体电极仅能提供平均电化学信息这一局限，项目组设计、制作了一套二氧化碳环境中的气液两相流局部腐蚀实验装置，在弄清局部腐蚀过程机制的基础上，将此过程与该区域通过实验测量/数值计算获得的两相流参数分布相关联，厘清不同气液比下，液膜厚度、气速等对管道内局部腐蚀的影响，并且通过旋转管道，研究了管道某一截面上沿周向不同角度处的局部腐蚀信息。 研究表明，气液两相的传质不仅仅发生在气相和液膜的交界面处，也存在于液相的波峰被剪切进入气相核心区的过程中。在不同进气量和进液量的条件下，含液率不同、气速不同导致液膜高度也不相同，而且液膜还处于流动和波动状态，再加上气速较高时带来的冲刷，这都会对管道内壁面的腐蚀进程产生不同的影响。在一定液膜厚度范围内，电极表面发生的是不均匀的局部腐蚀，阳极区的迁移也随着时间的推移呈现出一定的规律性；传质过程可概括为两步，即气液界面上CO2的溶解和液固界面上H+的扩散，电极表面局部腐蚀最严重的部位更容易发生在液膜高度最薄的一排电极上；而且在流动状态下，液膜高度和气速是相互影响的，存在一临界液膜高度范围，当液膜高度大于或小于这一范围时，反而容易诱导均匀腐蚀的发生；管道周向不同角度处的腐蚀情况也不相同，这主要与液膜高度在周向的分布情况有关，管道中如果存在积液较多的情形，应多加注意管道侧壁的局部腐蚀。该领域的持续研究不仅可为复杂流型下的腐蚀问题提供参考，还可以指导管线钢的保护设计、发展长寿命的防护措施，并为西气东输、海气登陆的腐蚀控制、可靠维护提供理论依据。