外部腐蚀：管道完整性腐蚀建模 

外部腐蚀对基础设施构成重大风险。特别是管道，很容易受到外部腐蚀的影响，如果不加以控制，可能会导致泄漏、破裂和环境破坏。了解腐蚀速率对于评估结构健康状况和预测其使用寿命至关重要。工程师可以通过计算管道的剩余寿命，就管道维护和更换策略做出明智的决策。本文将深入探讨影响埋地管道腐蚀速率的关键因素 ，并深入研究腐蚀工程师用来预测埋地管道未来腐蚀速率的腐蚀模型。 

外部腐蚀是导致管道金属表面老化的一个渐进过程。这种现象源于受土壤成分、湿度和大气条件等环境因素影响的电化学反应。这些因素不断相互作用，导致氧化，也就是通常所说的生锈。随着时间的推移，这种持续的退化会损害管道的结构完整性，对其强度和运行寿命构成重大风险。

腐蚀过程始于金属表面形成的阳极和阴极区域。阳极发生氧化，导致金属失去电子。这些电子穿过管道，参与产生离子的阴极反应。最终，这些离子与水和氧气发生反应，形成铁锈和其他氧化铁化合物。这就形成了恶化的恶性循环，进一步加速了腐蚀过程。 

腐蚀是一种受多种因素影响的复杂现象，这些因素决定了腐蚀发生的速度。腐蚀速度因环境条件、涂层特性和保护措施的不同而有很大差异。

- 外部环境（土壤/水）腐蚀性：关键参数包括含水量、颗粒大小、可溶性盐浓度、含氧量和微生物数量。这些因素都会对环境的腐蚀性产生重大影响。评估土壤腐蚀性（碱液腐蚀率）的典型方法包括测量土壤电阻率、pH 值和土壤氧化还原电位 (Eh)。例如，电阻率值越低，腐蚀率越高。电阻率低于 500 Ω-cm 的土壤的腐蚀率为每年 0.1 至 0.5 毫米，而电阻率高于 2000 Ω-cm 的土壤的腐蚀率通常要低得多，通常低于每年 0.05 毫米。  

基于土壤类型的腐蚀率表 - 适用于离岸管道 

例如 
如果我们的管道埋在电阻率介于 5000 和 20000 Ω-cm 之间的密实黄土中，其基本腐蚀率为 0.01 毫米/年。 

- 涂层保护效果： 保护涂层（如油漆或特殊涂层）的效率对于保护金属免受腐蚀至关重要。 这种效果受涂层类型、使用年限和长期退化的影响。 必须评估主管道和现场接头的涂层效果，取较低值来确定保护系统中最薄弱的环节。定期检查和勘测可确保这些涂层提供足够的保护。 

涂层年龄 的计算方法是从当前日期减去安装日期。  
涂层年龄 = 当前日期 - 安装日期 
例如 
如果评估是在 2016 年 1 月进行的，而涂层是在 1999 年 1 月安装的，则 涂层年限为 17 年. 

计算 主管道和现场接头的保护效果此外，您还可以参考根据涂料类型将涂料分为不同类别的特定表格。每个类别都有影响效果的相关变量。 
例如  
假设我们的管道外涂层是 "双层缠绕胶带"，接头涂层是 "胶带"，而管道内涂层是 "双层缠绕胶带"。 经计算，涂层效果为 38%。 

- 阴极保护 (CP) 的有效性： CP 系统 通过在金属表面施加负电荷来减轻腐蚀。其效果取决于电位和覆盖范围等因素，通过测试后电位勘测和近间隔电位勘测等勘测技术进行评估。可用性效果如何确定，请参见下表： 

 
可用性有效性表显示与 CP 系统可用性的相关性  

钢制管道的一个常见目标是，相对于铜/硫酸铜参比电极的电位达到 -850 mV 或更高。  

如下表所示，这两者之间存在着直接的相关性。 阴极保护系统的潜力和 CP 保护级别的有效性. 

 
氯化石蜡保护级别效果表显示了有氧和厌氧条件下的氯化石蜡电位与氯化石蜡保护级别效果之间的相关性。 

要计算阴极保护有效性，需要将 CP 保护级别有效性和 CP 可用性有效性相乘，再除以 100。 

CP 有效性 = CP 保护级别有效性 / 100 x CP 可用性有效性 / 100 
例如 
如果 CP 系统的电位为 -850 mV，则 CP 保护水平有效性为 100%。如果 CP 系统的可用性为 90%，则 CP 可用性有效性为 50%。因此，计算公式为  
CP Eff = (100 / 100) x (50 / 100) = 0.5  
因此，阴极保护效果为 50%。 

外部腐蚀是一种隐蔽的捕食者，它从外向内慢慢吞噬管道壁，剥离材料，减小管壁厚度。如果任其发展，这一阴险的过程可能会导致灾难性的结构故障，造成泄漏、爆炸和环境灾难。

为了积极应对与腐蚀相关的挑战，运营商正越来越多地采用数据驱动的方法，利用各种信息来源。历史腐蚀率提供了对腐蚀随时间发展的基本了解，而 在线检测（ILI 运行）则提供了对管道健康状况的实时诊断，可立即洞察当前状况。这一战略的核心是预测建模，它采用先进的算法来评估环境腐蚀性、涂层性能和阴极保护效果等因素，使运营商能够预测未来的挑战并实施有效的缓解策略。

虽然有多种腐蚀模型可供选择，但我们将重点介绍一种用于计算外部腐蚀率的特定模型。您可以使用的计算公式如下

模型外部腐蚀速率 = (1 - Eff) × CR Base

这里，CR Base是土壤的腐蚀速率，受含水量和土壤电阻率等环境因素的影响。腐蚀防护措施的有效性用Eff 表示，计算公式如下

Eff = (1 - 阴极保护效果) × (1 - 涂层保护效果)

这个公式计算出的百分比显示了我们的阴极保护系统和保护涂层的综合强度。然后将该百分比乘以土壤的腐蚀率，就可以计算出模型的外部腐蚀率。

举例说明：
想象一下，阴极保护效果为 50%，涂层保护效果为 35%。现在，您可以将这些数字输入我们的公式来计算总体效果：
效果 = (1 - 0.5) x (1 - 0.38)
经过计算，效果为 0.31，即 31%。
现在，让我们进一步计算模型外部腐蚀率。利用我们之前的研究结果，您可以应用以下公式：

模型外部腐蚀率 = (1 - 0.31) x 0.01

计算得出的模型腐蚀率为 0.069 毫米/年。
通过将模型中的腐蚀率与其他来源的数据进行比较，您可以预测未来的腐蚀率，并以此计算管道段的剩余寿命，制定有效的检查计划。

举例说明：
如果过去的腐蚀率平均为 0.07 毫米/年，而模型预测环境条件的变化会导致腐蚀率上升，那么未来腐蚀率可能会调整为 0.1 毫米/年。 

如果您正在寻找管理外部腐蚀的终极工具，IMS PLSS（完整性管理系统管道和海底系统）软件将是您的不二之选。这一先进的解决方案可作为一个集中枢纽，无缝整合来自各种来源的数据，包括检查、评估和阴极保护调查。外部腐蚀模块则更进一步，纳入了EXCOR 腐蚀预测模型，该模型可根据关键控制因素计算模型腐蚀率。这一强大的组合通过将历史数据与预测分析相结合，使运营商能够预测未来的腐蚀情况。有了 IMS PLSS，您就可以积极主动地管理管道完整性，应对外部腐蚀挑战，并根据数据对腐蚀率进行预测，从而确保管道系统的使用寿命和可靠性。