普光氣田地面集輸系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測(cè)及控制體系

摘 要

摘 要 為了對(duì)普光高酸性氣田實(shí)施有效的內(nèi)腐蝕控制及監(jiān)測(cè)，針對(duì)普光集輸系統(tǒng)濕氣混輸工藝的特點(diǎn)，結(jié)合質(zhì)量法、電阻法、線性極化法、FSM電子紋法等多種在線腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，采用
    摘 要 為了對(duì)普光高酸性氣田實(shí)施有效的內(nèi)腐蝕控制及監(jiān)測(cè)，針對(duì)普光集輸系統(tǒng)濕氣混輸工藝的特點(diǎn)，結(jié)合質(zhì)量法、電阻法、線性極化法、FSM電子紋法等多種在線腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，采用緩蝕劑預(yù)涂膜、連續(xù)加注、批處理等腐蝕控制工藝，輔以管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)及化驗(yàn)分析技術(shù)，合理選擇腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)、緩蝕劑加注點(diǎn)及化驗(yàn)分析取樣點(diǎn)，利用綜合分析的方法，對(duì)普光氣田地面集輸系統(tǒng)實(shí)施了綜合的內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)及控制，建立起了完善的腐蝕監(jiān)測(cè)及控制體系。該體系運(yùn)行l(wèi)年多來(lái)，已累計(jì)更換腐蝕掛片6次，進(jìn)行了2次全管網(wǎng)的管道內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)(智能清管)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：普光氣田地面集輸系統(tǒng)年腐蝕速率有效地控制在0.076 4 mm/a以下，確保了集輸系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。
    關(guān)鍵詞 普光氣田 高含硫天然氣 集輸系統(tǒng) 腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù) 關(guān)鍵技術(shù) 腐蝕速率 安全平穩(wěn)運(yùn)行
 
    普光氣田是國(guó)內(nèi)目前探明儲(chǔ)量最大、豐度最高的特大型整裝海相氣田，是國(guó)家“川氣東送”建設(shè)工程的主供氣源，其H2S平均含量(體積分?jǐn)?shù)，下同)達(dá)15%，C02含量達(dá)8%，是目前大規(guī)模開(kāi)發(fā)H2S含量最高的氣田。普光氣田地面集輸系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)采氣井口天然氣的節(jié)流降壓、保溫輸送，依據(jù)國(guó)外專家的推薦，集輸系統(tǒng)采用混輸工藝口]。由于普光氣田H2S、C02含量較高，管道、設(shè)備受到強(qiáng)腐蝕口[2]，因此，在合理選擇管材之后，為了有效地控制腐蝕速率，防止設(shè)備事故，延長(zhǎng)管道、設(shè)備的使用壽命，對(duì)管道及設(shè)備進(jìn)行有效的內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)及控制是非常必要的[3-7]。
    腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)是由實(shí)驗(yàn)室腐蝕試驗(yàn)方法和設(shè)備無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的[8-9]。傳統(tǒng)的腐蝕監(jiān)測(cè)方法從原理上可分為物理測(cè)試(失重掛片法、電阻法、氫監(jiān)測(cè))、電化學(xué)測(cè)試(線性極化電阻法)、化學(xué)分析法(分析鐵離子、氯離子、H2S、C02、pH值、細(xì)菌等)。
    腐蝕監(jiān)測(cè)的目的：①隨時(shí)掌握系統(tǒng)的腐蝕趨勢(shì)與動(dòng)態(tài)；②判斷腐蝕控制技術(shù)措施的實(shí)施效果；③及時(shí)發(fā)現(xiàn)不正常的腐蝕因素。
1腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)
    針對(duì)普光氣田地面集輸工藝及各種監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)，在集氣站和集氣總站設(shè)置水分析取樣點(diǎn)，采用腐蝕掛片法(CC)、電阻探針?lè)?ER)、線性極化探針?lè)?LPR)、定期進(jìn)行鐵離子分析等方法，在集輸管網(wǎng)的線路管道上采用FSM電指紋方法進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)。
1.1腐蝕掛片法
    腐蝕掛片法是一種傳統(tǒng)的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，即將標(biāo)準(zhǔn)試片(腐蝕掛片)插入介質(zhì)中，一段時(shí)間后取出，通過(guò)測(cè)量試片質(zhì)量的變化，以單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上由腐蝕而引起的材料質(zhì)量變化來(lái)評(píng)價(jià)腐蝕的程度，表征的是平均腐蝕速率，同時(shí)觀察試片的腐蝕情況，分析判斷腐蝕成因和機(jī)理，確定腐蝕類型(點(diǎn)蝕或其他局部腐蝕)。
 
 
式中V為平均腐蝕速率；K為常數(shù)，當(dāng)腐蝕速度的單位采用mm/a時(shí)，K=8.76×104；T為試驗(yàn)周期，h；A為試樣初始面積，cm2；△m為腐蝕試驗(yàn)中試樣的質(zhì)量損失，g；ρ為實(shí)驗(yàn)材料的密度，g/cm3。
1.2電阻探針?lè)?/span>
電阻探針?lè)ㄊ且环N電學(xué)方法，基于一定形狀、尺寸和組織結(jié)構(gòu)的材料由于腐蝕作用會(huì)使橫截面積減小，從而導(dǎo)致電阻增大的原理，通過(guò)測(cè)量腐蝕過(guò)程中金屬電阻的變化而求出金屬的腐蝕量和腐蝕速率，并了解晶問(wèn)腐蝕或氫腐蝕的狀態(tài)等，可以連續(xù)測(cè)量腐蝕速的變化。  
    由于試樣的形狀不同，相關(guān)計(jì)算公式也不同。
 

 
 1.3線性極化探針?lè)?/span>
    線性極化技術(shù)是一種電化學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)，是通過(guò)在腐蝕電位附近的微小極化來(lái)測(cè)量金屬腐蝕速度的方法，由Stem和Geary于1957年首先提出來(lái)[10-11]。而線性極化探針?lè)ㄖ饕遣捎?/3電極測(cè)量電解質(zhì)溶液中的極化電阻，將一個(gè)小的電壓(或極化)加到溶液中的一個(gè)電極上，由于微小的電壓極化而產(chǎn)生的電流直接與電極表面的腐蝕速率有關(guān)，從而得到瞬時(shí)腐蝕速率。
 

  
 1.4 FSM電指紋法
    FSM(Field Signature Method)是一種用于管道的非插入式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，即在監(jiān)測(cè)的金屬管道段外壁上安裝一定數(shù)量的電位鋇4量探針，形成探針矩陣，并通以直流電，進(jìn)行感應(yīng)探針矩陣的電位測(cè)量，通過(guò)測(cè)量監(jiān)測(cè)部位表面形成的微小電位差，檢測(cè)出電場(chǎng)的分布，進(jìn)而根據(jù)電位差的變化監(jiān)測(cè)整個(gè)內(nèi)管壁表面(矩陣區(qū)域內(nèi))由于腐蝕、點(diǎn)蝕、磨蝕或開(kāi)裂造成的電場(chǎng)變化，
 從而監(jiān)測(cè)和確定局部的腐蝕狀況。任何腐蝕，不論是局部腐蝕還是全面腐蝕都會(huì)導(dǎo)致電場(chǎng)分布的變化或畸精確測(cè)量管道壁厚的變化。在FSM法中，將所有測(cè)量電位的初始值(或標(biāo)準(zhǔn)塊的電位值)看做是部件的原始“指紋”，它代表部件的最初幾何形態(tài)。設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，所測(cè)量電位的變化(“指紋”變化)反映該設(shè)備因腐蝕等原因而造成的形態(tài)變化，故該方法又稱為電指紋法。
 

  
    FC用以判斷腐蝕速率和累計(jì)腐蝕量。腐蝕監(jiān)測(cè)開(kāi)始時(shí)的FC為0，在實(shí)際應(yīng)用中，F(xiàn)SM 可獲得小于0.05%的壁厚減薄精確數(shù)據(jù)。
2 腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布點(diǎn)原則
    為了得到準(zhǔn)確的腐蝕數(shù)據(jù)，真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的腐蝕狀況，腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置主要從以下8個(gè)方面進(jìn)行考慮：①布置在系統(tǒng)中油、氣、水流動(dòng)方向發(fā)生突然變化的位置；②布置在系統(tǒng)中存在死角、縫隙、旁路支管、障礙物或其他呈異突狀態(tài)的部位；③布置在設(shè)備裝置的受應(yīng)力區(qū)；④布置在設(shè)備中異金屬接觸部位；⑤設(shè)備結(jié)構(gòu)是否適宜安裝；⑥如果系統(tǒng)使用緩蝕劑等化學(xué)劑，需要考慮在加注點(diǎn)前后設(shè)置；⑦依據(jù)監(jiān)測(cè)目的，確定監(jiān)測(cè)部位；@FSM法感應(yīng)探針的布置應(yīng)選擇發(fā)生腐蝕最為嚴(yán)重的部位，例如管道的環(huán)焊縫、設(shè)備的底部、管道三通、彎曲處等。
    依據(jù)普光氣田地面集輸工藝的特點(diǎn)及布點(diǎn)原則，確定了各集氣站及FSM監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置，如圖1所示。

3 普光氣田地面集輸腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成及數(shù)據(jù)傳輸流向
    普光氣田地面集輸腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括集氣站(集氣總站)站場(chǎng)工藝管線的監(jiān)測(cè)及集輸管網(wǎng)的監(jiān)測(cè)兩部分（圖2）。

    1)16座集氣站和集氣總站的腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括：腐蝕掛片、電阻探針、線性極化探針、數(shù)據(jù)采集器、控制和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(含數(shù)據(jù)分析軟件)以及帶壓取放器裝置等。電阻探針、線性極化探針的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)由RS-485通信協(xié)議經(jīng)FIU服務(wù)器傳至站控室的腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器，然后通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)上傳至中控室，接入腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、分析、評(píng)價(jià)、報(bào)告、管理。站控值班人員可通過(guò)站控的腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線了解各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的腐蝕情況，及時(shí)調(diào)整緩蝕劑的連續(xù)加注量，以求達(dá)到最佳的緩釋效果[13]。
     2)普光集輸管網(wǎng)采用FSM腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，共有19套，包括FSM測(cè)量裝置、FSMLog數(shù)據(jù)采集器等。FSM測(cè)量裝置安裝于管道外壁，F(xiàn)SMLog數(shù)據(jù)采集器(含F(xiàn)IU服務(wù)器)安裝于閥室機(jī)柜問(wèn)或站控室，數(shù)據(jù)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)上傳至中控室腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器。中控室值班人員可在中控室的腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上實(shí)時(shí)在線了解整個(gè)全氣田16座集氣站(集氣總站)及管網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)的腐蝕情況，通過(guò)分析測(cè)試，及時(shí)調(diào)整緩蝕劑的批處理頻次及對(duì)批處理效果的評(píng)價(jià)。
    3)帶壓取放裝置簡(jiǎn)化了腐蝕掛片及探針取放的程序，使得在正常生產(chǎn)的情況下也能快速更換掛片、探針，避免了閼更換掛片及探針而被迫停產(chǎn)。
4腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理及分析
    腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理及分析采用MultiT—rend管理軟件。MultiTrend是為查詢探針、FSM系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)分析而設(shè)計(jì)的。測(cè)量的數(shù)據(jù)可以直接存儲(chǔ)到MultiTrend數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)該軟件還具有強(qiáng)大的圖像處理工具，可以幫助對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
4.1數(shù)據(jù)管理
    MultiTrend通過(guò)標(biāo)簽號(hào)來(lái)辨別每個(gè)配置細(xì)節(jié)。通過(guò)映射標(biāo)簽號(hào)、探針號(hào)和探測(cè)器ID，可以自動(dòng)確定正確的探針獲得參量數(shù)據(jù)，并具有對(duì)探針的運(yùn)行狀況實(shí)行自診斷功能，使得工作人員可以實(shí)時(shí)在線了解各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的腐蝕情況及探針的運(yùn)行狀況。如果測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)自新的在MultiTrend中沒(méi)有配置的探針，MultiTrend會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建需要項(xiàng)，并且詢問(wèn)用戶相關(guān)的參數(shù)。
存儲(chǔ)于MultiTrend數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)可以以表格的形式或者圖片的形式顯現(xiàn)出來(lái)。
4.2數(shù)據(jù)分析
    MultiTrend內(nèi)建的強(qiáng)大圖像處理T具允許直接以相應(yīng)的圖表形式顯示數(shù)據(jù)。為了便于比較數(shù)據(jù)，多岡可以整合到l個(gè)圖中。放大和移動(dòng)工具可以完全控制圖像的比例和位置，而不需要輸人大量的數(shù)字。為了比較生產(chǎn)數(shù)據(jù)和腐蝕數(shù)據(jù)，MuhiTrend還支持其他的數(shù)據(jù)類型，如壓力、溫度、流速和阻滯參數(shù)等。這些數(shù)據(jù)可以手動(dòng)輸入或者剪切和粘貼，這些數(shù)據(jù)還可以被顯示出來(lái)并插入到腐蝕數(shù)據(jù)圖中。
5腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用效果
    普光氣田地面集輸系統(tǒng)采用了多種不同的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，建立了完善的腐蝕監(jiān)測(cè)及控制體系，經(jīng)過(guò)l年多的運(yùn)行，腐蝕掛片已累計(jì)更換6次，并進(jìn)行了2次全管網(wǎng)的管道內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)(智能清管)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：地面集輸系統(tǒng)年腐蝕速率有效地控制在0.0764mm以下，確保了集輸系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。
6 結(jié)束語(yǔ)
腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)多種多樣，但每一種監(jiān)測(cè)技術(shù)都是有針對(duì)性地適用于某一特定的防腐控制措施，而每一種特定的防腐控制措施都需要若干種配套的監(jiān)測(cè)技術(shù)。針對(duì)高酸性氣田的腐蝕控制，采取2種以上的監(jiān)測(cè)技術(shù)及配套的緩蝕劑加注工藝、化驗(yàn)分析方法，是集輸系統(tǒng)內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)及控制的有效途徑。
本文作者：楊發(fā)平 王貴波
作者單位：中國(guó)石化中原油田普光分公司采氣廠
 
    參 考 文 獻(xiàn)
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