普光氣田地面集輸系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測及控制體系

摘 要

摘 要 為了對普光高酸性氣田實(shí)施有效的內(nèi)腐蝕控制及監(jiān)測，針對普光集輸系統(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)測技術(shù)，采用
    摘 要 為了對普光高酸性氣田實(shí)施有效的內(nèi)腐蝕控制及監(jiān)測，針對普光集輸系統(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)腐蝕檢測及化驗(yàn)分析技術(shù)，合理選擇腐蝕監(jiān)測點(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)測及控制，建立起了完善的腐蝕監(jiān)測及控制體系。該體系運(yùn)行l(wèi)年多來，已累計更換腐蝕掛片6次，進(jìn)行了2次全管網(wǎng)的管道內(nèi)腐蝕監(jiān)測(智能清管)。實(shí)測數(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
 
    普光氣田是國內(nèi)目前探明儲量最大、豐度最高的特大型整裝海相氣田，是國家“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，延長管道、設(shè)備的使用壽命，對管道及設(shè)備進(jìn)行有效的內(nèi)腐蝕監(jiān)測及控制是非常必要的[3-7]。
    腐蝕監(jiān)測技術(shù)是由實(shí)驗(yàn)室腐蝕試驗(yàn)方法和設(shè)備無損檢測技術(shù)發(fā)展而來的[8-9]。傳統(tǒng)的腐蝕監(jiān)測方法從原理上可分為物理測試(失重掛片法、電阻法、氫監(jiān)測)、電化學(xué)測試(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)測的目的：①隨時掌握系統(tǒng)的腐蝕趨勢與動態(tài)；②判斷腐蝕控制技術(shù)措施的實(shí)施效果；③及時發(fā)現(xiàn)不正常的腐蝕因素。
1腐蝕監(jiān)測技術(shù)
    針對普光氣田地面集輸工藝及各種監(jiān)測技術(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)、電阻探針法(ER)、線性極化探針法(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。
1.1腐蝕掛片法
    腐蝕掛片法是一種傳統(tǒng)的腐蝕監(jiān)測技術(shù)，即將標(biāo)準(zhǔn)試片(腐蝕掛片)插入介質(zhì)中，一段時間后取出，通過測量試片質(zhì)量的變化，以單位時間內(nèi)、單位面積上由腐蝕而引起的材料質(zhì)量變化來評價腐蝕的程度，表征的是平均腐蝕速率，同時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，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電阻探針法
電阻探針法是一種電學(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使橫截面積減小，從而導(dǎo)致電阻增大的原理，通過測量腐蝕過程中金屬電阻的變化而求出金屬的腐蝕量和腐蝕速率，并了解晶問腐蝕或氫腐蝕的狀態(tài)等，可以連續(xù)測量腐蝕速的變化。  
    由于試樣的形狀不同，相關(guān)計算公式也不同。
 

 
 1.3線性極化探針法
    線性極化技術(shù)是一種電化學(xué)監(jiān)測技術(shù)，是通過在腐蝕電位附近的微小極化來測量金屬腐蝕速度的方法，由Stem和Geary于1957年首先提出來[10-11]。而線性極化探針法主要是采用2/3電極測量電解質(zhì)溶液中的極化電阻，將一個小的電壓(或極化)加到溶液中的一個電極上，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)測技術(shù)，即在監(jiān)測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)探針矩陣的電位測量，通過測量監(jiān)測部位表面形成的微小電位差，檢測出電場的分布，進(jìn)而根據(jù)電位差的變化監(jiān)測整個內(nèi)管壁表面(矩陣區(qū)域內(nèi))由于腐蝕、點(diǎn)蝕、磨蝕或開裂造成的電場變化，
 從而監(jiān)測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導(dǎo)致電場分布的變化或畸精確測量管道壁厚的變化。在FSM法中，將所有測量電位的初始值(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)行一段時間后，所測量電位的變化(“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腐蝕量。腐蝕監(jiān)測開始時的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)場實(shí)際的腐蝕狀況，腐蝕監(jiān)測點(diǎn)的布置主要從以下8個方面進(jìn)行考慮：①布置在系統(tǒng)中油、氣、水流動方向發(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)測目的，確定監(jiān)測部位；@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)測點(diǎn)的位置，如圖1所示。

3 普光氣田地面集輸腐蝕監(jiān)測系統(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)測系統(tǒng)主要包括集氣站(集氣總站)站場工藝管線的監(jiān)測及集輸管網(wǎng)的監(jiān)測兩部分（圖2）。

    1)16座集氣站和集氣總站的腐蝕監(jiān)測系統(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)場測量數(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)測系統(tǒng)服務(wù)器，然后通過工業(yè)以太網(wǎng)上傳至中控室，接入腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲存、分析、評價、報告、管理。站控值班人員可通過站控的腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時在線了解各監(jiān)測點(diǎn)的腐蝕情況，及時調(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)測系統(tǒng)，共有19套，包括FSM測量裝置、FSMLog數(shù)據(jù)采集器等。FSM測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)柜問或站控室，數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)上傳至中控室腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)服務(wù)器。中控室值班人員可在中控室的腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)上實(shí)時在線了解整個全氣田16座集氣站(集氣總站)及管網(wǎng)各測點(diǎn)的腐蝕情況，通過分析測試，及時調(diào)整緩蝕劑的批處理頻次及對批處理效果的評價。
    3)帶壓取放裝置簡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)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理及分析
    腐蝕監(jiān)測系統(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)測到的數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)分析而設(shè)計的。測量的數(shù)據(jù)可以直接存儲到MultiTrend數(shù)據(jù)庫中，同時該軟件還具有強(qiáng)大的圖像處理工具，可以幫助對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
4.1數(shù)據(jù)管理
    MultiTrend通過標(biāo)簽號來辨別每個配置細(xì)節(jié)。通過映射標(biāo)簽號、探針號和探測器ID，可以自動確定正確的探針獲得參量數(shù)據(jù)，并具有對探針的運(yùn)行狀況實(shí)行自診斷功能，使得工作人員可以實(shí)時在線了解各監(jiān)測點(diǎn)的腐蝕情況及探針的運(yùn)行狀況。如果測量數(shù)據(jù)來自新的在MultiTrend中沒有配置的探針，MultiTrend會自動創(chuàng)建需要項(xiàng)，并且詢問用戶相關(guān)的參數(shù)。
存儲于MultiTrend數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以以表格的形式或者圖片的形式顯現(xiàn)出來。
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個圖中。放大和移動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)可以手動輸入或者剪切和粘貼，這些數(shù)據(jù)還可以被顯示出來并插入到腐蝕數(shù)據(jù)圖中。
5腐蝕監(jiān)測系統(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)測技術(shù)，建立了完善的腐蝕監(jiān)測及控制體系，經(jīng)過l年多的運(yùn)行，腐蝕掛片已累計更換6次，并進(jìn)行了2次全管網(wǎng)的管道內(nèi)腐蝕監(jiān)測(智能清管)，實(shí)測數(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
腐蝕監(jiān)測技術(shù)多種多樣，但每一種監(jiān)測技術(shù)都是有針對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)測技術(shù)。針對高酸性氣田的腐蝕控制，采取2種以上的監(jiān)測技術(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：中國石化中原油田普光分公司采氣廠
 
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