華北油田埋地鋼質管道腐蝕監(jiān)測評價系統(tǒng)的建立

宋麗梅，李軍青，耿玉廣，王蕾，梁春宇，赫香蘭，李智新

（1.華北油田采油二廠，河北霸州065709；2.華北石油新源技術開發(fā)有限公司，河北霸州062552；3.華北油田采油五廠，河北霸州052360；4.華北油田總醫(yī)院計算機室，河北霸州062552）

華北油田埋地鋼質管道腐蝕監(jiān)測評價系統(tǒng)的建立

宋麗梅1，李軍青2，耿玉廣1，王蕾3，梁春宇1，赫香蘭4，李智新1

（1.華北油田采油二廠，河北霸州065709；2.華北石油新源技術開發(fā)有限公司，河北霸州062552；3.華北油田采油五廠，河北霸州052360；4.華北油田總醫(yī)院計算機室，河北霸州062552）

埋地鋼質管道腐蝕狀況的監(jiān)測及評價是保障油田管道安全運行的重要內容。文章從平臺的選擇和開發(fā)技術、管理模式及數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)采集策略、管道腐蝕狀況的數(shù)據(jù)分析及評價等方面介紹了華北油田埋地鋼質管道的腐蝕監(jiān)測及評價軟件系統(tǒng)的建立過程，該軟件系統(tǒng)在華北油田采油二廠得到推廣應用。

埋地鋼質管道；腐蝕監(jiān)測；腐蝕評價；軟件系統(tǒng)

0 引言

開展油田埋地鋼質油氣集輸管道腐蝕狀況的監(jiān)測、檢測和評價對保證安全生產有著極其重要的作用。近年來，國內多家單位開展了腐蝕檢測、失效分析和安全評估等方面的技術研究工作，并積累了大量的經驗，為開發(fā)油田重要集輸管道的腐蝕監(jiān)測和評價軟件系統(tǒng)奠定了堅實的基礎。為保證油田油氣集輸系統(tǒng)的安全運行，華北油田工程技術人員做了深入細致的工作，積累了大量經驗，并開發(fā)出了陰極保護數(shù)據(jù)實時遠傳、埋地油氣管道腐蝕監(jiān)測、管道運行管理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

埋地鋼質管道腐蝕監(jiān)測和評價軟件信息系統(tǒng)（CPGIS）是利用信息處理技術、數(shù)據(jù)遠傳的通訊技術、GIS技術以及管道腐蝕綜合評價技術，開發(fā)出的面向油田管道安全生產和運行管理，具有地理信息管理、腐蝕現(xiàn)狀及保護效果評價、安全風險評估系統(tǒng)等多方面功能的綜合管理系統(tǒng)。在對埋地鋼質管道及設施進行腐蝕及保護狀況調查的基礎上，建立管道的管體、防腐層、土壤環(huán)境等方面的數(shù)據(jù)庫，通過對管道陰極保護運行數(shù)據(jù)的實時檢測和遠傳，將電法保護的數(shù)據(jù)納入管道運行數(shù)據(jù)庫中，再對管道的基礎數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)進行分析處理、綜合歸納，按相應數(shù)學模型進行現(xiàn)狀評價和腐蝕失效的發(fā)展趨勢預測，實現(xiàn)了以腐蝕評價模型為主導，做到以防為主、腐蝕狀況監(jiān)測與檢測相結合，大大提高了埋地鋼質管道的腐蝕控制水平和維修方案的科學性。該系統(tǒng)的應用有效地減少了管道的維護費用，為提高油田經濟效益做出了貢獻。

1 平臺的選擇和開發(fā)技術

地理信息系統(tǒng)（GIS）從應用上講是一種數(shù)據(jù)管理和決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的各種特點，地理信息系統(tǒng)與以往其他信息系統(tǒng)的主要區(qū)別就在于其存儲和處理的信息是經過地理編碼的，地理位置及其與位置相關的地物屬性信息成為信息管理、信息檢索、信息分析、系統(tǒng)應用的主要部分，地理信息的引用為以往信息系統(tǒng)的改進帶來了突破性的進展，使得原來采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)難以描述的空間信息變得直觀、簡單、實用，極大地擴展了信息的利用價值。

華北油田是引用計算機網(wǎng)絡技術、應用地理信息系統(tǒng)較早的單位，相應的技術水平、管理水平也較高，具有成功應用地理信息系統(tǒng)的經驗和技術儲備?；诋斍皣鴥韧飧鱾€專業(yè)地理信息系統(tǒng)供應商的技術發(fā)展狀況，采用局域網(wǎng)應用環(huán)境、大型通用地理信息系統(tǒng)平臺是合理的選擇。當前國內應用中流行的地理信息系統(tǒng)有美國ESRI公司的ARC/ INFO、MapInfo公司的MapInfo等，國內的代表性系統(tǒng)有中國地質大學（武漢）的中地信息工程公司的MAPGIS、武漢測繪大學的GeoStar系統(tǒng)等。在通用平臺上建立的各類應用系統(tǒng)不勝枚舉，各個系統(tǒng)平臺在其性能、價格、開放性、可擴展性、易用性、技術支持能力等方面各有千秋。我們選擇應用平臺主要是針對華北油田的實際情況，選擇了Supermap系統(tǒng)，這主要是除了考慮系統(tǒng)的構建費用等因素外，還兼顧到系統(tǒng)平臺的可支持數(shù)據(jù)規(guī)模、系統(tǒng)性能、二次開發(fā)能力等因素，為系統(tǒng)的長期完善、發(fā)展、應用留有足夠的擴展余地。

針對油田現(xiàn)有的設備和網(wǎng)絡平臺，腐蝕監(jiān)測和評價軟件系統(tǒng)是以Windows NT作為網(wǎng)絡操作環(huán)境，選用Supermap 5.x作為應用系統(tǒng)平臺，采用MicroStation開發(fā)語言（MDL）、VB和VC++等編程語言，實現(xiàn)在WIN2k Server/Professional微機網(wǎng)絡環(huán)境下的地理信息系統(tǒng)的開發(fā)，使得GIS的工程解決方案易于擴展和完善。

系統(tǒng)采用最新的OLE/COM編程技術和Internet網(wǎng)絡發(fā)布技術完成系統(tǒng)應用程序的開發(fā)，采用關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)ACCESS/ORACLE完成數(shù)據(jù)庫內的空間數(shù)據(jù)、基礎數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、分析檢索數(shù)據(jù)的存儲。實現(xiàn)時，從軟件功能、開發(fā)調試及應用可擴充的角度出發(fā)，將系統(tǒng)按功能分塊，采用組件化程序結構。

腐蝕監(jiān)測和評價軟件系統(tǒng)采用Windows流行界面風格，用戶友好?？偪爻绦虿捎昧讼吕讲藛涡问?，利用彈出式菜單形式將系統(tǒng)的子功能和復雜行為表現(xiàn)出來。系統(tǒng)具有實時幫助功能，可根據(jù)用戶需要提供實時幫助、上下文幫助等；具有多重窗口的切換、疊加、平鋪等顯示方式。

腐蝕監(jiān)測和評價軟件系統(tǒng)可以在系統(tǒng)的用戶終端機上運行，也可在企業(yè)的網(wǎng)絡環(huán)境上聯(lián)機多用戶運行。管理員通過設定訪問權限，完成對系統(tǒng)的建立、維護、動態(tài)更新以及一般用戶的使用等工作，提高系統(tǒng)的安全性。

2 管理模式及數(shù)據(jù)組織

腐蝕監(jiān)測和評價軟件系統(tǒng)設有管道腐蝕狀況專用數(shù)據(jù)庫，是在已有的管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫基礎上建立的。數(shù)據(jù)的核心是管道的腐蝕及防護信息，包括集輸管道及相關附屬設施的空間信息、管道建設的基礎信息、陰極防護運行狀況信息、管道檢測信息以及維修記錄等方面的信息。

管道腐蝕庫中的數(shù)據(jù)可分為設施基礎數(shù)據(jù)（在設備運行期，一般不隨時間更新）、設施（設備）運行數(shù)據(jù)（需要定期采集數(shù)據(jù)、更新）、環(huán)境數(shù)據(jù)（不更新或不定期更新）、評價數(shù)據(jù)（由系統(tǒng)提供的功能自動更新），其結構如圖1所示。

圖1 腐蝕監(jiān)測和評價軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結構示意

3 數(shù)據(jù)采集策略

管道腐蝕與防護評價的數(shù)據(jù)采集是一項巨大而繁雜的工作。以往的地理信息系統(tǒng)項目中，建立系統(tǒng)所需資金的80%~90%花費在現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和相關數(shù)據(jù)搜集上。此外，錄入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)正確性和完善性直接決定著系統(tǒng)的成敗。更為重要的是，在系統(tǒng)成功運行后，數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的及時更新對于掌握管道的腐蝕狀態(tài)發(fā)展至關重要，也是保證腐蝕評價正確性的關鍵所在。

在建立華北油田油氣集輸管道腐蝕監(jiān)測和評價軟件系統(tǒng)過程中，采取的數(shù)據(jù)采集策略是：數(shù)據(jù)庫結構內各個錄入項內容參照相應的規(guī)范確定數(shù)值量的計量單位；對字符項編制錄入的選擇數(shù)據(jù)字典以彈出式菜單供錄入時選擇。系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典具有用戶可維護功能，用戶可根據(jù)需要，自行定義、修改、刪除相應的數(shù)據(jù)項。

在完成管道建設的基礎信息錄入之后，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來源主要有兩個：一是從建立的管道腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)中實時接收并儲存到數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。這是腐蝕數(shù)據(jù)的主要來源和自動數(shù)據(jù)更新的主要保障。二是以往系統(tǒng)中沒有的數(shù)據(jù)，需要防腐檢測人員通過必要的外業(yè)檢測來取得，經過內業(yè)的分析處理，得到可用的檢測數(shù)據(jù)，由工作人員利用數(shù)據(jù)錄入功能進行逐條錄入。數(shù)據(jù)錄入模塊具有下拉式菜單的數(shù)據(jù)字典功能，保證用戶數(shù)據(jù)錄入的規(guī)范性。

對于那些檢測工作量過大，或現(xiàn)場很難取到，或是受檢測技術的局限不宜過多采集的數(shù)據(jù)，在實際工作中進行了合理的取舍，以求得在可以承受的開銷方面與保證系統(tǒng)分析可用性方面之間的平衡。此外，對于那些對分析結果影響不大，而又在某一區(qū)域變化不大的數(shù)據(jù)，通過少量的檢測和分析，取得經驗，再通過設定缺省值的方式減少數(shù)據(jù)的采集和錄入工作量，這也是一個十分有效和合理的數(shù)據(jù)采集策略。

4 管道腐蝕狀況的數(shù)據(jù)分析及評價

根據(jù)石油天然氣行業(yè)標準SY/T 0087.1-2006《鋼質管道及儲罐腐蝕與防護調查方法標準》及SY/ T 6151-1995《鋼質管道管體腐蝕損傷評價方法》，結合油田實際工作中所能獲得的腐蝕和防護評價因素，提出了油田油氣集輸管道的評價內容及方法。

4.1 評價內容

土壤腐蝕性、防腐層絕緣電阻：按當前廣泛采用的土壤防腐層測量及評價方法得到管道周邊土壤腐蝕性和外防腐層狀況評價值。

漏點數(shù)、穿孔年限：管道發(fā)生泄漏的次數(shù)和發(fā)生第一次罐體穿孔的服役年限，作為管道外防腐層狀況、管體腐蝕狀況評價的補充指標。

陰極保護電位、土壤自然電位、氧化還原電位：通過實時采集系統(tǒng)進行定期更新，并對管道的保護效果進行數(shù)據(jù)評價。

土壤雜散電流：把土壤的直流電位梯度作為直流雜散電流干擾程度指標，交流電位梯度作為交流雜散電流干擾程度指標。

4.2 埋地管道外防腐層評價模型

數(shù)據(jù)庫是作為管道腐蝕與防護調查數(shù)據(jù)的信息來源，數(shù)據(jù)分析與評價系統(tǒng)是依照相應的數(shù)學模型對數(shù)據(jù)進行綜合分析來完成對埋地管道的綜合評價的，CPGIS建立了以下三個數(shù)學模型：

4.2.1 管道外防腐層評價模型

將管道按某一長度分成若干段后，管道外防腐層用以下參數(shù)進行評價：絕緣電阻Rg（kΩ·m2），歸一平均電流I（0.0~1.0）、平均衰減值Y（dB/m）、電流平均流失率（%）。

具體計算公式如下：

式中I0——初始電流/mA；

N——劃分的總段數(shù)；

Ii——第i分段點的電流/mA。

I反映了防腐層保持電流的能力。

式中Xi——第i分段點距起始點的距離/m。

Y反映了防腐層在未考慮土壤電阻率的情況下的電器絕緣性能。

電流平均流失率反映了防腐層破損段的大小。

參數(shù)的評價方式：軟件自動計算管段相應各參數(shù)，對應標準管道數(shù)值，得出管道防腐層狀況的特征數(shù)值，評定防腐層的狀況級別。

4.2.2 管道綜合評價模型

（1）結果評價：V=（優(yōu)，良，一般，差，劣）。

（2）因素集及其取值：

防腐層電阻值按實測值，當實測值＞10 kΩ·m2時，皆取10 kΩ·m2；

陰保電位按保護率取值：1，0.9，…，不合格者為0；

土壤腐蝕電位按實測值/mV；

漏點數(shù)按實測個數(shù)取值；

穿孔年限按實際值/a；

雜散電流/mA；

坑蝕相對速度：

式中d——實測最大坑蝕深度/mm；

t——管道公稱壁厚/mm。

（3）評價矩陣R：由已知的不同評語的所有因素取值，組合成評價矩陣R。

4.3 腐蝕監(jiān)測和評價軟件系統(tǒng)的分析功能

（1）土壤腐蝕性評價。如土壤pH值、電阻率、氧化還原電位、含水率等在管道分布范圍內的狀況圖及數(shù)據(jù)表。

（2）自然電位分布、保護狀況評價。管道沿線的自然電位分布帶狀圖、陰極保護和犧牲陽極保護狀況分布帶狀圖如圖2所示。

（3）管體腐蝕評價。根據(jù)規(guī)范，按流程進行各種計算，按管道生命期模型劃分管體腐蝕損傷的程度，并確定不同腐蝕級別在管道上的分布。

（4）防腐層狀況。根據(jù)規(guī)范和檢測結果，劃分防腐層的完好狀態(tài)級別，并確定不同級別在管道上的分布，如圖3所示。

圖2 自然電位、保護電位測試數(shù)據(jù)單項檢測結果顯示

圖3 管道土壤腐蝕檢測結果顯示

（5）安全性評估和運行風險分析。根據(jù)管道運行年限、防腐層絕緣電阻值、土壤腐蝕級別、防腐層類別、管體狀況等檢測數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)，采用趨勢預測數(shù)學模型對管道進行系統(tǒng)安全性評估和運行風險評價分析。

5 結束語

埋地管道腐蝕狀況的數(shù)據(jù)采集是一項復雜艱苦的系統(tǒng)工程，應用先進的技術手段提高數(shù)據(jù)的采集效率和質量無疑是正確的發(fā)展方向。

基于正確的腐蝕評價結果能夠及時有效地實施管道腐蝕控制措施，也是提高運行管理水平、減少維護費用的有效途徑。相信隨著新標準、新理念、新技術方法和設備的應用，通過科學合理的管道維護方案的制訂和實施，可以實現(xiàn)對油氣管道腐蝕進程的控制，延長管道的服役年限。

[1]SY/T 0087.1-2006，鋼質管道及儲罐腐蝕與防護調查方法標準埋地鋼制管道外腐蝕直接評價方法[S].

[2]NACE SP 0502-2008，Pipeline External Corrosion Direct Assessment Methodology（ECDA）[S].

[3]林守江.埋地鋼質管道腐蝕檢測方法及管理模式[J].石油化工腐蝕與防護，2000，（2）：51-54.

[4]龍媛媛，王遂平，劉瑾，等.油氣長輸管道腐蝕檢測評估技術研究與應用[J].石油工程建設，2011，37（6）：27-30.

[5]石仁委.埋地管道腐蝕檢測技術的探討[J].石油工程建設，2006，32（6）：30-31，38.

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.03.011

宋麗梅（1966-），女，河北容城人，工程師，

2011-12-12；

2012-03-01

1987年畢業(yè)于華北石油學校，現(xiàn)從事油田自動化工作。