國產(chǎn)場指紋腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

華吳平,李 怡,姚華弟,孫天禮,羅 勇

(中石化股份有限公司 西南油氣分公司川東北采氣廠,南充 637400)

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國產(chǎn)場指紋腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

華吳平,李 怡,姚華弟,孫天禮,羅 勇

(中石化股份有限公司 西南油氣分公司川東北采氣廠,南充 637400)

為了完善元壩氣田集輸系統(tǒng)防腐蝕監(jiān)測手段，在現(xiàn)場使用了兩套國產(chǎn)場指紋監(jiān)測系統(tǒng)(iEMMCA-1),兩套系統(tǒng)均和進口系統(tǒng)相鄰且安裝在具有環(huán)向焊縫的管道上。對兩套國產(chǎn)場指紋系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，并與相鄰的超聲波探針測得的均勻腐蝕速率進行對比。近8個月的監(jiān)測結(jié)果表明:國產(chǎn)場指紋腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)具有良好的精度和可靠性。

場指紋(FSM)；腐蝕厚度；數(shù)據(jù)分析

元壩氣田目前的生產(chǎn)能力已達到年產(chǎn)17億m3。天然氣中H2S含量為2.7%～8.44%(體積分數(shù),下同)，CO2含量為3.12%～15.5%，屬高含硫化氫、二氧化碳氣體，水型為CaCl2型，弱酸性。目前元壩氣田鋪設(shè)管道近130 km，根據(jù)元壩氣田介質(zhì)特性，可以判斷該氣田運輸管道將面臨較大的腐蝕問題。結(jié)合普光、大灣氣的相關(guān)經(jīng)驗，元壩生產(chǎn)管理系統(tǒng)監(jiān)測的內(nèi)容包括主要生產(chǎn)設(shè)備和運輸管道等的腐蝕狀況，并且根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整防護措施。

元壩氣田采用掛片+電阻探針+線性極化探針+場指紋(Field Signature Method, FSM)+超聲波探針+國產(chǎn)FSM監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)聯(lián)合監(jiān)測。傳統(tǒng)檢測方法如掛片、電阻探針等不能檢測短時間內(nèi)的腐蝕量或者偶發(fā)的局部嚴重腐蝕，且試樣的腐蝕行為不能真實地代表設(shè)備的腐蝕行為。與這些方法相比，F(xiàn)SW系統(tǒng)能夠同時監(jiān)測管道的均勻腐蝕速率、坑蝕、沖蝕的大小、位置、深度[1-3]。目前基于FSM的管道腐蝕在線監(jiān)測儀器在國外已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用和好評，國內(nèi)也開始引進，但是由于價格昂貴和后續(xù)服務(wù)的問題，目前還沒有廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)研究團隊也基于FSM方法開發(fā)了腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)[4]，并且在元壩氣田試用，與國外FSMLog產(chǎn)品進行過對比分析。國內(nèi)的龍崗、普光等油氣田也有相關(guān)設(shè)備的安裝，但驗證研究尚不足，且后期維保問題較多，因此在元壩氣田開展場指紋監(jiān)測系統(tǒng)使用并進行數(shù)據(jù)分析及效果比較評價是很有必要性的?；诖?本工作對兩套國產(chǎn)場指紋監(jiān)測系統(tǒng)(iEMMCA-1)的監(jiān)測效果進行了考察。

1　FSM原理與現(xiàn)場安裝

FSM最早是由H. Hangestad在1983年提出的[4]，是一種無外界干擾的管道腐蝕及裂紋監(jiān)測技術(shù)，其測量探針和所有配套設(shè)備都安裝在被監(jiān)測對象外部，見圖1。當被測對象發(fā)生腐蝕時，管道厚度發(fā)生變化，導(dǎo)致電阻發(fā)生變化。當管道注入恒定電流，通過測量電壓可得電阻的變化值[5-6]。與傳統(tǒng)的腐蝕監(jiān)測方法相比較，F(xiàn)SM不需要在管道上開安裝孔，不存在泄漏的危險，且不會將雜物引入管道從而影響安全生產(chǎn)。該方法能夠在-20～500 ℃的溫度下工作。并且FSM在監(jiān)測過程中沒有配套設(shè)施暴露在惡劣的環(huán)境中，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，即使在使用者誤操作的情況下,也不會對整個系統(tǒng)造成破壞[7]。

圖1　FSM系統(tǒng)安裝簡圖Fig. 1　The installation diagram of FSM

任一一對測量電極的電壓變化情況可以由指紋系數(shù)(FC值)判斷[8]，F(xiàn)C值單位ppt(Part per thousand)，見式(1)：

(1)

式中：Vi,j;i+1,j(t0)，Vi,j;i+1,j(tx)分別為探針(i,j)和(i+1，j)在t0和tx時刻的電壓；Vref(t0)，Vref(tx)分別為標準電極對在t0和tx時刻的電壓。

元壩氣田的兩套國產(chǎn)場指紋監(jiān)測系統(tǒng)分別位于元壩29井進站管線環(huán)向焊接處和元壩29-1井出站管線環(huán)向焊接處。元壩29-1井管道探針安裝示意圖見圖2，元壩29井現(xiàn)場安裝示意圖見圖3。為了更好地對比分析數(shù)據(jù)，將國產(chǎn)FSM監(jiān)測系統(tǒng)和國外FSMLog系統(tǒng)安裝在相同管道上，二者的監(jiān)測區(qū)距離不超過3 m。此外，該管道附近同時安裝超聲波傳感器進行監(jiān)測。元壩29井的監(jiān)測區(qū)域在地面上，且與管道平行；29-1井的監(jiān)測區(qū)域埋在地下，與地面呈20°夾角。

圖2　元壩29-1井管道探針安裝示意圖(澆封前)Fig. 2　The schematic diagram of pipe probe installation in the No. 29-1 well of Yuanba gas field (before landfill)

圖3　元壩29井現(xiàn)場(安裝后)Fig. 3　The scene of No. 29 well of Yuanba gas field (after probe installation)

2　數(shù)據(jù)分析

元壩氣田國產(chǎn)FSM監(jiān)測系統(tǒng)采集的電壓數(shù)據(jù)以行向量的方式存放在EXCEL試驗數(shù)據(jù)庫中。FSM系統(tǒng)采用FC值來表征管道的腐蝕狀況，采用系統(tǒng)軟件處理數(shù)據(jù)后得到元壩29井和29-1井的FC值曲線，為了便于觀察，圖4均只顯示了112組探針中最大的5組FC值曲線。由圖4可見:(1) 元壩29井的各個探針的FC值比較一致，說明目前管道內(nèi)壁的腐蝕比較均勻，未發(fā)生明顯的坑蝕現(xiàn)象;(2) 元壩29-1井的FC值曲線明顯與元壩29的不同，其中探針P1-1處的FC值比其他位置的要大，說明這里很有可能有坑蝕，目前坑蝕處于緩慢發(fā)展的階段。而且29-1井的FC值比29井的要稍微大一些，說明腐蝕稍微嚴重一點。

29井和29-1井監(jiān)測區(qū)域的管道剩余厚度如圖5所示。由圖5可見:(1) 監(jiān)測區(qū)域處于管道轉(zhuǎn)彎處的焊縫兩端，為了保證連接處的強度，一端的管道厚度明顯比另外一端的要厚許多;(2) 29井腐蝕比較嚴重的區(qū)域多為管道下端，這是由于管道處于水平放置，運輸介質(zhì)中的水分多沉淀于管道下方，造成管壁發(fā)生腐蝕;(3) 29-1井的管道內(nèi)壁各部位腐蝕強度不均勻，靠近管道上端P1-1處的腐蝕相對最為嚴重，極有可能有坑蝕。

國外FSM系統(tǒng)雖安裝了近11個月，但系統(tǒng)由于安裝維護問題，以及后續(xù)數(shù)據(jù)處理的問題，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)讀取時反復(fù)出現(xiàn)問題，金屬損失沒有連續(xù)性，其數(shù)據(jù)缺乏參考性。由國產(chǎn)場指紋監(jiān)測系統(tǒng)可測得管壁沖蝕、坑蝕損失量和腐蝕速率等參數(shù)。自國外超聲波監(jiān)測系統(tǒng)(UT)投入運行至今，運行穩(wěn)定，其監(jiān)測數(shù)據(jù)具有較好的參考性，和國產(chǎn)場指紋監(jiān)測系統(tǒng)在相同時間節(jié)點內(nèi)可進行對比分析，表1為各監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析表。由表1可見,國產(chǎn)場指紋系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有很好的精度和可靠性。

(a)　元壩29井 (b)　元壩29-1井圖4　元壩國產(chǎn)FSM腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)得到的FC值曲線圖Fig. 4　The FC value diagram got by the domestic corrosion monitoring system based on FSM in Yuanba gas field: (a) No. 29 well of Yuanba gas field; (b) No. 29-1 well of Yuanba gas field

(a)　元壩29井監(jiān)測區(qū)域管道剩余厚度 (b)　元壩29-1井監(jiān)測區(qū)域管道剩余厚度圖5　元壩國產(chǎn)FSM腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)得到的管道剩余厚度Fig. 5　The pipe remaining wall thickness got by the domestic corrosion monitoring system based on FSM in Yuanba gas field: (a) The pipe remaining wall thickness of monitoring area in the No. 29 well of Yuanba gas field; (b) The pipe remaining wall thickness of monitoring area in the No. 29-1 well of Yuanba gas field

表1　各監(jiān)測地點不同設(shè)備測得的平均腐蝕速率Tab. 1　The comparison table of uniform corrosion rates tested by different instruments in different monitoring sites

3　結(jié)論

(1) FC值顯示管道上的腐蝕點未有偏移，腐蝕情況穩(wěn)定，未有嚴重坑蝕出現(xiàn)。

(2) 元壩29井中,相對比較嚴重的腐蝕多發(fā)生于管道下端，這是由于管道處于水平放置，運輸介質(zhì)中的水分多沉淀于管道下方，造成管壁發(fā)生腐蝕。

(3) 國產(chǎn)場指紋系統(tǒng)可判斷坑蝕情況，29-1井的管道內(nèi)壁各部位腐蝕強度不均勻， P1-1處的腐蝕相對最為嚴重，極有可能發(fā)生了坑蝕。

(4) 對比UT監(jiān)測數(shù)據(jù)，元壩29井進站管線處和元壩29-1井出站管線處折算平均腐蝕速率偏差分別為0.002 mm/a和0.009 mm/a，表明國產(chǎn)場指紋系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有較好的精度和可靠性。

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Application of Domestic Corrosion Monitoring System Based on FSM

HUA Wu-ping, LI Yi, YAO Hua-di, SUN Tian-li, LUO Yong

(Southwest Gas Production Plant of Sinopec Southwest Branch Company, Nanchong 637400, China)

ln order to improve the corrosion monitoring means of gas gathering and transportation system in Yuanba gas field, two sets of domestic corrosion monitoring systems (iEMMCA-1) based on filed signature method (FSM) were installed on 2 pipes with circumferential weld near the import system. The monitoring results of the FSW were analyzed, and compared with corrosion ratersults dectected by the system of ultrasonic probe. The results based on nearly 8 months application show that the domestic monitoring system has good accuracy and reliability.

field signature method (FSM); corrosion thickness; data analysis

10.11973/fsyfh-201605004

2015-08-14

國家自然科學(xué)基金資助項目(61271329)

華吳平(1988-)，助理工程師，本科，從事金屬材料的防腐蝕應(yīng)用研究工作，1522813275，huawupingh@163.com

TG174.3

B

1005-748X(2016)05-0368-03