高含硫天然氣凈化廠腐蝕與安全維護(hù)系統(tǒng)研發(fā)

許述劍 柴永新 劉小輝 于艷秋 張曉剛

1.中國石化青島安全工程研究院 2.中國石化中原油田普光分公司天然氣凈化廠

高含硫天然氣凈化廠腐蝕與安全維護(hù)系統(tǒng)研發(fā)

許述劍1柴永新1劉小輝1于艷秋2張曉剛2

1.中國石化青島安全工程研究院 2.中國石化中原油田普光分公司天然氣凈化廠

針對高含硫天然氣凈化過程中H2S腐蝕和其他危害，借鑒煉化企業(yè)防腐蝕管理系統(tǒng)，研發(fā)凈化廠腐蝕與安全維護(hù)系統(tǒng)，建立設(shè)備完整性數(shù)據(jù)庫，開發(fā)裝置運行監(jiān)控、腐蝕監(jiān)測與檢測、腐蝕案例統(tǒng)計、介質(zhì)化驗分析、風(fēng)險檢驗和設(shè)備維護(hù)策略等業(yè)務(wù)模塊，綜合應(yīng)用腐蝕評價和風(fēng)險檢驗技術(shù)，及時掌握設(shè)備H2S腐蝕規(guī)律和風(fēng)險等級，并適時修訂防腐蝕策略和風(fēng)險管理策略，從技術(shù)層面對設(shè)備進(jìn)行專業(yè)化管理。

高含硫天然氣 凈化 腐蝕 安全 維護(hù)系統(tǒng)

高含硫天然氣含有大量H2S 、CO2和氣田鹵水，腐蝕環(huán)境惡劣，使得開采、集輸，特別是凈化過程中存在嚴(yán)重H2S腐蝕和其他危害[1-3]，造成設(shè)備腐蝕、泄漏和失效等風(fēng)險概率高，致使設(shè)備管理工作難度大。高含硫氣田開發(fā)是油氣工業(yè)的效益增長點和發(fā)展趨勢[4-5]，為此，借鑒煉化企業(yè)防腐蝕管理系統(tǒng)的成熟技術(shù)、完備功能及豐富運行經(jīng)驗，設(shè)計與開發(fā)高含硫天然氣凈化廠設(shè)備腐蝕與安全維護(hù)系統(tǒng)，建立設(shè)備完整性數(shù)據(jù)庫，綜合應(yīng)用腐蝕評價和風(fēng)險檢驗技術(shù)，進(jìn)行H2S腐蝕規(guī)律預(yù)測和基于風(fēng)險的檢驗，及時掌握設(shè)備H2S腐蝕和風(fēng)險等級狀況，并適時修訂防腐蝕策略和風(fēng)險管理策略，從技術(shù)層面對凈化廠設(shè)備進(jìn)行有效的專業(yè)化管理，提高設(shè)備管理水平和降低生產(chǎn)風(fēng)險，具有重大的現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

高含硫天然氣凈化廠設(shè)備腐蝕與安全維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計基于B/S(瀏覽器/服務(wù)器)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式，采用了SqlServer數(shù)據(jù)庫運行環(huán)境和Microsoft Visual Studio 6.0開發(fā)工具。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和web服務(wù)器軟件配置Windows2008 Server企業(yè)版，硬件配置HPDL360G6 E5550/24G/ 146G*4/板載網(wǎng)卡/；關(guān)系數(shù)據(jù)庫軟件配置ORACLE標(biāo)準(zhǔn)版?？傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用層、信息決策與展示層3部分。

(1) 數(shù)據(jù)采集層是系統(tǒng)最基本部分，設(shè)計從企業(yè)實時數(shù)據(jù)庫中采集設(shè)備實時運行狀態(tài)參數(shù)；從Lims系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采集腐蝕介質(zhì)化驗分析數(shù)據(jù)；從在線腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)庫采集腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)；通過客戶端人工錄入整理設(shè)備檔案信息，錄入整理定點測厚數(shù)據(jù)，錄入整理腐蝕失效案例庫等。建立設(shè)備和工藝管道基礎(chǔ)信息庫、腐蝕監(jiān)測與檢測數(shù)據(jù)庫、腐蝕失效案例庫、防腐蝕優(yōu)化方案及風(fēng)險檢驗策略知識庫等，形成凈化廠設(shè)備完整性數(shù)據(jù)庫，如圖1所示。

(2) 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用層是系統(tǒng)的核心層，將采集與錄入的數(shù)據(jù)經(jīng)過裝置運行監(jiān)控、設(shè)備檔案管理、腐蝕監(jiān)測與檢測、腐蝕案例統(tǒng)計、介質(zhì)化驗分析及風(fēng)險檢驗業(yè)務(wù)功能模塊的梳理、統(tǒng)計、分析或邏輯計算后，進(jìn)行H2S腐蝕規(guī)律預(yù)測和基于風(fēng)險的檢驗，各模塊邏輯關(guān)系如圖2所示。

(3) 信息決策與展示層是采集與錄入的數(shù)據(jù)經(jīng)過梳理、統(tǒng)計、分析或邏輯計算，進(jìn)行H2S腐蝕規(guī)律預(yù)測和基于風(fēng)險的檢驗后，形成設(shè)備管理策略，指導(dǎo)設(shè)備管理。同時，將形成的報表、圖示及決策分析等信息在監(jiān)控平臺進(jìn)行展示，從而實現(xiàn)凈化廠基于腐蝕評估和風(fēng)險檢驗的設(shè)備管理。

2 系統(tǒng)功能模塊開發(fā)

在系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，8個業(yè)務(wù)模塊的主要功能設(shè)計開發(fā)如下。

2.1 裝置運行監(jiān)控

對生產(chǎn)運行過程進(jìn)行實時監(jiān)控，包括：從凈化廠實時數(shù)據(jù)庫中采集關(guān)鍵工藝狀態(tài)參數(shù)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)行實時監(jiān)控和綜合展示；對具備實時數(shù)據(jù)采集的裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，并在裝置總貌圖中進(jìn)行信息匯總和綜合展示；在工藝流程圖中顯示定點測厚部位和在線腐蝕監(jiān)測點等。

2.2 設(shè)備檔案管理

設(shè)備檔案管理為設(shè)備管理最基本的操作業(yè)務(wù)，涉及設(shè)備分類、設(shè)備基礎(chǔ)信息維護(hù)、設(shè)備附件、設(shè)備編碼、圖形化等管理業(yè)務(wù)，包括動設(shè)備、靜設(shè)備、電器儀表和工藝管道4類設(shè)備檔案管理數(shù)據(jù)。設(shè)備臺賬界面具有查詢、錄入、導(dǎo)出和編輯功能。

動設(shè)備管理：主要包括機泵和風(fēng)機。通過業(yè)務(wù)人員錄入基礎(chǔ)信息(設(shè)備編號、名稱、制造廠、出廠日期、投用日期等)、技術(shù)參數(shù)(操作介質(zhì)、操作溫度等)和附件信息(設(shè)備結(jié)構(gòu)圖)實現(xiàn)對設(shè)備基礎(chǔ)信息的維護(hù)。

靜設(shè)備管理：主要包括塔器、反應(yīng)器、換熱器、空冷器、容器及加熱爐。通過業(yè)務(wù)人員錄入基礎(chǔ)信息、技術(shù)參數(shù)和附件信息實現(xiàn)對設(shè)備基礎(chǔ)信息的維護(hù)。

電器儀表管理：主要包括電動機、各種在線儀表等，通過業(yè)務(wù)人員錄入基礎(chǔ)信息、技術(shù)參數(shù)和附件信息實現(xiàn)對設(shè)備基礎(chǔ)信息的維護(hù)。

工藝管道管理：按照工藝條件(如溫度、壓力、介質(zhì)腐蝕性等)劃分物流回路，對管道進(jìn)行分類管理。通過業(yè)務(wù)人員錄入基礎(chǔ)信息、技術(shù)參數(shù)和附件信息(管道三維圖)實現(xiàn)對管道信息的維護(hù)。

2.3 腐蝕監(jiān)測與檢測

腐蝕監(jiān)測與檢測包括腐蝕數(shù)據(jù)采集、腐蝕數(shù)據(jù)分析、腐蝕監(jiān)測與檢測周報及月報管理。

腐蝕數(shù)據(jù)采集：①在線腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，通過數(shù)據(jù)采集接口方式進(jìn)行，采集頻率根據(jù)用戶需求設(shè)置；②定點測厚數(shù)據(jù)采集，錄入管道壁厚度，根據(jù)原始管道信息計算腐蝕速率。

腐蝕數(shù)據(jù)分析：①監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對單探針不同時期、多探針一個時間段的對比分析等功能，系統(tǒng)中顯示單個探針不同日期腐蝕速率、一組探針在一段時期內(nèi)的平均腐蝕速率對比情況；②定點測厚數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)中顯示每個測厚點在一段時期內(nèi)管道壁厚變化趨勢圖。

腐蝕監(jiān)測與檢測周報、月報管理：以采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過Excel報表方式匯總統(tǒng)計出相應(yīng)的腐蝕監(jiān)測與檢測周報和月報。主要內(nèi)容：①數(shù)據(jù)部分，探針編號、監(jiān)測位置、介質(zhì)名稱、相態(tài)、起始時間、終止時間、本周腐蝕損耗速率等參數(shù)；②數(shù)據(jù)來源，在線監(jiān)測儀器和定點測厚的錄入數(shù)據(jù)；③系統(tǒng)提供功能，提供數(shù)據(jù)的錄入，從Excel表導(dǎo)入到系統(tǒng)、修改、查詢、刪除、打印、導(dǎo)出到Excel表、校驗等功能；④處理要求，將采集到的數(shù)據(jù)分類匯總，統(tǒng)計分析。

2.4 腐蝕案例統(tǒng)計

包括數(shù)據(jù)采集和分析查詢。

數(shù)據(jù)采集：采集內(nèi)容包含腐蝕事件的經(jīng)過、處理過程、原因分析、措施制定及責(zé)任人處理等信息；采集方式采用手工錄入和Word文檔附件相結(jié)合的方式。

分析查詢：腐蝕案例數(shù)據(jù)可以按事故名稱、時間查詢展示。展示內(nèi)容包括所有用戶錄入的信息并展示相應(yīng)的事故附件。分析功能實現(xiàn)按照時間、裝置等信息對腐蝕事件進(jìn)行各種圖形分析。

2.5 介質(zhì)化驗分析

從Lims系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理匯總生成相應(yīng)分析報表并作圖形展示。該模塊主頁中設(shè)有采樣點分布圖，涉及管道制圖。

數(shù)據(jù)采集：采集范圍包括腐蝕風(fēng)險管理所需的實驗室分析數(shù)據(jù)，采集頻率根據(jù)數(shù)據(jù)分析要求由用戶自定義設(shè)置。Lims數(shù)據(jù)通過開發(fā)相應(yīng)Lims數(shù)據(jù)采集接口方式進(jìn)行采集。

分析展示：Lims數(shù)據(jù)可以按檢測點、時間區(qū)間段查詢展示。展示的內(nèi)容包括了從Lims系統(tǒng)采集的實驗室分析數(shù)據(jù)。分析功能實現(xiàn)按照時間、檢測點等信息對化驗分析數(shù)據(jù)進(jìn)行各種圖形分析。同時，提供企業(yè)平面圖，可瀏覽全廠所有Lims實驗分析數(shù)據(jù)采樣點位置。

2.6 風(fēng)險檢驗管理

該模塊通過B/S方式嵌入集成RBI軟件的計算和展示功能，將風(fēng)險數(shù)據(jù)集成到本系統(tǒng)中。RBI-ST分析軟件服務(wù)于石化企業(yè)的設(shè)備檢驗管理，核心技術(shù)是風(fēng)險管理技術(shù)和API的RBI技術(shù)，并結(jié)合設(shè)備完整性管理體系，符合企業(yè)的管理模式，具有以下幾個突出的特點：RBI-ST提供了完整的RBI管理流程；完善的風(fēng)險計算功能；與CAD無縫結(jié)合的兼容性；完整的失效案例庫。

2.7 設(shè)備維護(hù)

包括規(guī)章制度、技術(shù)資料、防腐優(yōu)化策略和風(fēng)險檢驗策略4個子功能。

規(guī)章制度功能：包括全廠設(shè)備管理相關(guān)的規(guī)章制度文檔資料。具有按規(guī)章制度名稱查詢展示功能和進(jìn)行瀏覽、上傳、下載、錄入、修改、刪除、查詢、打印、原樣輸出等數(shù)據(jù)維護(hù)功能。

技術(shù)資料功能：包括各類生產(chǎn)和設(shè)備相關(guān)的技術(shù)資料文檔，如裝置設(shè)計、加工能力、實際加工能力等。具有按技術(shù)資料名稱查詢展示功能和進(jìn)行瀏覽、上傳、下載、錄入、修改、刪除、查詢、打印、原樣輸出等數(shù)據(jù)維護(hù)功能。

防腐蝕策略功能：包括裝置防腐蝕策略和優(yōu)化措施。具有按預(yù)置的防腐策略關(guān)鍵字查詢展示功能和進(jìn)行瀏覽、上傳、下載、錄入、修改、刪除、查詢、打印、原樣輸出等數(shù)據(jù)維護(hù)功能。

風(fēng)險檢驗策略功能：包括裝置風(fēng)險檢驗策略。具有按預(yù)置的關(guān)鍵字查詢展示功能和進(jìn)行瀏覽、上傳、下載、錄入、修改、刪除、查詢、打印、原樣輸出等數(shù)據(jù)維護(hù)功能。

2.8 系統(tǒng)管理

用戶管理：用戶劃分為系統(tǒng)管理員、風(fēng)險評估員和普通用戶3個等級。系統(tǒng)管理員級別和權(quán)限：權(quán)重設(shè)置、用戶管理、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù)、數(shù)據(jù)表的導(dǎo)入導(dǎo)出、風(fēng)險評價、腐蝕評價、決策維護(hù)；風(fēng)險評估員級別和權(quán)限：數(shù)據(jù)操作、風(fēng)險評價、腐蝕評價、決策維護(hù)、數(shù)據(jù)表的導(dǎo)出；普通用戶級別和權(quán)限：評價結(jié)果瀏覽、數(shù)據(jù)查詢。

數(shù)據(jù)管理：數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù)。

文件上傳：實現(xiàn)維護(hù)管理策略、通知公告等文件上傳維護(hù)功能。

3 系統(tǒng)的初步應(yīng)用

經(jīng)過詳細(xì)方案設(shè)計、原型設(shè)計、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)安裝、調(diào)試、培訓(xùn)、試運行及測試驗收，高含硫天然氣凈化廠設(shè)備腐蝕與安全維護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)成功上線運行，部分軟件界面如圖3所示。

該軟件系統(tǒng)通過從企業(yè)實時數(shù)據(jù)庫中采集設(shè)備實時運行狀態(tài)參數(shù)，通過客戶端人工錄入整理設(shè)備臺帳、圖紙、資料、檢維修等動態(tài)信息以及其他模塊的數(shù)據(jù)，利用軟件風(fēng)險檢驗?zāi)K進(jìn)行裝置RBI風(fēng)險檢驗，風(fēng)險排序，并制定風(fēng)險管理策略；通過從Lims系統(tǒng)采集腐蝕介質(zhì)化驗分析數(shù)據(jù)，從在線腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)庫采集腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過客戶端人工錄入整理定點測厚數(shù)據(jù)，整理腐蝕失效案例庫，利用軟件化驗分析模塊、腐蝕監(jiān)測與檢測模塊、腐蝕失效案例模塊進(jìn)行介質(zhì)腐蝕性、工藝防腐、腐蝕監(jiān)測與檢測等防腐措施的有效性評價，預(yù)測H2S腐蝕發(fā)展趨勢，制定防腐蝕策略。同時，隨數(shù)據(jù)的更新，實施再次風(fēng)險檢驗和腐蝕評價，及時修訂風(fēng)險管理策略和防腐蝕策略，形成閉環(huán)管理，結(jié)合其他管理制度、技術(shù)資料，實現(xiàn)高含硫天然氣凈化廠設(shè)備專業(yè)化技術(shù)管理。

目前該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、應(yīng)用效果良好。例如，腐蝕監(jiān)測與檢測模塊統(tǒng)計分析表明，腐蝕波動嚴(yán)重的部位依次是二級硫冷凝器入口、急冷水泵出口、酸性水汽提塔頂。開工初期操作波動，在線監(jiān)測腐蝕速率超出允許值好幾倍，裝置運行平穩(wěn)后腐蝕速率降低。所以，裝置頻繁開停工是主要影響因素；事故案例模塊統(tǒng)計分析表明：導(dǎo)致事故發(fā)生的主要因素依次是腐蝕、硫化亞鐵自燃、施工缺陷。主要腐蝕類型有貧富胺液環(huán)境腐蝕、液硫和硫磺環(huán)境腐蝕、H2S及硫酸露點腐蝕。主要腐蝕部位有脫硫單元胺液系統(tǒng)換熱器、硫磺回收單元液硫及硫磺冷凝器和脫氣管線、尾氣處理單元的尾氣加氫后冷器和急冷水塔底抽出管線、硫磺儲存和運輸系統(tǒng)等?？傊撥浖到y(tǒng)實現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計目標(biāo)，并且隨著以后數(shù)據(jù)的不斷積累，軟件分析功能將會充分地展現(xiàn)出來。

4 結(jié) 語

(1) 綜上所述，高含硫天然氣凈化廠腐蝕與安全維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計理念是正確、可行的，綜合應(yīng)用腐蝕評價和風(fēng)險檢驗技術(shù)，及時掌握H2S腐蝕和風(fēng)險等級狀況，并適時修訂防腐蝕策略和風(fēng)險管理策略，從技術(shù)層面對凈化廠設(shè)備進(jìn)行有效的專業(yè)化管理。

(2) 該系統(tǒng)的應(yīng)用效果明顯，預(yù)測腐蝕規(guī)律與機理，確定風(fēng)險大小與部位，使得高含硫天然氣凈化廠的危害處于可控之中。

(3) 該系統(tǒng)的應(yīng)用前景廣闊，隨著設(shè)備完整性數(shù)據(jù)的不斷積累，該系統(tǒng)將會發(fā)揮更大的專業(yè)化管理作用。

[1] 杜志敏. 國外高含硫氣藏開發(fā)經(jīng)驗與啟示[J]. 天然氣工業(yè), 2006, 26(12): 35-37.

[2] 張強, 陳文, 楊夢薇, 等. 高酸性氣田腐蝕監(jiān)測技術(shù)研究[J]. 石油與天然氣化工, 2012, 41(1): 62-65.

[3] 劉坤, 何娜, 王堯, 等. 高含硫氣田開發(fā)安全評價技術(shù)探討[J]. 石油與天然氣化工, 2013, 42(4): 416-420.

[4] 邊云燕, 向波, 彭磊, 等. 高含硫氣田開發(fā)現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)[J]. 天然氣與石油, 2007, 25(5): 3-7.

[5] 袁青, 劉音, 畢研霞, 等. 油氣田開發(fā)中CO2腐蝕機理及防腐方法研究進(jìn)展[J]. 天然氣與石油, 2015, 33(2): 78-81.

Development of the corrosion and security maintenance system forhigh sulfur natural gas purification plant

Xu Shujian1， Chai Yongxin1， Liu Xiaohui1， Yu Yanqiu2， Zhang Xiaogang2

1.SINOPECSafetyEngineeringInstitute，Qingdao,Shandong,China2.PuguangBranchofSINOPECZhongyuanOilfieldCompany，Dazhou,Sichuan,China

Due to the serious H2S corrosion and other hazards, the corrosion and security maintenance system for high sulfur natural gas purification plant has been studied referring to the refinery anti-corrosion management system, establishing the integrity database, and exploiting the core business modules about operation monitoring, corrosion monitoring and inspection, corrosion case statistics, medium test and analysis, risk management and equipment maintenance strategy and so on. The corrosion evaluation and risk inspection have been applied to predict H2S corrosion and inspect based on risk, and timely revise anti-corrosion strategy and risk management strategy. The professional technical management has been carried out in purification plant.

high sulfur natural gas, purification, corrosion, security, maintenance system

中國石油化工股份有限公司科研項目“普光高含硫凈化廠腐蝕控制技術(shù)研究”(311032)。

許述劍(1971-),男,博士, 高級工程師，現(xiàn)就職于中國石化青島安全工程研究院,從事材料腐蝕與防護(hù)相關(guān)研究工作。E-mail：xsjws1@163.com

TE986

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.04.019

2016-10-12；

2017-01-06；編輯：鐘國利