華北油田埋地鋼質(zhì)管道腐蝕監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)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(shù)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(jì)算機(jī)室，河北霸州062552）

華北油田埋地鋼質(zhì)管道腐蝕監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)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(shù)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(jì)算機(jī)室，河北霸州062552）

埋地鋼質(zhì)管道腐蝕狀況的監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)是保障油田管道安全運(yùn)行的重要內(nèi)容。文章從平臺(tái)的選擇和開發(fā)技術(shù)、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(píng)價(jià)等方面介紹了華北油田埋地鋼質(zhì)管道的腐蝕監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)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(yīng)用。

埋地鋼質(zhì)管道；腐蝕監(jiān)測(cè)；腐蝕評(píng)價(jià)；軟件系統(tǒng)

0 引言

開展油田埋地鋼質(zhì)油氣集輸管道腐蝕狀況的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)和評(píng)價(jià)對(duì)保證安全生產(chǎn)有著極其重要的作用。近年來，國(guó)內(nèi)多家單位開展了腐蝕檢測(cè)、失效分析和安全評(píng)估等方面的技術(shù)研究工作，并積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，為開發(fā)油田重要集輸管道的腐蝕監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為保證油田油氣集輸系統(tǒng)的安全運(yùn)行，華北油田工程技術(shù)人員做了深入細(xì)致的工作，積累了大量經(jīng)驗(yàn)，并開發(fā)出了陰極保護(hù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳、埋地油氣管道腐蝕監(jiān)測(cè)、管道運(yùn)行管理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

埋地鋼質(zhì)管道腐蝕監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)軟件信息系統(tǒng)（CPGIS）是利用信息處理技術(shù)、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的通訊技術(shù)、GIS技術(shù)以及管道腐蝕綜合評(píng)價(jià)技術(shù)，開發(fā)出的面向油田管道安全生產(chǎn)和運(yùn)行管理，具有地理信息管理、腐蝕現(xiàn)狀及保護(hù)效果評(píng)價(jià)、安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)等多方面功能的綜合管理系統(tǒng)。在對(duì)埋地鋼質(zhì)管道及設(shè)施進(jìn)行腐蝕及保護(hù)狀況調(diào)查的基礎(chǔ)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(duì)管道陰極保護(hù)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和遠(yuǎn)傳，將電法保護(hù)的數(shù)據(jù)納入管道運(yùn)行數(shù)據(jù)庫中，再對(duì)管道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、綜合歸納，按相應(yīng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)價(jià)和腐蝕失效的發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了以腐蝕評(píng)價(jià)模型為主導(dǎo)，做到以防為主、腐蝕狀況監(jiān)測(cè)與檢測(cè)相結(jié)合，大大提高了埋地鋼質(zhì)管道的腐蝕控制水平和維修方案的科學(xué)性。該系統(tǒng)的應(yīng)用有效地減少了管道的維護(hù)費(fèi)用，為提高油田經(jīng)濟(jì)效益做出了貢獻(xiàn)。

1 平臺(tái)的選擇和開發(fā)技術(shù)

地理信息系統(tǒng)（GIS）從應(yīng)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(diǎn)，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(chǔ)和處理的信息是經(jīng)過地理編碼的，地理位置及其與位置相關(guān)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(yīng)用的主要部分，地理信息的引用為以往信息系統(tǒng)的改進(jìn)帶來了突破性的進(jìn)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(jiǎn)單、實(shí)用，極大地?cái)U(kuò)展了信息的利用價(jià)值。

華北油田是引用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、應(yīng)用地理信息系統(tǒng)較早的單位，相應(yīng)的技術(shù)水平、管理水平也較高，具有成功應(yīng)用地理信息系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲(chǔ)備。基于當(dāng)前國(guó)內(nèi)外各個(gè)專業(yè)地理信息系統(tǒng)供應(yīng)商的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，采用局域網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境、大型通用地理信息系統(tǒng)平臺(tái)是合理的選擇。當(dāng)前國(guó)內(nèi)應(yīng)用中流行的地理信息系統(tǒng)有美國(guó)ESRI公司的ARC/ INFO、MapInfo公司的MapInfo等，國(guó)內(nèi)的代表性系統(tǒng)有中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）的中地信息工程公司的MAPGIS、武漢測(cè)繪大學(xué)的GeoStar系統(tǒng)等。在通用平臺(tái)上建立的各類應(yīng)用系統(tǒng)不勝枚舉，各個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)在其性能、價(jià)格、開放性、可擴(kuò)展性、易用性、技術(shù)支持能力等方面各有千秋。我們選擇應(yīng)用平臺(tái)主要是針對(duì)華北油田的實(shí)際情況，選擇了Supermap系統(tǒng)，這主要是除了考慮系統(tǒng)的構(gòu)建費(fèi)用等因素外，還兼顧到系統(tǒng)平臺(tái)的可支持?jǐn)?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(zhǎng)期完善、發(fā)展、應(yīng)用留有足夠的擴(kuò)展余地。

針對(duì)油田現(xiàn)有的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，腐蝕監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)是以Windows NT作為網(wǎng)絡(luò)操作環(huán)境，選用Supermap 5.x作為應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)，采用MicroStation開發(fā)語言（MDL）、VB和VC++等編程語言，實(shí)現(xiàn)在WIN2k Server/Professional微機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(kuò)展和完善。

系統(tǒng)采用最新的OLE/COM編程技術(shù)和Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)布技術(shù)完成系統(tǒng)應(yīng)用程序的開發(fā)，采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)ACCESS/ORACLE完成數(shù)據(jù)庫內(nèi)的空間數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、分析檢索數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。實(shí)現(xiàn)時(shí)，從軟件功能、開發(fā)調(diào)試及應(yīng)用可擴(kuò)充的角度出發(fā)，將系統(tǒng)按功能分塊，采用組件化程序結(jié)構(gòu)。

腐蝕監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)采用Windows流行界面風(fēng)格，用戶友好。總控程序采用了下拉式菜單形式，利用彈出式菜單形式將系統(tǒng)的子功能和復(fù)雜行為表現(xiàn)出來。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)幫助功能，可根據(jù)用戶需要提供實(shí)時(shí)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(cè)和評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)可以在系統(tǒng)的用戶終端機(jī)上運(yùn)行，也可在企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上聯(lián)機(jī)多用戶運(yùn)行。管理員通過設(shè)定訪問權(quán)限，完成對(duì)系統(tǒng)的建立、維護(hù)、動(dòng)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(cè)和評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)設(shè)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(chǔ)上建立的。數(shù)據(jù)的核心是管道的腐蝕及防護(hù)信息，包括集輸管道及相關(guān)附屬設(shè)施的空間信息、管道建設(shè)的基礎(chǔ)信息、陰極防護(hù)運(yùn)行狀況信息、管道檢測(cè)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(shè)施基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（在設(shè)備運(yùn)行期，一般不隨時(shí)間更新）、設(shè)施（設(shè)備）運(yùn)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(píng)價(jià)數(shù)據(jù)（由系統(tǒng)提供的功能自動(dòng)更新），其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 腐蝕監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)示意

3 數(shù)據(jù)采集策略

管道腐蝕與防護(hù)評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)采集是一項(xiàng)巨大而繁雜的工作。以往的地理信息系統(tǒng)項(xiàng)目中，建立系統(tǒng)所需資金的80%~90%花費(fèi)在現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集和相關(guān)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(yùn)行后，數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的及時(shí)更新對(duì)于掌握管道的腐蝕狀態(tài)發(fā)展至關(guān)重要，也是保證腐蝕評(píng)價(jià)正確性的關(guān)鍵所在。

在建立華北油田油氣集輸管道腐蝕監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)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(jié)構(gòu)內(nèi)各個(gè)錄入項(xiàng)內(nèi)容參照相應(yīng)的規(guī)范確定數(shù)值量的計(jì)量單位；對(duì)字符項(xiàng)編制錄入的選擇數(shù)據(jù)字典以彈出式菜單供錄入時(shí)選擇。系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典具有用戶可維護(hù)功能，用戶可根據(jù)需要，自行定義、修改、刪除相應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)。

在完成管道建設(shè)的基礎(chǔ)信息錄入之后，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來源主要有兩個(gè)：一是從建立的管道腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)接收并儲(chǔ)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(dòng)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(cè)人員通過必要的外業(yè)檢測(cè)來取得，經(jīng)過內(nèi)業(yè)的分析處理，得到可用的檢測(cè)數(shù)據(jù)，由工作人員利用數(shù)據(jù)錄入功能進(jìn)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(duì)于那些檢測(cè)工作量過大，或現(xiàn)場(chǎng)很難取到，或是受檢測(cè)技術(shù)的局限不宜過多采集的數(shù)據(jù)，在實(shí)際工作中進(jìn)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(duì)于那些對(duì)分析結(jié)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(cè)和分析，取得經(jīng)驗(yàn)，再通過設(shè)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(gè)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(píng)價(jià)

根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0087.1-2006《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕與防護(hù)調(diào)查方法標(biāo)準(zhǔn)》及SY/ T 6151-1995《鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評(píng)價(jià)方法》，結(jié)合油田實(shí)際工作中所能獲得的腐蝕和防護(hù)評(píng)價(jià)因素，提出了油田油氣集輸管道的評(píng)價(jià)內(nèi)容及方法。

4.1 評(píng)價(jià)內(nèi)容

土壤腐蝕性、防腐層絕緣電阻：按當(dāng)前廣泛采用的土壤防腐層測(cè)量及評(píng)價(jià)方法得到管道周邊土壤腐蝕性和外防腐層狀況評(píng)價(jià)值。

漏點(diǎn)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(píng)價(jià)的補(bǔ)充指標(biāo)。

陰極保護(hù)電位、土壤自然電位、氧化還原電位：通過實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)進(jìn)行定期更新，并對(duì)管道的保護(hù)效果進(jìn)行數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)。

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(biāo)，交流電位梯度作為交流雜散電流干擾程度指標(biāo)。

4.2 埋地管道外防腐層評(píng)價(jià)模型

數(shù)據(jù)庫是作為管道腐蝕與防護(hù)調(diào)查數(shù)據(jù)的信息來源，數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)系統(tǒng)是依照相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析來完成對(duì)埋地管道的綜合評(píng)價(jià)的，CPGIS建立了以下三個(gè)數(shù)學(xué)模型：

4.2.1 管道外防腐層評(píng)價(jià)模型

將管道按某一長(zhǎng)度分成若干段后，管道外防腐層用以下參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)：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(jì)算公式如下：

式中I0——初始電流/mA；

N——?jiǎng)澐值目偠螖?shù)；

Ii——第i分段點(diǎn)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(diǎn)距起始點(diǎn)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(píng)價(jià)方式：軟件自動(dòng)計(jì)算管段相應(yīng)各參數(shù)，對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)管道數(shù)值，得出管道防腐層狀況的特征數(shù)值，評(píng)定防腐層的狀況級(jí)別。

4.2.2 管道綜合評(píng)價(jià)模型

（1）結(jié)果評(píng)價(jià)：V=（優(yōu)，良，一般，差，劣）。

（2）因素集及其取值：

防腐層電阻值按實(shí)測(cè)值，當(dāng)實(shí)測(cè)值＞10 kΩ·m2時(shí)，皆取10 kΩ·m2；

陰保電位按保護(hù)率取值：1，0.9，…，不合格者為0；

土壤腐蝕電位按實(shí)測(cè)值/mV；

漏點(diǎn)數(shù)按實(shí)測(cè)個(gè)數(shù)取值；

穿孔年限按實(shí)際值/a；

雜散電流/mA；

坑蝕相對(duì)速度：

式中d——實(shí)測(cè)最大坑蝕深度/mm；

t——管道公稱壁厚/mm。

（3）評(píng)價(jià)矩陣R：由已知的不同評(píng)語的所有因素取值，組合成評(píng)價(jià)矩陣R。

4.3 腐蝕監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)的分析功能

（1）土壤腐蝕性評(píng)價(jià)。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(nèi)的狀況圖及數(shù)據(jù)表。

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

（3）管體腐蝕評(píng)價(jià)。根據(jù)規(guī)范，按流程進(jìn)行各種計(jì)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(jí)別在管道上的分布。

（4）防腐層狀況。根據(jù)規(guī)范和檢測(cè)結(jié)果，劃分防腐層的完好狀態(tài)級(jí)別，并確定不同級(jí)別在管道上的分布，如圖3所示。

圖2 自然電位、保護(hù)電位測(cè)試數(shù)據(jù)單項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果顯示

圖3 管道土壤腐蝕檢測(cè)結(jié)果顯示

（5）安全性評(píng)估和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。根據(jù)管道運(yùn)行年限、防腐層絕緣電阻值、土壤腐蝕級(jí)別、防腐層類別、管體狀況等檢測(cè)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)，采用趨勢(shì)預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型對(duì)管道進(jìn)行系統(tǒng)安全性評(píng)估和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析。

5 結(jié)束語

埋地管道腐蝕狀況的數(shù)據(jù)采集是一項(xiàng)復(fù)雜艱苦的系統(tǒng)工程，應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段提高數(shù)據(jù)的采集效率和質(zhì)量無疑是正確的發(fā)展方向。

基于正確的腐蝕評(píng)價(jià)結(jié)果能夠及時(shí)有效地實(shí)施管道腐蝕控制措施，也是提高運(yùn)行管理水平、減少維護(hù)費(fèi)用的有效途徑。相信隨著新標(biāo)準(zhǔn)、新理念、新技術(shù)方法和設(shè)備的應(yīng)用，通過科學(xué)合理的管道維護(hù)方案的制訂和實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣管道腐蝕進(jìn)程的控制，延長(zhǎng)管道的服役年限。

[1]SY/T 0087.1-2006，鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕與防護(hù)調(diào)查方法標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼制管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)方法[S].

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

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

[4]龍媛媛，王遂平，劉瑾，等.油氣長(zhǎng)輸管道腐蝕檢測(cè)評(píng)估技術(shù)研究與應(yīng)用[J].石油工程建設(shè)，2011，37（6）：27-30.

[5]石仁委.埋地管道腐蝕檢測(cè)技術(shù)的探討[J].石油工程建設(shè)，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(xué)校，現(xiàn)從事油田自動(dòng)化工作。