國產場指紋腐蝕監測系統的應用

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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國產場指紋腐蝕監測系統的應用

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防腐蝕監測手段，在現場使用了兩套國產場指紋監測系統(iEMMCA-1),兩套系統均和進口系統相鄰且安裝在具有環向焊縫的管道上。對兩套國產場指紋系統的監測數據進行分析，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個月的監測結果表明:國產場指紋腐蝕監測系統具有良好的精度和可靠性。

場指紋(FSM)；腐蝕厚度；數據分析

元壩氣田目前的生產能力已達到年產17億m3。天然氣中H2S含量為2.7%～8.44%(體積分數,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。目前元壩氣田鋪設管道近130 km，根據元壩氣田介質特性，可以判斷該氣田運輸管道將面臨較大的腐蝕問題。結合普光、大灣氣的相關經驗，元壩生產管理系統監測的內容包括主要生產設備和運輸管道等的腐蝕狀況，并且根據監測結果及時調整防護措施。

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FSM監測系統技術聯合監測。傳統檢測方法如掛片、電阻探針等不能檢測短時間內的腐蝕量或者偶發的局部嚴重腐蝕，且試樣的腐蝕行為不能真實地代表設備的腐蝕行為。與這些方法相比，FSW系統能夠同時監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的管道腐蝕在線監測儀器在國外已經得到廣泛應用和好評，國內也開始引進，但是由于價格昂貴和后續服務的問題，目前還沒有廣泛應用。目前國內研究團隊也基于FSM方法開發了腐蝕監測系統[4]，并且在元壩氣田試用，與國外FSMLog產品進行過對比分析。國內的龍崗、普光等油氣田也有相關設備的安裝，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測系統使用并進行數據分析及效果比較評價是很有必要性的。基于此,本工作對兩套國產場指紋監測系統(iEMMCA-1)的監測效果進行了考察。

1　FSM原理與現場安裝

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測技術，其測量探針和所有配套設備都安裝在被監測對象外部，見圖1。當被測對象發生腐蝕時，管道厚度發生變化，導致電阻發生變化。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]。與傳統的腐蝕監測方法相比較，FSM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。該方法能夠在-20～500 ℃的溫度下工作。并且FSM在監測過程中沒有配套設施暴露在惡劣的環境中，系統穩定可靠，即使在使用者誤操作的情況下,也不會對整個系統造成破壞[7]。

圖1　FSM系統安裝簡圖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(FC值)判斷[8]，FC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場指紋監測系統分別位于元壩29井進站管線環向焊接處和元壩29-1井出站管線環向焊接處。元壩29-1井管道探針安裝示意圖見圖2，元壩29井現場安裝示意圖見圖3。為了更好地對比分析數據，將國產FSM監測系統和國外FSMLog系統安裝在相同管道上，二者的監測區距離不超過3 m。此外，該管道附近同時安裝超聲波傳感器進行監測。元壩29井的監測區域在地面上，且與管道平行；29-1井的監測區域埋在地下，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井現場(安裝后)Fig. 3　The scene of No. 29 well of Yuanba gas field (after probe installation)

2　數據分析

元壩氣田國產FSM監測系統采集的電壓數據以行向量的方式存放在EXCEL試驗數據庫中。FSM系統采用FC值來表征管道的腐蝕狀況，采用系統軟件處理數據后得到元壩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，說明目前管道內壁的腐蝕比較均勻，未發生明顯的坑蝕現象;(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井監測區域的管道剩余厚度如圖5所示。由圖5可見:(1) 監測區域處于管道轉彎處的焊縫兩端，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域多為管道下端，這是由于管道處于水平放置，運輸介質中的水分多沉淀于管道下方，造成管壁發生腐蝕;(3) 29-1井的管道內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系統雖安裝了近11個月，但系統由于安裝維護問題，以及后續數據處理的問題，導致監測數據讀取時反復出現問題，金屬損失沒有連續性，其數據缺乏參考性。由國產場指紋監測系統可測得管壁沖蝕、坑蝕損失量和腐蝕速率等參數。自國外超聲波監測系統(UT)投入運行至今，運行穩定，其監測數據具有較好的參考性，和國產場指紋監測系統在相同時間節點內可進行對比分析，表1為各監測數據對比分析表。由表1可見,國產場指紋系統數據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FSM腐蝕監測系統得到的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井監測區域管道剩余厚度 (b)　元壩29-1井監測區域管道剩余厚度圖5　元壩國產FSM腐蝕監測系統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　各監測地點不同設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　結論

(1) FC值顯示管道上的腐蝕點未有偏移，腐蝕情況穩定，未有嚴重坑蝕出現。

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

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

(4) 對比UT監測數據，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，表明國產場指紋系統數據具有較好的精度和可靠性。

[1]李俊菀,宋敬霞,曹杰玉,等. 某電廠3號機組發電機內冷水系統堿性富氧運行工況評價[J]. 腐蝕與防護,2014,35(11):1140-1143.

[2]李占坤,孫彪,王喜樂,等. 塔河油田油氣集輸管網腐蝕現狀及防腐蝕技術[J]. 腐蝕與防護,2015,36(3):240-244.

[3]張江江,張志宏. 雅克拉氣田天然氣西氣東輸管道腐蝕與檢測評價[J]. 腐蝕與防護,2015,36(3):234-238.

[4]GAN F,WAN Z,LI Y,et al. Improved formula for localized corrosion using field signature method[J]. Measurement,2015(63):137-142.

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[6]SPOSITO G,CAWLEY P,NAGY P B. Potential drop mapping for the monitoring of corrosion or erosion[J]. Ndt & E International,2010,43(5):394-402.

[7]BOWLER N. Theory of four-point alternating current potential drop measurements on a metal half-space[J]. Journal of Physics D:Applied Physics,2006,39(3):584-589.

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用研究工作，1522813275，huawupingh@163.com

TG174.3

B

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