国产场指纹腐蚀监测系统的应用

华吴平,李 怡,姚华弟,孙天礼,罗 勇

(中石化股份有限公司 西南油气分公司川东北采气厂,南充 637400)



国产场指纹腐蚀监测系统的应用

华吴平,李 怡,姚华弟,孙天礼,罗 勇

(中石化股份有限公司 西南油气分公司川东北采气厂,南充 637400)

为了完善元坝气田集输系统防腐蚀监测手段，在现场使用了两套国产场指纹监测系统(iEMMCA-1),两套系统均和进口系统相邻且安装在具有环向焊缝的管道上。对两套国产场指纹系统的监测数据进行分析，并与相邻的超声波探针测得的均匀腐蚀速率进行对比。近8个月的监测结果表明:国产场指纹腐蚀监测系统具有良好的精度和可靠性。

场指纹(FSM)；腐蚀厚度；数据分析

元坝气田目前的生产能力已达到年产17亿m3。天然气中H2S含量为2.7%～8.44%(体积分数,下同)，CO2含量为3.12%～15.5%，属高含硫化氢、二氧化碳气体，水型为CaCl2型，弱酸性。目前元坝气田铺设管道近130 km，根据元坝气田介质特性，可以判断该气田运输管道将面临较大的腐蚀问题。结合普光、大湾气的相关经验，元坝生产管理系统监测的内容包括主要生产设备和运输管道等的腐蚀状况，并且根据监测结果及时调整防护措施。

元坝气田采用挂片+电阻探针+线性极化探针+场指纹(Field Signature Method, FSM)+超声波探针+国产FSM监测系统技术联合监测。传统检测方法如挂片、电阻探针等不能检测短时间内的腐蚀量或者偶发的局部严重腐蚀，且试样的腐蚀行为不能真实地代表设备的腐蚀行为。与这些方法相比，FSW系统能够同时监测管道的均匀腐蚀速率、坑蚀、冲蚀的大小、位置、深度[1-3]。目前基于FSM的管道腐蚀在线监测仪器在国外已经得到广泛应用和好评，国内也开始引进，但是由于价格昂贵和后续服务的问题，目前还没有广泛应用。目前国内研究团队也基于FSM方法开发了腐蚀监测系统[4]，并且在元坝气田试用，与国外FSMLog产品进行过对比分析。国内的龙岗、普光等油气田也有相关设备的安装，但验证研究尚不足，且后期维保问题较多，因此在元坝气田开展场指纹监测系统使用并进行数据分析及效果比较评价是很有必要性的。基于此,本工作对两套国产场指纹监测系统(iEMMCA-1)的监测效果进行了考察。

1　FSM原理与现场安装

FSM最早是由H. Hangestad在1983年提出的[4]，是一种无外界干扰的管道腐蚀及裂纹监测技术，其测量探针和所有配套设备都安装在被监测对象外部，见图1。当被测对象发生腐蚀时，管道厚度发生变化，导致电阻发生变化。当管道注入恒定电流，通过测量电压可得电阻的变化值[5-6]。与传统的腐蚀监测方法相比较，FSM不需要在管道上开安装孔，不存在泄漏的危险，且不会将杂物引入管道从而影响安全生产。该方法能够在-20～500 ℃的温度下工作。并且FSM在监测过程中没有配套设施暴露在恶劣的环境中，系统稳定可靠，即使在使用者误操作的情况下,也不会对整个系统造成破坏[7]。

图1　FSM系统安装简图Fig. 1　The installation diagram of FSM

任一一对测量电极的电压变化情况可以由指纹系数(FC值)判断[8]，FC值单位ppt(Part per thousand)，见式(1)：

(1)

式中：Vi,j;i+1,j(t0)，Vi,j;i+1,j(tx)分别为探针(i,j)和(i+1，j)在t0和tx时刻的电压；Vref(t0)，Vref(tx)分别为标准电极对在t0和tx时刻的电压。

元坝气田的两套国产场指纹监测系统分别位于元坝29井进站管线环向焊接处和元坝29-1井出站管线环向焊接处。元坝29-1井管道探针安装示意图见图2，元坝29井现场安装示意图见图3。为了更好地对比分析数据，将国产FSM监测系统和国外FSMLog系统安装在相同管道上，二者的监测区距离不超过3 m。此外，该管道附近同时安装超声波传感器进行监测。元坝29井的监测区域在地面上，且与管道平行；29-1井的监测区域埋在地下，与地面呈20°夹角。

图2　元坝29-1井管道探针安装示意图(浇封前)Fig. 2　The schematic diagram of pipe probe installation in the No. 29-1 well of Yuanba gas field (before landfill)

图3　元坝29井现场(安装后)Fig. 3　The scene of No. 29 well of Yuanba gas field (after probe installation)

2　数据分析

元坝气田国产FSM监测系统采集的电压数据以行向量的方式存放在EXCEL试验数据库中。FSM系统采用FC值来表征管道的腐蚀状况，采用系统软件处理数据后得到元坝29井和29-1井的FC值曲线，为了便于观察，图4均只显示了112组探针中最大的5组FC值曲线。由图4可见:(1) 元坝29井的各个探针的FC值比较一致，说明目前管道内壁的腐蚀比较均匀，未发生明显的坑蚀现象;(2) 元坝29-1井的FC值曲线明显与元坝29的不同，其中探针P1-1处的FC值比其他位置的要大，说明这里很有可能有坑蚀，目前坑蚀处于缓慢发展的阶段。而且29-1井的FC值比29井的要稍微大一些，说明腐蚀稍微严重一点。

29井和29-1井监测区域的管道剩余厚度如图5所示。由图5可见:(1) 监测区域处于管道转弯处的焊缝两端，为了保证连接处的强度，一端的管道厚度明显比另外一端的要厚许多;(2) 29井腐蚀比较严重的区域多为管道下端，这是由于管道处于水平放置，运输介质中的水分多沉淀于管道下方，造成管壁发生腐蚀;(3) 29-1井的管道内壁各部位腐蚀强度不均匀，靠近管道上端P1-1处的腐蚀相对最为严重，极有可能有坑蚀。

国外FSM系统虽安装了近11个月，但系统由于安装维护问题，以及后续数据处理的问题，导致监测数据读取时反复出现问题，金属损失没有连续性，其数据缺乏参考性。由国产场指纹监测系统可测得管壁冲蚀、坑蚀损失量和腐蚀速率等参数。自国外超声波监测系统(UT)投入运行至今，运行稳定，其监测数据具有较好的参考性，和国产场指纹监测系统在相同时间节点内可进行对比分析，表1为各监测数据对比分析表。由表1可见,国产场指纹系统数据具有很好的精度和可靠性。

(a)　元坝29井 (b)　元坝29-1井图4　元坝国产FSM腐蚀监测系统得到的FC值曲线图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)　元坝29井监测区域管道剩余厚度 (b)　元坝29-1井监测区域管道剩余厚度图5　元坝国产FSM腐蚀监测系统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　各监测地点不同设备测得的平均腐蚀速率Tab. 1　The comparison table of uniform corrosion rates tested by different instruments in different monitoring sites

3　结论

(1) FC值显示管道上的腐蚀点未有偏移，腐蚀情况稳定，未有严重坑蚀出现。

(2) 元坝29井中,相对比较严重的腐蚀多发生于管道下端，这是由于管道处于水平放置，运输介质中的水分多沉淀于管道下方，造成管壁发生腐蚀。

(3) 国产场指纹系统可判断坑蚀情况，29-1井的管道内壁各部位腐蚀强度不均匀， P1-1处的腐蚀相对最为严重，极有可能发生了坑蚀。

(4) 对比UT监测数据，元坝29井进站管线处和元坝29-1井出站管线处折算平均腐蚀速率偏差分别为0.002 mm/a和0.009 mm/a，表明国产场指纹系统数据具有较好的精度和可靠性。

[1]李俊菀,宋敬霞,曹杰玉,等. 某电厂3号机组发电机内冷水系统碱性富氧运行工况评价[J]. 腐蚀与防护,2014,35(11):1140-1143.

[2]李占坤,孙彪,王喜乐,等. 塔河油田油气集输管网腐蚀现状及防腐蚀技术[J]. 腐蚀与防护,2015,36(3):240-244.

[3]张江江,张志宏. 雅克拉气田天然气西气东输管道腐蚀与检测评价[J]. 腐蚀与防护,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.

[5]万正军,廖俊必,王裕康,等. 基于电位列阵的金属管道坑蚀监测研究[J]. 仪器仪表学报,2011,32(1):19-25.

[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

国家自然科学基金资助项目(61271329)

华吴平(1988-)，助理工程师，本科，从事金属材料的防腐蚀应用研究工作，1522813275，huawupingh@163.com

TG174.3

B

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