油气管道腐蚀防护系统技术研究与展望

方艳 梁晶 张云 李梦荧

1中国石油塔里木油田分公司

2北京中油瑞飞技术信息有限责任公司

3西南石油大学土工工程与建筑学院

根据美国国家管道安全局统计，33%的油气管道事故是由腐蚀造成的；加拿大管道失效统计数据表明，腐蚀因素占33%；中国的管道失效情况也大多是由腐蚀造成的，占失效原因的50%[1]。由此可以看出，腐蚀是影响油气管道完整性的最主要因素之一。

我国油气管道腐蚀情况严重，且腐蚀数据不方便管理，而利用腐蚀数据库可以提高对管道腐蚀检测和防护的效率。腐蚀数据库主要包括材料状态、环境状态和耐腐蚀性等数据，可以监控管道的腐蚀并准确计算腐蚀速率以预测腐蚀。目前我国油气田腐蚀数据缺失，且对已有数据缺乏统一管理，因此迫切需要建立适用性强的腐蚀管理系统。

国际腐蚀信息和保护管理系统的建设比国内起步早，在腐蚀数据库的研究中，美国、德国、日本等国家取得了一定的成果。如美国开发的材料腐蚀数据库，包含的内容涉及工业、环境和日常生活的各个方面[2]。德国DECHEMA开发了一个大型腐蚀数据库，提供有关工业领域结构材料腐蚀行为的信息[3]。日本国家金属研究所和日本科学技术信息中心联合开发了材料数据库[4]。与国外防腐系统的建设相比，我国防腐系统的信息化和系统化管理还存在一定的差距。目前，国内一些公司开发的数据库软件仅用于腐蚀数据的管理和收集监测数据的软件系统。未来腐蚀数据库开发的具体目标是：数据资源扩展、软硬件平台建设、关键技术研究和应用软件开发以及应用服务。

1 国外腐蚀防护系统研究现状

分析了国外主要的腐蚀管理产品及软件，其中：Honeywell（霍尼韦尔）能够精确量化腐蚀程度，测定腐蚀速率，进而进行腐蚀的预测及评价；美国PCMS则注重腐蚀的检测，尤其致力于测厚管理，能够制定合理测点数量与检测周期；ICMS3/Amulet腐蚀管理系统和Corrosionsource数据库网站拥有完备的网络，无论何时何地均能在全世界范围内调用所需的重要数据；而康伯士生产管理专家系统提供了腐蚀数据和技术支撑。国外的腐蚀防护软件研究了腐蚀的各个方面，并且拥有成熟的管理体系和数据库资源。因此，我国需要尽快推进国内完整腐蚀防护系统的建设。

1.1 Honeywell

Honeywell是一个全能型的数据库应用系统，它提供了腐蚀管理软件、技术和服务，以帮助工业机构检测并解决影响管道安全运营的腐蚀问题。如其拥有的Risk-IT 2.0可自动执行风险检查（RBI），帮助用户对腐蚀相关的风险进行量化并实施管理，同时安排设备检查的优先级，以保障设备使用寿命和安全性能达到最佳[5]。从传统的离线监测过渡到InterCorr的SmartCET在线实时监测技术，可节省腐蚀防护成本高达20%。Predict-Crude 2.0可以准确量化环烷酸和硫化物等因素引起的腐蚀，实现原油设备的安全运行，使炼油厂能够安全处理高酸值原油[6]。Predict 6.1可帮助用户预测和控制CO2和H2S环境中的碳素钢腐蚀。该公司还有功能全面的材料选择系统Socrates 9.1和准确的评价系统等[7]。用户可根据不同需求使用相应的软件及服务。

1.2 腐蚀防护数据库PCMS

PCMS腐蚀防护数据库由美国物理声学公司开发，是一种基于设备监控分析和完整性管理的管理软件。它拥有安全阀检测、腐蚀管理、可靠性预测和评估功能，其最突出的是测厚管理功能模块，可根据相关国际标准计算管道、容器和储罐的最小允许壁厚。它还具有资产管理、计算引擎管理、检测计划、检测执行、KPI及与外部接口数据库等功能，可以用于整个业务流程，便于使用[8]。

1.3 ICMS3/Amulet腐蚀管理系统

ICMS3/Amulet腐蚀管理系统提供了一个综合性的腐蚀数据管理解决方案，可进行高效的资产管理。它拥有全面的腐蚀数据管理功能及完备的网络功能，可进行腐蚀数据与工艺过程数据的关联计算，可处理CORROSOMETER、CORROTEMP、CORRATER的探头、挂片、超声波测厚仪数据及其他测量数据[9]。

该系统的最大优点是能便捷地找出腐蚀数据与来自集散控制系统（DCS）的各种过程参数之间的相关性。通过DCS控制系统和网络的简便连接，ICMS3能够在任何时间、任何地点调用所需的重要数据。

1.4 Corrosionsource数据库网站

Ccorrosionsource数据库网站提供了包罗万象的咨询服务，包括腐蚀速率计算、工程单位转换、铝合金腐蚀数据库、铜合金腐蚀数据库、低合金钢腐蚀数据库、钛锆合金数据库等[10]。通过互联网技术，它可以收集全世界不同地区发生的腐蚀案例，打破地域的界限，加快信息的流转速度。

1.5 康士伯生产管理专家系统

康士伯生产管理专家系统是一套模块化的解决生产管理问题的专家系统，其最突出的特点是通过建立统一的数据通信层，并集成一整套的技术实现手段，为上层模块化的专家系统做统一支撑。数据层的补充完善，不断支持专家系统的扩充，使各系统之间存在既独立又统一的关系。它可进行实时泄漏检测定位，采用基于瞬态模型的方法实时收集管道的流量、压力、计算模型和压力梯度，最后通过压力测量值和计算值来诊断泄漏故障[11]；通过与DCS系统的发球信号同步，实现实时计算清管位置；还可对腐蚀冲蚀速率进行监测，功能完备，提高了管理质量和效率。

2 国内腐蚀防护系统研究现状

调研了国内现有的腐蚀防护系统，其中材料环境腐蚀网络数据库系统实现了数据的共享，胜利油田管道腐蚀数据库等拥有全套的数据管理体系；地下管道腐蚀与防护数据库对数据有一定的处理能力，并且能够分析评价腐蚀情况；大型石化企业设备防腐信息系统对数据有综合的整理能力，可以连接到物料基础数据库，更好地了解到设备腐蚀信息；另外，利用GIS技术显示管道信息，可以方便地浏览数据。目前国内已经开始引进数据库管理系统，但是由于时间较短，数据采集度还不够，数据的分析利用也有待完善。

2.1 材料环境腐蚀网络数据库系统

材料环境腐蚀网络数据库系统通常设计为B/S结构，用户可以通过Internet浏览器浏览并实现系统的所有功能。系统需进行软硬件基础、系统结构、数据库结构、物质环境腐蚀数据共享网络构建[12]。

在共享系统中采用新型Java框架的Spring技术，它起着框架的作用，将应用程序分为了3个部分：①满足数据缺乏的数据结构的功能和程序数据结构在应用程序开发中的对接[13]；②在对接的基础上，编写程序来访问、修改和操作数据库等功能；③处理用户需求，调用相应的数据操作模块，并将结果绑定到视图。

2.2 油田管道腐蚀数据库

胜利油田管道腐蚀数据库和大庆油田设施防腐保温数据库都具有接收、储存腐蚀数据的功能。胜利油田管道腐蚀数据库可以实现对输油管道腐蚀残余强度的评估和剩余寿命的初步预测。大庆油田设施防腐保温数据库基于Access/Oracle数据库管理平台，可以动态监测管道、容器和储罐的腐蚀状况，为油田规划、生产管理和设备维护提供信息服务和技术支持[14]。

大庆油田设施防腐保温数据库包括油田主要设施及相关配套设施的基本信息以及运行状态记录。除了提供通用查询和统计功能外，防腐保温数据库还提供设施腐蚀专用查询、油田设施基础数据维护管理和技术评估等功能[15]。

2.3 地下管道腐蚀与防护数据库

在现有地面数据库的基础上，油气储运公司建立了地下管道腐蚀与防护数据库，开发出腐蚀与防护信息系统的分析评估与预测系统。

地下管道腐蚀与防护数据库包括基础数据库、腐蚀与防护信息系统和腐蚀评价。基础数据库包括设备基础数据及阴极保护基础数据等。信息系统按功能分为系统维护、防腐数据管理、Geomedia命令和系统帮助。腐蚀评价包括管体腐蚀损伤评价、防腐层状况评价、阴极保护状况评价、管体腐蚀状况评价和综合评价。

2.4 大型石化企业设备防腐信息管理系统

设备防腐管理系统的主要功能是建立设备的腐蚀文件，记录和处理现场设备的腐蚀监测、检测和防腐施工信息及数据。该系统与物料基础腐蚀数据库连接，可查询相关的耐腐蚀材料和防腐材料，为设备的防腐工作提供参考。实现查询、数据输入、修改和删除的各种数据库功能，并且可以执行所选条件的查询、新数据的输入和修改等[16]。

2.5 GIS技术在腐蚀防护系统的应用

GIS是一种视觉理念，它以图形的形式显示具有地理坐标的复杂管道、设备数据等，并以简单明了的方式浏览数据信息[17]。GIS技术用于以“地图”的形式呈现设备管道分布，并通过GIS地图形式显示各种流程图[18]。设备管道腐蚀的统计分析信息显示在地图的关键点上，用鼠标可以轻松操作。获得所需的位置和状态信息可为有效的腐蚀管理创造条件，这是未来的设计理念之一。

3 国内外腐蚀防护系统对比

国外的材料数据库及腐蚀防护数据系统发展得较早，目前已较为成熟，各大厂商在腐蚀数据处理及应用方面都有自己一套完整的解决方案。对比国际发展水平，我国材料数据的发展情况具有以下特点：

（1）顶级设计超过发达国家。材料科学数据共享网络的建设使中国成为世界上第一个拥有国家材料科学数据库的国家，而日本在2014年刚刚成为世界上第二个建立国家材料数据中心的国家[19]。目前，材料科学数据共享网络已编制了561个性能指标[20]，包括89个物理性能指标和163个机械性能指标。

（2）部分专题数据库已达到世界领先水平。由国家材料环境腐蚀平台建立的材料腐蚀数据库已成为世界领先的主题数据库，涵盖了大气、土壤和自然条件下材料腐蚀的实验数据。材料科学项目完成后，将形成极端条件和大型材料试验数据，具有较高的材料应用价值。

（3）数据库中的数据量不够充足、不够精确，在材料计算和模拟材料数据库的构建中是空白的。目前数据可视化和标准化仍未成型，未来在资源的整合上还有很长的路要走。

（4）我国对材料数据的深入使用并未得到足够的重视和发展。材料数据的深入开发与数据化密切相关，缺乏开发和利用直接影响数据化过程。我国在20世纪80年代建立的材料数据库，仅有部分纳入了材料科学数据共享网络。

（5）对数据库的应用还不全面。国内大多数数据库/应用软件还停留在数据查询阶段，在数据的分析、利用上做得还远远不够。国内的用户多通过定制软、硬件系统来满足自身需要。数据库技术在腐蚀科学中的广泛应用，极大地促进了材料腐蚀科学的开发，建设我国具有自主知识产权的具有普适性商用系统已迫在眉睫。

4 展望

我国材料腐蚀数据系统及防腐系统不可能依赖于引进发达国家的数据来替代，更不可能依赖国外的软、硬件系统，必须通过自己的长期数据积累和试验研究，建立具有自主知识产权的材料腐蚀数据库和保护系统。建设和发展未来腐蚀数据库的具体目标是：

（1）扩大数据资源。腐蚀数据库应基于科学意义和实用价值的结合，根据用户的需求进行开发。腐蚀数据库应采取自我获取、处理、合作交流，互利网络和谨慎购买等方式来发展，形成一系列可用、有效、高应用和更广泛的信息资源覆盖，内置于全面的多学科腐蚀数据库入口。在现有支持的专业图书馆的基础上，以利用优点、重点和滚动支持原则建立现有的专业数据库。

（2）软、硬件平台建设。软、硬件平台建设应基于现有的软、硬件平台和腐蚀数据库的开发环境，其中网络是基础环境，分布式处理是运行模式，多媒体和全文检索是关键技术。

（3）关键技术研究和应用软件开发。数据库必须首先研究和解决数据库移植和互联互通的问题，建立分布式腐蚀数据库资源网络系统，对腐蚀数据库信息经济学和定价策略进行研究，使腐蚀数据库的各个方面都进入市场，并提高腐蚀数据库的服务质量和水平。其次，腐蚀数据库应利用计算机软件等先进技术，开发各种应用软件和友好的用户界面。

（4）做好应用服务。做好腐蚀数据库信息的管理、应用和服务，加强专家知识库、腐蚀评价模型的技术研究，进一步实现智能化的腐蚀综合评价管理。可进一步扩展腐蚀综合评价管理系统，如设备腐蚀原因分析、腐蚀形态分析系统和专家系统。