高含硫气田FSM腐蚀监测系统的故障与处理

(中国石油化工股份有限公司西南油气分公司，四川 阆中 637400)

高含硫气田一般具有高压、高含硫化氢和高含二氧化碳等特征，具有较强的腐蚀性,同时高含硫化氢也使高含硫气田开采具有极高的危险性。目前，高含硫气田集输管道大都埋于地下，致使其腐蚀检测手段极其有限，监测成本也极高。FSM(电指纹监测技术)作为一个基于电导率的非侵入式的检测技术，主要用于监测工艺管线及管段内部常规的和局限的腐蚀、磨蚀和裂纹。FSM主要安装在高含硫气田集输管道的进出站管段，或者在极易发生腐蚀的低洼地段和介质流向发生改变的管段上。这样，FSM腐蚀监测技术精度更高，成本更低，能够实现对监测管段的实时监控，数据量大，分析界面简单直观，对于气田的腐蚀管理和控制更有指导意义[1]。

在实际使用过程中，FSM腐蚀监测系统有时存在数据不能上传、平均腐蚀速率波动等设备故障，影响FSM的正常运行，导致不能对高含硫气田的集输管道腐蚀情况实施有效监控。通过研究，找到了相应的处理措施，保证了系统的稳定运行，为高含硫气田的防腐管理和腐蚀控制提供了数据支撑。

1 FSM的特性及系统组成

FSM技术主要是输入一个可控的激励电流通过金属去建立一个唯一的电场图形，产生的电压可通过焊接在管壁的探针进行测量。在给定区域内的任何电导率的改变均将改变电场图形或者电场强度，例如:均匀的金属损失将增强电场强度；裂纹或者非均匀金属损失将导致电场图形 (强度) 改变。其具有较高的灵敏性，能够实时反馈管壁的变化情况。通过采用FSM腐蚀监控技术可以节约大量费用，从而减少检测成本[2]。FSM电场示意图见图1。

图1 FSM电场示意

FSM腐蚀监测技术具有以下特点：(1)达到实际管壁厚度千分之一的灵敏度；(2)探测实际管壁的真实改变；(3)提供腐蚀机理信息；(4)监测相对大的区域及特殊的几何区域(如焊缝等)[3]。

FSM主要由五部分组成：(1)从管壁到监测仪器的专用电缆；(2)用来测量电阻的探针矩阵；(3)电流源(输入/输出)；(4)用来读取记录数据信息的电子元件组；(5)用来解读数据信息的专门软件。

2 FSM的工作原理

FSM腐蚀监测技术主要采用欧姆定律。考虑FSM矩阵在管壁上的长度(L)和宽度(W), 是已知的常数。而电流(I)是已知的，并且通过FSM仪器可以调整控制。因此只有管壁厚度(T)和电压降(ΔE)两个可变变量。这就意味着随着管壁的腐蚀 (壁厚减薄) 电压降将上升 (FSM 读取数据信息)，因此FSM 仪器可以监测焊接在管壁上的每一对探针间的腐蚀情况[4]。

3 存在的问题及处理措施

3.1 数据不能自动上传

腐蚀监测设备监测到的数据实时传到corrLog箱或者FSMLog箱中，Log箱中的数据通过Fieldbus到场站的FIU,再到MOXA串口服务器,最后到场站的电脑，通讯环节中任何一个设置不匹配都可能导致腐蚀监测系统无法收取监测数据。

3.1.1 corrLog箱中的时钟出错

腐蚀监测系统中的数据条时间由现场的corrLog随着电压值等原始数据上传至PC服务器，PC与互联网连接，采用全球时区时间，而corrLog箱则为自校准时间，当corrLog箱中的时钟出错后引起数据条时间与PC时间不一致时，数据条停止上传，导致PC中无腐蚀监测原始数据。

解决方案：更改数据条接收存储方式，采取PC对现场设备发出测量指令的同时校准现场corrLog箱时间，保证数据及时上传至PC并保存。

3.1.2 通讯地址设置错误

场站内数据传输采用小型局域网，整体上采用“192”开头的本地局域网，而场站到中控室则采用“10”开头的办公网，故障处理过程中，发现YBxx和YBxx-1两个站的MOXA服务器IP地址占用办公网IP地址，导致数据接收端与发送端查找出错，出现中控室PC服务器无数据上传现象。

解决方案：核查场站MOXA串口服务器IP地址与PC端IP地址，避免出现占用现象。

3.1.3 通讯软件设置

每个FIU设置两路数据测量与接收通道，当corrLog箱数据线接入FIU1的Loop1而系统设置为Loop2时，现场原始数据条将无法上传至PC服务器，集气总站电阻探针数据停止上传即为此情况。

解决方案：核查场站FIU接入通道与系统设置。

3.1.4 无线电指纹无数据上传

无线电指纹采用GSM卡通过APN专线上传数据，每月通信公司定时向指定用户充值，由于通信公司充值情况无法核查，故存在未及时充值现象。有时信号不佳导致当月数据积累在现场FSMLog箱中，下月月初重启FSM时上月数据上传而当月数据未上传。还有每月流量不够用现象，强制读取数据或者植入命令均需消耗流量。以上这些最终导致无线电指纹出现数据停止上传故障。

解决方案：修改充值方式，通信公司年初将本年度流量充值至用户卡，保障每月数据及时上传，年末时核查剩余流量，若存在不足则及时增补。

3.1.5 FIU mapper服务未运行

现场Log箱中的数据通过FIU串口单元上传到机柜间的MOXA服务器，若FIU mapper服务文件丢失或停止运行，则数据无法正常上传至服务器。正常运行情况下，腐蚀监测系统中有4个服务器均处于运行状态。YBxx场站腐蚀监测数据停止上传则是由于该系统中的FIU mapper服务器未运行。

解决方案：启动FIU mapper服务器，若PC丢失该文件，则重新拷贝后启动运行。

3.1.6 电源驱动模块损坏

电源驱动模块主要用于给电指纹现场的FSMLog箱中电池充电，当机柜PC处于休眠状态时，电源模块给主板提供4～5 V的电压，而读取数据进行通讯时则提供5.5 V左右的电压，电源模块损坏之后则无法给主板供电。

解决方案：更换电源驱动模块，重新运行系统。

3.2 平均腐蚀速率波动

3.2.1 主板损坏

FSM主板安装于现场的FSMLog箱中，负责测量和记录原始数据，若主板出现故障，则原始数据失真，平均腐蚀速率发生波动失真[5]。

解决方案：更换主板。

3.2.2 两块测量板插入位置不匹配

FSM测量板有两块，线号1本应与线号2配对测量电压，当出现线号1与线号3配对时，则出现平均腐蚀速率波动的现象。

解决方案：将测量板1与测量板2调整到正确的位置。

3.2.3 更换主板后系统参数未设置

FSM的主板用于测量场区域所在的原始电压数据，每次更换主板之后均需重新做参考基准，以便系统数据处理。电指纹给出的平均腐蚀速率跟测量的原始电压、参考电压、基准、温度补偿以及原始壁厚有关，若更换主板后未及时将基准写入主板，则得到的平均腐蚀速率将与前期趋势不一致。

解决方案：更换主板后重新写入基准值。

3.2.4 组态时基准选择与运行工况不一致

FSM在初期设置时管道大多处于未投产状态，其基准选择值均是地表环境温度，当投产后，管道受介质影响温度较投产时有所变化，温度过补偿导致最终的平均腐蚀速率波动。

解决方案：待管道平稳运行后重新选择参考基准值。

4 结论及建议

(1)FSM在高含硫气田的使用过程中，能够为生产提供有效的、高精度的基础数据。

(2)FSM存在故障主要是由于现场操作人员对电指纹的结构、原理以及运作方式不够了解，对专业设备排查与分析问题的能力有待进一步提升。可通过编写相应的操作系统的规程，同时开展相应的培训来提升问题辨识解决能力，实现该系统设备在高含硫气田的稳定运行。

(3)FSM系统需要设置和注意的点很多，再者操作维护技能需要专业化程度高，因此还有进一步优化设计的空间。