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)
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)。
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?;诋?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。
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
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。
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。
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].
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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。