油氣管道腐蝕在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、<p>　　油氣管道腐蝕在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)</p><p>　　摘 要：近些年，管道泄漏事故頻繁發(fā)生，不僅損失油氣和污染環(huán)境，還有可能帶來(lái)重大的人身傷亡。為保障管道安全運(yùn)行和將泄漏事故造成的危害減少到最小，需要研究泄漏檢測(cè)技術(shù)以獲得更高的泄漏檢測(cè)靈敏度和更準(zhǔn)確的泄漏點(diǎn)定位精度。文章對(duì)在線腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)方法進(jìn)行介紹與分析，結(jié)合油氣管道的特點(diǎn)，提出油氣管道腐蝕在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)施，為油氣管道腐蝕防護(hù)控制

2、提供參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：腐蝕 在線腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù) 腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng) </p><p>　　油氣管道運(yùn)輸中管道損壞導(dǎo)致的泄漏事故不僅浪費(fèi)了石油和天然氣，還造成了由于維修所帶來(lái)的材料和人力上的浪費(fèi)、停工停產(chǎn)造成的損失，甚至還可能因腐蝕引起火災(zāi)。特別是天然氣管道腐蝕引起的爆炸，威脅人身安全，污染環(huán)境，后果極其有嚴(yán)重。因此，作好管道腐蝕監(jiān)測(cè)工作有很重要。引起油氣管道的內(nèi)外腐蝕的因素包括

3、：輸送介質(zhì)的水、硫化氫、二氧化碳、無(wú)機(jī)鹽的含量，輸送介質(zhì)的流動(dòng)和沖刷，輸送的壓力和介質(zhì)溫度，土壤的含鹽量、含水量和溫度等等，這些因素造成油氣管道存在多種腐蝕現(xiàn)象，如均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力作用下的局部腐蝕（應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、氫損傷、磨損腐蝕）等。 </p><p>　　一、油氣管道腐蝕機(jī)理 </p><p>　　油氣管道，特別是長(zhǎng)輸管道所選用的管材常為碳鋼或合金鋼，一般情況下，管道腐蝕是一種電化學(xué)

4、腐蝕過(guò)程，在電解質(zhì)中，作為陽(yáng)極的金屬溶解，同時(shí)放出電子，而這些電子又被陰極過(guò)程所吸收，這樣導(dǎo)致金屬不斷溶解。電化學(xué)腐蝕過(guò)程如下： </p><p>　　陽(yáng)極反應(yīng)：Fe–2e→Fe2+（氧化反應(yīng)） </p><p>　　陰極反應(yīng)：H++e→H或2H2O+O2+4e→4OH- （還原反應(yīng)） </p><p>　　電子的定向轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生腐蝕電流，加速了金屬的溶解，因此對(duì)腐蝕

5、的監(jiān)測(cè)主要是根據(jù)金屬腐蝕情況、電位、電流及電阻的變化等因素推導(dǎo)計(jì)算出金屬腐蝕的速率等參數(shù)，從而直觀的顯示出金屬的保護(hù)狀態(tài)。 </p><p>　　二、國(guó)內(nèi)外腐蝕在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀 </p><p>　　目前主要測(cè)量方法有：現(xiàn)場(chǎng)掛片法、電阻法、電化學(xué)法及電感法。 </p><p><b>　　1.現(xiàn)場(chǎng)掛片法 </b></p>&l

6、t;p>　　將一定材質(zhì)和規(guī)格的試片，暴露在腐蝕環(huán)境中某個(gè)特定的時(shí)間周后對(duì)試片的質(zhì)量變化進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，并對(duì)試片表面進(jìn)行檢查的一種方法。腐蝕試片法是腐蝕監(jiān)測(cè)中最基本的方法之一，雖然是較為傳統(tǒng)的方法，但被認(rèn)為是腐蝕的最可信證據(jù)。 腐蝕試片法采取重量法——增重法和失重法，根據(jù)試片腐蝕的前后重量變化來(lái)計(jì)算腐蝕試片法測(cè)試的腐蝕速率是監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的平均腐蝕速率，最常見(jiàn)的方法，通過(guò)測(cè)量已知時(shí)期內(nèi)金屬試樣的失重或增重得到腐蝕信息。根據(jù)試樣的質(zhì)量變化

7、測(cè)出平均腐蝕速率。 </p><p>　　計(jì)算方法：CR=W×1000×365/A×T×D </p><p>　　其中CR表示平均腐蝕速率（mm/a）；W表示腐蝕失重（g）；A表示試樣暴露面積（mm2）；T表示暴露天數(shù)（d）；D表示金屬試樣的密度（g/cm2）。 </p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)掛片法可用于任何環(huán)境中，當(dāng)腐蝕速度穩(wěn)定

8、時(shí)最適用；它可以指出腐蝕的類型；使用技術(shù)要求不高，且費(fèi)用中等；缺點(diǎn)是掛片的處理、裝取較煩，測(cè)試周期長(zhǎng)，對(duì)腐蝕狀態(tài)變化的反應(yīng)速度慢，掛片也不能完全等同于油氣管道及設(shè)備本身。 </p><p><b>　　2.電阻法 </b></p><p>　　常稱為可自動(dòng)測(cè)量的掛片法，測(cè)定金屬腐蝕速度是根據(jù)金屬試樣由于腐蝕作用使橫截面積減小，從而導(dǎo)致電阻增大的原理。金屬橫截面積與電阻

9、的關(guān)系如下： </p><p><b>　　R=e·L/A </b></p><p>　　式中R表示電阻；e表示金屬的電阻系數(shù)；A表示金屬橫截面積。 </p><p>　　利用該原理國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研制出較多的電阻探針用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的腐蝕情況，是研究設(shè)備腐蝕的一種有效工具。它既能在液相（電解質(zhì)或非電解質(zhì)）中測(cè)定，也能在氣相中測(cè)定，能準(zhǔn)確地反映

10、出設(shè)備運(yùn)行各階段的腐蝕率及其變化。 </p><p><b>　　3.電化學(xué)法 </b></p><p>　　電化學(xué)測(cè)量方法是實(shí)現(xiàn)腐蝕速率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有效方法之一。但以往所熟悉的線性極化電阻法在理論上存在較大的誤差，最大可以達(dá)到200%以上。中科院曹楚南院士研究了根據(jù)極化區(qū)的極化曲線測(cè)定腐蝕電流的方法，開(kāi)發(fā)出瞬時(shí)腐蝕速度測(cè)量?jī)x，采用了弱極化理論而使得測(cè)量精確度有所提高。

11、</p><p><b>　　4.電感法 </b></p><p>　　通過(guò)測(cè)量金屬試樣腐蝕減薄所引起的磁通量的變化來(lái)直接測(cè)得金屬試樣的腐蝕深度，從而計(jì)算金屬腐蝕速率的方法。該方法比掛片發(fā)、電阻法的響應(yīng)速度快，而且能適用于各種不同的介質(zhì)，不受介質(zhì)導(dǎo)電率的影響，能對(duì)金屬腐蝕速率的變化作出快速反應(yīng)。 </p><p>　　實(shí)現(xiàn)腐蝕實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，首先

12、需要有對(duì)腐蝕體系進(jìn)行在線檢測(cè)的探針和測(cè)試儀，而合理選擇測(cè)試方法顯得尤為重要，一般是依據(jù)不同環(huán)境和腐蝕介質(zhì)的不同進(jìn)行選擇，工藝介質(zhì)通常采用掛片法、電阻法、電感法，土壤、水介質(zhì)等強(qiáng)電解質(zhì)環(huán)境下通常采用電化學(xué)方法。在管道腐蝕監(jiān)測(cè)方面，目前廣泛采用的仍是掛片式腐蝕檢測(cè)方法，雖簡(jiǎn)單直觀，但檢測(cè)周期較長(zhǎng)，不便隨時(shí)監(jiān)測(cè)工作介質(zhì)的腐蝕狀況。因此結(jié)合其他在線腐蝕監(jiān)測(cè)方法，互補(bǔ)不足，對(duì)管線流體的腐蝕狀態(tài)及流體性能進(jìn)行全面在線監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確的度量，可以及時(shí)采取腐

13、蝕控制措施預(yù)防腐蝕破壞事故的發(fā)生。 </p><p>　　三、油氣管道腐蝕在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的實(shí)施 </p><p>　　1.站場(chǎng)腐蝕在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) </p><p>　　站場(chǎng)腐蝕在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立：選擇探頭安裝在油氣管線上，由數(shù)據(jù)采集器采集與腐蝕速度有關(guān)的模擬信號(hào)，放大后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳送到監(jiān)控室計(jì)算機(jī)。通信接口是連接數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)的接口。數(shù)據(jù)到達(dá)計(jì)算機(jī)后處理

14、、顯示、建立數(shù)據(jù)庫(kù)（可直接進(jìn)入DCS網(wǎng)和局域網(wǎng)絡(luò)）。通過(guò)多點(diǎn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，獲得生產(chǎn)過(guò)程中管線各點(diǎn)腐蝕狀況。數(shù)據(jù)匯總到監(jiān)控計(jì)算機(jī)后，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)調(diào)整生產(chǎn)工藝控制腐蝕的進(jìn)行等。 </p><p>　　2.埋地管線腐蝕在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) </p><p>　　結(jié)合管線陰極保護(hù)系統(tǒng)，輔助具有無(wú)線傳送功能的陰極保護(hù)參量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將管線的保護(hù)電位，整流器的輸出電壓、輸出電流，犧牲陽(yáng)極的輸出電位，輸出電

15、流及土壤中的雜散電流的頻率、幅值和交直流分量等所有數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳到中央監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行綜合分析，提供腐蝕極化曲線狀態(tài)。 </p><p>　　四、油氣管道腐蝕在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的意義 </p><p>　　1.能及時(shí)提供站場(chǎng)設(shè)備及管線的腐蝕速率，并可對(duì)其腐蝕狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)可能發(fā)生腐蝕失效的各種環(huán)境進(jìn)行預(yù)警。 </p><p>　　2.根據(jù)監(jiān)測(cè)所得到的腐蝕速率，

16、確定管線、設(shè)備的合理檢修周期。 </p><p>　　3.防止腐蝕所引起的泄露等事故的發(fā)生，從而減少對(duì)環(huán)境的污染。 </p><p>　　4.有效地與腐蝕控制技術(shù)結(jié)合，能準(zhǔn)確調(diào)整生產(chǎn)工藝及時(shí)地控制腐蝕的進(jìn)行，如添加化學(xué)緩蝕劑等。 </p><p>　　5.當(dāng)埋地管線周圍有電氣化高鐵軌道等時(shí)，可監(jiān)測(cè)軌道交通產(chǎn)生的雜散電流對(duì)埋地油氣管道陰極保護(hù)的影響，為管線的腐蝕控制提

17、供有力支持。 </p><p><b>　　五、結(jié)論 </b></p><p>　　隨著油氣管線向著長(zhǎng)距離 、大口徑、高壓力、后壁化發(fā)展，管道腐蝕監(jiān)測(cè)與腐蝕防治一樣，是管道腐蝕控制技術(shù)中不可忽略的重要環(huán)節(jié)。單一腐蝕參數(shù)的監(jiān)測(cè)難以滿足腐蝕控制的更高要求，而各種在線腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合建立腐蝕在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，就能將數(shù)據(jù)的采集、處理、分析、預(yù)測(cè)及反饋命令一體化，從

18、而實(shí)現(xiàn)油氣管道腐蝕狀態(tài)的全面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，尤其對(duì)于城市輸油氣管網(wǎng)及偏遠(yuǎn)復(fù)雜環(huán)境下的長(zhǎng)輸管道腐蝕狀態(tài)相關(guān)情況的安全監(jiān)控具有重要意義。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]化學(xué)工業(yè)部化工機(jī)械研究院.腐蝕與防護(hù)手冊(cè)—腐蝕理論試驗(yàn)及監(jiān)測(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1990（1）：492-500. </p><p>　　[