计算机在油田腐蚀与防护领域中的应用

上传者：梁新杰
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上传时间：2015-05-05
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计算机在油田腐蚀与防护领域中的应用

第Z5卷第5期Z004年5月

腐蚀与防护

CORROSION PROTECTION

Vol.Z5No.5MayZ004

计算机在油田腐蚀与防护领域中的应用

柳言国!王钰

(胜利油田有限公司技术检测中心9山东东营Z57000)

摘要"从监测与控制\信息处理\智能专家系统\模拟分析等方面阐述了计算机在金属腐蚀与防护领域中的应用

文献标识码"B文章编号"1005-748X(Z004)05-0196-03关键词"腐蚀;监测与控制;信息处理;智能专家系统;模拟分析中图分类号"TG174.3+7APPLICATIONOFCOMPUTERTOCORROSIONAND

PROTECTIONINOILFIELD

LIUYan-guo9WANGYu

(TechnologyInspectionCenterofShengliOilfield9DongyingZ570009China)

Abstract:Thisarticleintroducestheapplicationofcomputertocorrosionandprotectioninoilfield9includingon

sitemonitoringandcontrolling9informationhandling9intelligentexpertsystem9simulationanalysisetc.

Keywords:Corrosion;Monitoringandcontrolling;Handlinginformation;Intelligentexpertsystem;Simulation

analysis

部分开采区块已进入特随着油田的持续开发9

高含水期在这种气\水\烃\固共存的多相流腐蚀介质及高温\高压的工作环境中9管线输液负荷成倍

处于良性运行腐蚀监控是计算机在腐蚀领域的一个重要应用9在使用金属腐蚀电位测量\线性极化测量\交流阻抗测量\电化学噪声测量\电阻法和超声波法等方法进行腐蚀监测时9都可以应用计算机计算机可以在正常腐蚀的情况下9通过腐蚀倾向的分析和预测9显示出非正常的腐蚀行为9及时地采取预防措施9并可进行更为复杂的运算9将pH值\温度\流速等工艺参数与腐蚀数据同时记录9分析它们之间的关联9并确定其依存关系9从而确定设备的最佳操作条件

目前9计算机腐蚀测试仪发展很快9出现了很多商品化的以微处理器为核心的测试系统针对不同的监测对象9配置一定的软硬件可以进行实时监测传感器将被测的腐蚀特征量转化为电信号9通过模/数转换和数/模转换接口9由微处理器进行测量控制9进而计算出腐蚀量数据9并可将其贮存\传输到计算机进行分析处理

在溶液电阻较大的情况下9许多仪器利用测定体系极化电阻对腐蚀体系进行监测交流阻抗技术9就是利用这种方法9其高频阻抗值等于溶液的电阻9低频阻抗值等于溶液电阻与极化电阻之和在目前9用计算机控制的交流阻抗测试系统己广泛地应用于腐蚀监测\缓蚀剂\涂层\保护膜层的性能评

增加9对管线造成的损坏日趋严重9穿孔频繁9有效使用周期越来越短9腐蚀情况非常严重因此金属腐蚀已成为制约油田稳产增效的重要因素

目前9国内腐蚀在线检测与监测技术同国外相比差距很大9这其中重要的一点就是计算机技术在该领域没有得到充分的应用9本文从四个方面阐述了计算机在油田腐蚀与防护领域中的应用

1现场监测与控制

油田腐蚀监测可以分为两大类9一是在设备运

行一定时期后检测有无裂纹9有无局部腐蚀穿孔的危险9剩余壁厚是多少9它主要是为了控制腐蚀带来的危险性和防止突发事故9获得的是腐蚀的结果;二是监控因介质作用使设备发生的腐蚀速度是多少9获得的是设备腐蚀过程的有关信息9以及生产操作参数(包括加工工艺\腐蚀防护措施)与设备运行状态之间相互联系的数据9并依此数据调整生产操作参数9其主要目的是控制腐蚀的发生与发展9使设备

收稿日期"Z003-10-09 196

柳言国等2计算机在油田腐蚀与防护领域中的应用

价O该系统由计算机自动控制测量\贮存数据9并分析求得溶液电阻和极化电阻O计算机控制极化电阻如炼油厂的腐测量己用于工业生产中的腐蚀监控9

蚀监控\冷却水系统的监控\酸洗液中缓蚀剂的自动添加等等O

另一种腐蚀速率自动监测的方法采用微处理器控制的恒电位仪9在腐蚀电位附近连续用最小二乘法拟和极化曲线O该系统用循环次数不断变化的电位梯度9测量体系腐蚀电流值O以微处理器为基础水处理\缓蚀剂公司将各种腐蚀监测技术用于精炼\研究\管道监测O

据1998年国内的防腐蚀工作会议介绍9日本千叶炼油厂建立了全厂腐蚀监测网9这个覆盖全厂的腐蚀监测网络为企业带来了安全生产十几年无事故的业绩O这一消息对国内的石油化工行业和腐蚀科技界产生了不小的震撼9也得到了许多启发9对推动国内的腐蚀监测向纵深发展起了不小的作用O

的等电位测量系统监测金属表面腐蚀时9微处理器控制的扫描参比电极靠近腐蚀试样表面O通过记录\存储相比另一个参比电极的电位差9所得到的电位图反映了腐蚀试样表面附近的电流密度9给出了表面腐蚀点的位置和程度O该法可用于研究局部腐蚀的发展过程9还可以监测在腐蚀过程发生的工艺条件及缓蚀剂的效果O

在工厂中9对流动液体的腐蚀性进行监测时9把电极插入监测的流体中9计算机把电极信号转化为腐蚀率O在工业腐蚀监测实践中9出现了很多新的监测技术9

如FSM(场图象)技术9可以用于连续监测工厂管线\压力容器等设备的腐蚀9可能发生的孔蚀或开裂以及任意时刻的残留壁厚等O

阴极保护系统的监控是为了调节阴极保护电位处于合适的范围9

避免保护不足或过保护的发生9评估阴极保护系统的效率及其有效性O采用计算机进行监控9用单一电源可以方便地扩展到多通道巡回控制9可以精确可靠地调节保护电位9保证阴极处于稳定足够的保护水平9并可将大量的测试数据记录\贮存\传输9作出分析评估9这对长距离阴极保护系统的监控更带来了极大的便利O

计算机技术在腐蚀监控技术中的应用9促使了测试仪器的小型化\智能化\远程控制O目前9腐蚀测试仪器和设备一般都配有计算机和专门设计的软件9使得操作程序化9数据自动记录9结果即时分析9图表瞬间显示O这为人们进行腐蚀与防护的研究及应用带来了极大的便利O

国际上从上世纪80年代起9对腐蚀监测有了更为清楚的认识9防患于未然得到广泛认同O美国est公司9

和MetalSamples公司都是专门从事腐蚀监测产品开发和销售的公司9主要产品有ER电阻探针腐蚀测量仪9LPR线性极化腐蚀测量仪9Microcor快速腐蚀监测仪(磁感法)9HP(Hydrogen

meation)

渗氢监测仪O美国\英国等石油\化学2信息处理

腐蚀数据信息量大\相关面广\需求范围大O由

于计算机的速度快9存储量大9所组成的网络信息交流迅捷等特点为处理腐蚀数据信息带来了极大的便利9已被广泛地应用于数据计算\分析\存贮\传输等方面O

在腐蚀与防护领域有不少的计算问题9涉及到腐蚀数据的统计分析\数值积分\微分方程的求解等O因而9应用计算机可以准确\迅速\高效地工作O己开发了一些程序用于由大量的极化实验数据来确定阴极\阳极的塔菲尔斜率\极化电阻及腐蚀电流9用高斯-牛顿法产生一组新的参数9

并不断重复直至非线性剩余误差在预定范围内变化O还有一些程序用来从现场或实验室数据中分析计算腐蚀参数9如电极电阻\失重量\离子数\线性极化电阻\塔菲尔斜率等O

在数据信息的贮存利用方面9计算机更是具有无可替代的作用O腐蚀与防护工作中9通常需要积累大量的腐蚀数据以备长期使用9

如材料性质\环境条件\控制腐蚀的措施等O这些庞大而又复杂的数据9通过依靠计算机技术提供的三个渠道(数据库\可读光盘\互联网)9供人们方便地使用O

自60年代开始建造腐蚀数据库系统以来9各国专家己将许多腐蚀数据信息收集整理成为数据库9供腐蚀工作者和其他技术专家在进行腐蚀防护研究\

腐蚀失效分析\防腐蚀设计\腐蚀管理时使用O例如9美国的NACE和NBS合作建立了CorrosionDataProgram9德国的DECHEMA建立了类似的数据库O近年来9我国也陆续建立了大气\土壤等腐蚀数据库O这些数据库的建立9方便了腐蚀数据的检索和管理9为工作节省了时间和费用O

借助计算机进行腐蚀数据信息的交流传输9利用互联网是今后的发展方向O借助互联网所构筑的高速公路9可以对阴极保护系统实施远距离的自动

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CortPer

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监测与控制\数据的采集与传输9及时得到专家的咨询与指导9从而代替低效\费钱\费力的人工管理o

个模型能够处理一般的结构几何形状和非线性极化行为的结果o随后采用有限元程序<NASTRAN>分析电平衡和阴极保护9应用能量守衡原则9在有限元中决定能量场的分布和强度9计算在每一种电解液中保持能量平衡所要求的电流o这个模型的优点在于9在节点和其他重要区域保护结果可以随时观察到9即极化特性可以随时间表示o

<对其Z>有限差分法是针对复杂边界值问题9

非连续过程进行近似数字分析o此法首先应用于分3专家系统

专家系统是基于知识的智能推理系统9通过在

系统中的存贮量与应用有关的专门知识9来取得高水平的问题求解能力9这涉及对知识的获取\知识库\推理机制以及智能人机界面的研究9集人工智能与专业领域知识于一体o专家系统的基本思想就是将知识和控制推理策略分开9

形成一个知识库9在控制推理策略的导引下9利用存贮的知识分析和处理问题o这样9在解决问题时9用户为系统提供一些已知数据9然后从系统中获得专家水平的结论o现有的专家系统可分为诊断型\涉及型\控制型三大类9已广泛地应用于各个领域o

在腐蚀与防护领域9大多数腐蚀工程问题的解决依赖于具有实践经验和知识的专家决策9经常是科学实验的结果\实践经验和专家个人的判断三部分的综合o与此类似所建立的腐蚀专家系统9已广泛应用于腐蚀材料的选择\腐蚀失效分析\防腐蚀施工等方面9产生了巨大的社会\经济效益o例如CN.art等所建造的ACHILLES腐蚀专家系统9

内容十分广泛9包括九个子系统C海水应用材料\石油天然气中的COZ/HZS腐蚀\应力腐蚀等o此系统已经成为腐蚀与防护技术人员的一个十分有用的工具9帮助训练缺乏腐蚀工作经验的人员9针对所给定的环境和材料提供专家意见o

模型的模拟分析

.1数字技术

过去9

阴极保护参数的确定和腐蚀速率的预测估计9都是建立在现场实验和测试的研究基础之上o应用这些结果9通常涉及到数据点的误差\取较大的安全系数\现场施工的调整与维护等问题o现在9模型模拟分析数字技术可以应用到各种复杂的结构中9并适应电解液和金属的非均匀和非线性的特征9用于求解电位的分布问题9这就要用到有限元分析法\有限差分法和边界元法o

<1>有限元法是应用数字求解由部分差分方程或能量理论所决定的问题o在腐蚀领域中9这种方法已经应用于解决电偶腐蚀和阴极保护的电位分布和电流密度oMunn应用有限元法分析描述了浸在电解液中的多金属系统的腐蚀电流和电位分布9这

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析电池的电极系统的理论9如分析其极化行为等o应用于阴极保护系统分析时9计算机的有限差分分析在模拟和设计海岸工程的阴极保护系统是十分有效的9

还可应用于阴极保护系统的监测9如电场强度\电流密度\电位的分析等o

<3>边界元法在求解Laplace方程\

获取电化学电池的电位分布方面与有限元法和有限差分法类似o这种方法在处理同一性质介质环境时比有限元和有限差分法有效9原因在于此法不要求模拟电解液而取得结构表面的电位分布9从而节省了计算时间o这种方法通过应用模型生成系统和计算结果处理系统处理一般几何结构问题o另一种边界元模型应用于设计阴极保护系统9

采用非线性和动态阴极边界条件来模拟钙质沉淀层生成时的极化行为o此模型在其他方面的应用还包括确定阳极位置\阳极电阻\保护效果\设计安全极限\干扰问题和涂层的应用等o.2非数字技术

计算机的模拟并不仅限于应用数字技术9非数字技术同样可以应用o以贫铬理论为基础的计算机模型模拟晶间腐蚀9描述了镍基合金的时间\温度敏化<TTS>图9这个图可用于检验热处理时间与低碳合金钢晶间腐蚀的敏感性o电位-pH图同样可以用计算机计算模拟出9

帮助预测腐蚀是否发生o计算机模拟还可以用于阳极电阻公式的计算\阴极保护系统的设计\应力腐蚀断裂行为的分析等方面o利用计算机模拟9

不仅可以设计阴极保护时优化阳极的大小\数量和分布9而且可以对现有的阴极保护系统进行再设计\发现分析故障\处理现场测量的数据等o

总之9随着计算机应用的普及9计算机在金属腐蚀与防护的现场监测与控制\信息处理\智能专家系统\数字模拟分析等方面将发挥越来越重要的作用o

!参考文献略"