高含硫氣田FSM腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的故障與處理

(中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司，四川 閬中 637400)

高含硫氣田一般具有高壓、高含硫化氫和高含二氧化碳等特征，具有較強(qiáng)的腐蝕性,同時(shí)高含硫化氫也使高含硫氣田開采具有極高的危險(xiǎn)性。目前，高含硫氣田集輸管道大都埋于地下，致使其腐蝕檢測手段極其有限，監(jiān)測成本也極高。FSM(電指紋監(jiān)測技術(shù))作為一個(gè)基于電導(dǎo)率的非侵入式的檢測技術(shù)，主要用于監(jiān)測工藝管線及管段內(nèi)部常規(guī)的和局限的腐蝕、磨蝕和裂紋。FSM主要安裝在高含硫氣田集輸管道的進(jìn)出站管段，或者在極易發(fā)生腐蝕的低洼地段和介質(zhì)流向發(fā)生改變的管段上。這樣，F(xiàn)SM腐蝕監(jiān)測技術(shù)精度更高，成本更低，能夠?qū)崿F(xiàn)對監(jiān)測管段的實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)量大，分析界面簡單直觀，對于氣田的腐蝕管理和控制更有指導(dǎo)意義[1]。

在實(shí)際使用過程中，F(xiàn)SM腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)有時(shí)存在數(shù)據(jù)不能上傳、平均腐蝕速率波動(dòng)等設(shè)備故障，影響FSM的正常運(yùn)行，導(dǎo)致不能對高含硫氣田的集輸管道腐蝕情況實(shí)施有效監(jiān)控。通過研究，找到了相應(yīng)的處理措施，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為高含硫氣田的防腐管理和腐蝕控制提供了數(shù)據(jù)支撐。

1 FSM的特性及系統(tǒng)組成

FSM技術(shù)主要是輸入一個(gè)可控的激勵(lì)電流通過金屬去建立一個(gè)唯一的電場圖形，產(chǎn)生的電壓可通過焊接在管壁的探針進(jìn)行測量。在給定區(qū)域內(nèi)的任何電導(dǎo)率的改變均將改變電場圖形或者電場強(qiáng)度，例如:均勻的金屬損失將增強(qiáng)電場強(qiáng)度；裂紋或者非均勻金屬損失將導(dǎo)致電場圖形 (強(qiáng)度) 改變。其具有較高的靈敏性，能夠?qū)崟r(shí)反饋管壁的變化情況。通過采用FSM腐蝕監(jiān)控技術(shù)可以節(jié)約大量費(fèi)用，從而減少檢測成本[2]。FSM電場示意圖見圖1。

圖1 FSM電場示意

FSM腐蝕監(jiān)測技術(shù)具有以下特點(diǎn)：(1)達(dá)到實(shí)際管壁厚度千分之一的靈敏度；(2)探測實(shí)際管壁的真實(shí)改變；(3)提供腐蝕機(jī)理信息；(4)監(jiān)測相對大的區(qū)域及特殊的幾何區(qū)域(如焊縫等)[3]。

FSM主要由五部分組成：(1)從管壁到監(jiān)測儀器的專用電纜；(2)用來測量電阻的探針矩陣；(3)電流源(輸入/輸出)；(4)用來讀取記錄數(shù)據(jù)信息的電子元件組；(5)用來解讀數(shù)據(jù)信息的專門軟件。

2 FSM的工作原理

FSM腐蝕監(jiān)測技術(shù)主要采用歐姆定律?？紤]FSM矩陣在管壁上的長度(L)和寬度(W), 是已知的常數(shù)。而電流(I)是已知的，并且通過FSM儀器可以調(diào)整控制。因此只有管壁厚度(T)和電壓降(ΔE)兩個(gè)可變變量。這就意味著隨著管壁的腐蝕 (壁厚減薄) 電壓降將上升 (FSM 讀取數(shù)據(jù)信息)，因此FSM 儀器可以監(jiān)測焊接在管壁上的每一對探針間的腐蝕情況[4]。

3 存在的問題及處理措施

3.1 數(shù)據(jù)不能自動(dòng)上傳

腐蝕監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳到corrLog箱或者FSMLog箱中，Log箱中的數(shù)據(jù)通過Fieldbus到場站的FIU,再到MOXA串口服務(wù)器,最后到場站的電腦，通訊環(huán)節(jié)中任何一個(gè)設(shè)置不匹配都可能導(dǎo)致腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)無法收取監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.1.1 corrLog箱中的時(shí)鐘出錯(cuò)

腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)條時(shí)間由現(xiàn)場的corrLog隨著電壓值等原始數(shù)據(jù)上傳至PC服務(wù)器，PC與互聯(lián)網(wǎng)連接，采用全球時(shí)區(qū)時(shí)間，而corrLog箱則為自校準(zhǔn)時(shí)間，當(dāng)corrLog箱中的時(shí)鐘出錯(cuò)后引起數(shù)據(jù)條時(shí)間與PC時(shí)間不一致時(shí)，數(shù)據(jù)條停止上傳，導(dǎo)致PC中無腐蝕監(jiān)測原始數(shù)據(jù)。

解決方案：更改數(shù)據(jù)條接收存儲方式，采取PC對現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出測量指令的同時(shí)校準(zhǔn)現(xiàn)場corrLog箱時(shí)間，保證數(shù)據(jù)及時(shí)上傳至PC并保存。

3.1.2 通訊地址設(shè)置錯(cuò)誤

場站內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸采用小型局域網(wǎng)，整體上采用“192”開頭的本地局域網(wǎng)，而場站到中控室則采用“10”開頭的辦公網(wǎng)，故障處理過程中，發(fā)現(xiàn)YBxx和YBxx-1兩個(gè)站的MOXA服務(wù)器IP地址占用辦公網(wǎng)IP地址，導(dǎo)致數(shù)據(jù)接收端與發(fā)送端查找出錯(cuò)，出現(xiàn)中控室PC服務(wù)器無數(shù)據(jù)上傳現(xiàn)象。

解決方案：核查場站MOXA串口服務(wù)器IP地址與PC端IP地址，避免出現(xiàn)占用現(xiàn)象。

3.1.3 通訊軟件設(shè)置

每個(gè)FIU設(shè)置兩路數(shù)據(jù)測量與接收通道，當(dāng)corrLog箱數(shù)據(jù)線接入FIU1的Loop1而系統(tǒng)設(shè)置為Loop2時(shí)，現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)條將無法上傳至PC服務(wù)器，集氣總站電阻探針數(shù)據(jù)停止上傳即為此情況。

解決方案：核查場站FIU接入通道與系統(tǒng)設(shè)置。

3.1.4 無線電指紋無數(shù)據(jù)上傳

無線電指紋采用GSM卡通過APN專線上傳數(shù)據(jù)，每月通信公司定時(shí)向指定用戶充值，由于通信公司充值情況無法核查，故存在未及時(shí)充值現(xiàn)象。有時(shí)信號不佳導(dǎo)致當(dāng)月數(shù)據(jù)積累在現(xiàn)場FSMLog箱中，下月月初重啟FSM時(shí)上月數(shù)據(jù)上傳而當(dāng)月數(shù)據(jù)未上傳。還有每月流量不夠用現(xiàn)象，強(qiáng)制讀取數(shù)據(jù)或者植入命令均需消耗流量。以上這些最終導(dǎo)致無線電指紋出現(xiàn)數(shù)據(jù)停止上傳故障。

解決方案：修改充值方式，通信公司年初將本年度流量充值至用戶卡，保障每月數(shù)據(jù)及時(shí)上傳，年末時(shí)核查剩余流量，若存在不足則及時(shí)增補(bǔ)。

3.1.5 FIU mapper服務(wù)未運(yùn)行

現(xiàn)場Log箱中的數(shù)據(jù)通過FIU串口單元上傳到機(jī)柜間的MOXA服務(wù)器，若FIU mapper服務(wù)文件丟失或停止運(yùn)行，則數(shù)據(jù)無法正常上傳至服務(wù)器。正常運(yùn)行情況下，腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)中有4個(gè)服務(wù)器均處于運(yùn)行狀態(tài)。YBxx場站腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)停止上傳則是由于該系統(tǒng)中的FIU mapper服務(wù)器未運(yùn)行。

解決方案：啟動(dòng)FIU mapper服務(wù)器，若PC丟失該文件，則重新拷貝后啟動(dòng)運(yùn)行。

3.1.6 電源驅(qū)動(dòng)模塊損壞

電源驅(qū)動(dòng)模塊主要用于給電指紋現(xiàn)場的FSMLog箱中電池充電，當(dāng)機(jī)柜PC處于休眠狀態(tài)時(shí)，電源模塊給主板提供4～5 V的電壓，而讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊時(shí)則提供5.5 V左右的電壓，電源模塊損壞之后則無法給主板供電。

解決方案：更換電源驅(qū)動(dòng)模塊，重新運(yùn)行系統(tǒng)。

3.2 平均腐蝕速率波動(dòng)

3.2.1 主板損壞

FSM主板安裝于現(xiàn)場的FSMLog箱中，負(fù)責(zé)測量和記錄原始數(shù)據(jù)，若主板出現(xiàn)故障，則原始數(shù)據(jù)失真，平均腐蝕速率發(fā)生波動(dòng)失真[5]。

解決方案：更換主板。

3.2.2 兩塊測量板插入位置不匹配

FSM測量板有兩塊，線號1本應(yīng)與線號2配對測量電壓，當(dāng)出現(xiàn)線號1與線號3配對時(shí)，則出現(xiàn)平均腐蝕速率波動(dòng)的現(xiàn)象。

解決方案：將測量板1與測量板2調(diào)整到正確的位置。

3.2.3 更換主板后系統(tǒng)參數(shù)未設(shè)置

FSM的主板用于測量場區(qū)域所在的原始電壓數(shù)據(jù)，每次更換主板之后均需重新做參考基準(zhǔn)，以便系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理。電指紋給出的平均腐蝕速率跟測量的原始電壓、參考電壓、基準(zhǔn)、溫度補(bǔ)償以及原始壁厚有關(guān)，若更換主板后未及時(shí)將基準(zhǔn)寫入主板，則得到的平均腐蝕速率將與前期趨勢不一致。

解決方案：更換主板后重新寫入基準(zhǔn)值。

3.2.4 組態(tài)時(shí)基準(zhǔn)選擇與運(yùn)行工況不一致

FSM在初期設(shè)置時(shí)管道大多處于未投產(chǎn)狀態(tài)，其基準(zhǔn)選擇值均是地表環(huán)境溫度，當(dāng)投產(chǎn)后，管道受介質(zhì)影響溫度較投產(chǎn)時(shí)有所變化，溫度過補(bǔ)償導(dǎo)致最終的平均腐蝕速率波動(dòng)。

解決方案：待管道平穩(wěn)運(yùn)行后重新選擇參考基準(zhǔn)值。

4 結(jié)論及建議

(1)FSM在高含硫氣田的使用過程中，能夠?yàn)樯a(chǎn)提供有效的、高精度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2)FSM存在故障主要是由于現(xiàn)場操作人員對電指紋的結(jié)構(gòu)、原理以及運(yùn)作方式不夠了解，對專業(yè)設(shè)備排查與分析問題的能力有待進(jìn)一步提升?？赏ㄟ^編寫相應(yīng)的操作系統(tǒng)的規(guī)程，同時(shí)開展相應(yīng)的培訓(xùn)來提升問題辨識解決能力，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)設(shè)備在高含硫氣田的穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)FSM系統(tǒng)需要設(shè)置和注意的點(diǎn)很多，再者操作維護(hù)技能需要專業(yè)化程度高，因此還有進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)的空間。