哈法亚油田CPF3的腐蚀监测技术应用

第41卷第6期2020年6月
腐蚀与防护
C O R R O S I O N 8^ P R O T E C T I O N
Vol.41 No.6
June2020
DOI：10. 11973/fsyfh-202006011哈法亚油田CPF3的腐蚀监测技术应用
程明1
(1.中国石油工程建设有限公司西南分公司，成都610041; 2.中国石油工程建设有限公司中东地区公司，北京100120)
摘要：首先介绍了常用的腐蚀监测技术，然后论述了哈法亚油田三期原油中央处理厂(C P F3)所使用的电阻探针、腐蚀挂片、超声波定点测厚三种腐蚀监测技术，并根据处理装置的工艺特征、腐蚀状况及使用经验探讨了腐蚀监测 点的选用原则与分布，最后介绍了哈法亚油田C P F3的腐蚀监测网络的构建，该网络使多种腐蚀监测技术在哈法亚 油田得以成功应用。

关键词：哈法亚油田；腐蚀监测；在线腐蚀监测系统；电阻探针
中图分类号：T G174. 4 文献标志码：B文章编号：1005-748X(2020)06-0053-04
Application of Corrosion Monitoring Technology to CPF3 in Halfaya Oilfield
CHENG Ming1，2
(1. China Petroleum Engineering Construction Corporation Southwest C o m p a n y, C h e n g d u 610041, China；
2. China Petroleum Engineering & Construction Corporation (Middle East), Beijing 100120, China) Abstract：Firstly, the c o m m o n corrosion monitoring technology i s introduced. Then, three kinds of corrosion monitoring techniques, resistance probe, corrosion coupon and ultrasonic spot wall thickness monitor system, used in the third stage of central processing factory (C P F3) for crude oil in Halfaya oilfield are expounded. According to the process characteristics, corrosion conditions and service experience, the selection principle and distribution of corrosion monitoring points are discussed. Finally, the construction of C P F3 corrosion monitoring network of Halfaya oilfield is introduced, this network successfully applied various corrosion monitoring technologies to Halfaya oilfield. Key words：Halfaya oilfield； corrosion monitoring； online corrosion monitoring system；resistance probe
哈法亚油田属于“超巨型”油田，位于伊拉克东 南部米桑省阿玛拉市，可采储量约为41亿桶。

根据 2010年签署的《哈法亚油田开发生产服务合同》，该 油田由以中国石油为首的联合作业体进行为期20 a 的开发生产作业。

2012年6月，哈法亚油田一期竣工投产（年产 能500万t);2014年8月，二期建设投产，年产能提 升至1 〇〇〇万t;2017年5月24日，三期原油中央处 理厂(CPF3)及配套系统项目正式开工，建成后实现 年产能2 000万t。

哈法亚油田产出油为重质高含硫原油，产出水 中氯离子含量极高，产出气中H2S、C02含量均较
收稿日期：2018-10-08
通信作者:程明（1979—），高级工程师，学士，主要从事石油 天然气地面设施外防腐蚀层及阴极保护设计、研究及施工管 理工作，028********，c p~c h e n g m i n g@163. c o m 高，油田地面生产设施面临严重的腐蚀风险[1]。

结 合哈法亚油田一期、二期的建设及运营经验，CPF3 项目致力于构建全面、准确且实时的腐蚀监测网络，在运营中获取各流程的腐蚀状况，进而优化调整生 产工艺和设备管道检维修计划。

1腐蚀监测技术简介
用于油田开发生产的腐蚀监检测技术分为离线 检测和在线监测两大类[2]。

离线检测指在特定时间 段获取管道、设备的裂纹或剩余壁厚等腐蚀数据，评 估管道腐蚀风险。

离线检测需要定期、定点测试，具 有周期长、不能连续测试等缺点。

在线监测技术可 实时、连续获取管道及设备不同时期的腐蚀信息(如 腐蚀失重、腐蚀电流等），以及生产操作参数(包括加 工工艺、腐蚀防护措施)与设备运行状态间相互联系 的数据，并依此调整生产操作参数，最终实现控制腐 蚀的发生与发展，使设备处于良性运行状态。

常用的离线检测技术包括:腐蚀挂片、超声波定
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时.可在带压状态下安全、便捷地插入和取出多种腐 蚀监测设备，也可带压插人和取出缓蚀剂注人或取 样设备。

2.2电阻探针
当金属元件在工艺介质中被腐蚀时，金属横截 面面积会减少，使单位长度的电阻相应增加。

电阻 探针技术是利用监测电阻变化来测定腐蚀或磨蚀引 起的金属损耗，并把金属损耗作为时间的函数绘制
曲线图，以确定腐蚀速率，如图2所示。

图中曲线的 斜率代表了所选时间间隔内的平均腐蚀速率。

时间
图2金属损耗与平均腐蚀速率的关系曲线
Fig. 2 Relationship between metal loss and average
corrosion rate
上述工作原理决定了电阻探针只能用于监测均 匀腐蚀情况下的腐蚀速率，而不能用于监测点蚀。

该方法可适用于除液态金属或某些电导性熔盐之外 的任何实际环境中，具有监测周期短、价格较低、易 于操作等优点，且监测时无需取出探针就能获得实 时腐蚀数据，可用于构建在线腐蚀监测网络。

在电 阻探针使用过程中需注意，当具有导电性的腐蚀产 物、氧化皮等沉积到探针表面时，电阻探针的测试准 确度会受到影响。

结合哈法亚油田CPF 3运行温度变化的特点， 选用的电阻探针需满足自动温度补偿、灵敏度高、可 带压拆卸等要求。

电阻探针外形结构见图3,主要 技术要求如下：1)选材满足NACE MR 0175 —2015 标准要求，产品的性能满足NACE SP 0192 — 2012 标准[5]要求;2)高压承载器安装在12点钟方向，选 用空心插体，其设计应满足带压操作的需要;3)电阻 探针形状为管状，预期寿命2 a ，厚度为0. 508 mm ， 测量范围〇. 254 mm ，分辨率不低于元件厚度的
1/100 000,精度1. 27 nm ，响应时间小于24 h 。

电阻探针使用一个受保护的免于腐蚀的参比元 件来实现电阻率随温度变化的补偿。

当测量元件的 电阻随温度升高而增加时，参比元件的电阻也会增
点测厚、漏磁检验、涡流法等。

常用的在线腐蚀监测 技术包括:电阻探针、线性极化电阻探针、电感探针、 交流阻抗探针、电化学噪声探针等。

在现实生产中，单一的腐蚀监测方法不能满足 用户的要求，通常需要同时采用多种方法才能获得 比较准确可靠的腐蚀监测信息。

通过哈法亚油田一 期、二期的运行实践，三期项目腐蚀监测系统采用电 阻探针进行在线腐蚀监测，同时也使用腐蚀挂片、超 声波定点测厚等离线检测技术。

工艺介质分析和腐 蚀产物分析也十分重要，可以反映出腐蚀发生的主
要原因和腐蚀状况，与腐蚀监测数据关联后，可用于 预测可能发生的腐蚀及其程度。

2
腐蚀监测方法
2. 1腐蚀挂片
腐蚀挂片法，将相同材质的腐蚀挂片直接置于 腐蚀环境中，定期取出挂片测量腐蚀速率、观察腐蚀 形貌，是一种原始且被广泛接受的腐蚀监测方法。

该方法具有原理简单、价格低廉、适用介质广等特 点，但监测周期长，通常在1个月以上。

腐蚀挂片监 测数据主要用于评估设备选材和监测工艺防腐蚀措 施的应用效果，也可作为其他腐蚀监测数据比较的 基础。

哈法亚油田CPF 3项目选用的腐蚀挂片安装结 构见图1，并提出了如下技术要求：1)选材满足 NACE MR 0175—2015标准[3]要求，产品的制造满 足NACE SP 0775—2013标准M 要求；2)高压承载 器安装在12点钟方向，选用实心插体，其设计应满 足带压操作的需要;3)采用长7. 62 cm 的条状标准 挂片，表面磨光处理，暴露面积为33 cm 2。

图1
腐蚀挂片安装结构示意
Fig. 1 Schematic of installation structure of
corrosion coupon
当高压承载器与回收工具和伺服阀一起使用
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•
图3电阻探针外形结构
Fig. 3 Outline structure of resistance probe
加，但两种元件的电阻比值保持不变，即可实现自动 补偿因温度变化带来的电阻变化。

选择正确的探头灵敏度，是按照最优的性价比 实现腐蚀监视系统最佳效果的关键。

灵敏度高的探 头对于过程扰动具有更快的响应。

当预期的腐蚀速 率较低，或者要求对过程变化快速响应时，需选择敏 感度较高的探头。

当预期的腐蚀速率为中等或高，且监测系统的目标是确保腐蚀处在一个可接受的限 度，而不是快速探测过程扰动时，则推荐选择灵敏度 较低、寿命较长的探头。

通常情况下，敏感元件的更 换周期为9〜12个月。

2.3超声波定点测厚
管道测厚包括普查测厚和定点测厚。

定点测厚 监测主要用于监测管道腐蚀速率，通常采用超声波 定点测厚(U^CP)的方法。

这种方法是利用压电换 能器产生的高频声波穿过材料，再测量回声返回探 头的时间或记录产生共鸣时声波的振幅，以检测壁 厚。

定点测厚分为在线定点、定期测厚和检修期间 定点测厚。

测厚监测主要针对设备、管道的均匀腐 蚀和冲刷腐蚀，对于氢腐蚀、应力腐蚀等需通过其他 检测手段进行监测。

在高温硫腐蚀环境中，应重点 对碳钢、铬钼合金钢制设备、管道进行测厚监测。

新 建或新投用的设备及管道，在投用前应确定定点测 厚的位置，并取得原始壁厚数据。

哈法亚油田CPF3项目选用的超声波测厚系统 结构见图4,主要技术要求如下：1)超声波测厚仪使 用R T D温度补偿的标准超声波传感器，测量范围 为2.5〜50 mm，分辨率为2.54X l(T3mm;2)每个 测量点设置5个超声波传感器，3个位于6点钟方 向、1个位于4点钟方向、1个位于10点钟方向；3) 通过便携式测量仪，可以读取、存储测量数据。

图4超声波测厚系统
Fig. 4 Ultrasonic thickness measurement system
3腐蚀监测点位置
3. 1选用原则
哈法亚油田CPF3包括原油工艺、气工艺、油水 处理、消防、公用工程等几个主要系统，主工艺流程 包括原油工艺和产出水工艺。

原油和产出水中含有 印3、0)2和大量的氯化物。

哈法亚油田€??3主要面临水中溶解H2S和C()2酸性气体产生的腐蚀。

通常，随着溶液中H2S、C()2含量的增加，p H降低，环境的腐蚀性增强。

腐蚀监测点的选取应遵循“区域性、代表性、系统性”的原则，围绕整个油田生产系统的各个环节合 理选择监测点。

在介质或操作条件发生改变的典型 区域，需集中布设监测点，且腐蚀挂片与电阻探针宜 成套对应设置。

定点测厚优先设置在易腐蚀和冲刷 部位，并根据介质腐蚀性在典型区域集中布设。

3.2现场分布
通过工艺分析，在哈法亚油田CPF3具有代表 性的油1区、油2区、水处理区、气工艺区、外输区共 计设置51套腐蚀挂片、50套电阻探针和20处定点 测厚监测。

这些腐蚀监测点分别建在原油进口、分 离后原油、脱盐后原油、分离后的水、脱盐后的水、脱 盐后的循环水、稳定态原油、外输原油、原料气、凝析 油、产出水等流程及管线处，对油、气生产系统全过 程进行监测，具体分布情况见表1。

4在线腐蚀监测系统
哈法亚油田CPF3的在线腐蚀监测系统由电阻 探针、变送器、接线盒、智能接口单元（IIU)和腐蚀 监测服务器（ICMS)组成，其组成系统见图5。

图中:CP-034320等表示腐蚀监测点位号，表示接 线箱，RS485表示通讯电缆。

变送器能高分辨率腐蚀测量、快速响应、在线传
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表1
腐蚀监测点分布
Tab. 1 Distribution of corrosion monitoring points
管道/设备区域介质腐蚀挂片 /套腐蚀探针 /套超声隨针
/组进站管汇油/水/气191914
分离器出水口含油污水44-
脱水泵人口油/水
44-
电脱水装置原油人口油工艺区原油44-
电脱水装置出水口含油污水22-
电脱盐装置出水口含油污水22-
原油清徹雜
原油11-
H P 压缩机进口总管原料气111LP 空冷器出口
气麵合相111稳定气体空冷器出口气液混合相
111凝析油分离器人口气工艺区
凝析油111腿气清管发球筒人口原料气111
燃料气洗涤塔人口燃料气11
-
燃料气清管发雜燃料气1-
-缓冲水罐人口含油污水11-撇油槽出、人口水处理区含油污水22-回注水•罐出、人口含油污水22-
凝析油泵出口至凝析油
管线
发賴願气管道至清管
发賴
撕油 1 1外输区 原油 1 1願气
1
1
爆认证，且能通过RS 485现场总线进行通讯。

变送 器有效输出的是金属损耗、标准计算的腐蚀速率、公 制或英制的每日腐蚀速率、以及变送器状态。

单根
RS 485电缆可通过接线盒串接最多32个变送器。

这单根多点电缆包含了给变送器供电的24 V 直流 电源和RS 485通信总线，以避免每一个变送器都需 要一根连接电缆的情况。

智能接口单元的主要用途是提供腐蚀速率的计 算，而用于腐蚀速率计算的数据源于变送器测出的 金属损耗。

智能接口单元是为中小规模的在线系统 设计的，易于集成到已有的数据采集与监视控制
(SCAD A )系统和集散控制（DCS )系统中。

多台变 送器通过RS 485通信总线将腐蚀监测数据传输到 智能接口单元，在此处理汇总，最后通过RS 485通 信总线传向腐蚀监测服务器(ICMS )。

腐蚀监测服务器（ICMS )是一个综合性的腐蚀 数据管理解决方案，提供了腐蚀数据的输人手段，可 接收来自智能接口单元、变送器、便携式数据记录仪 等多种数据源输人数据，以及来自探头及挂片的人 工输入数据。

腐蚀监测服务器能通过DCS 系统进 行数据交换，腐蚀数据与工艺过程数据的关联计算， 并通过腐蚀管理软件以图形方式绘制各探头的腐蚀 数据与时间的关联图，用于腐蚀规划管理和各种报 表的准备。

通常，D C S 系统是为了工艺过程控制而输或数据记录探针获取的腐蚀数据，它通过标准防
优化的，很难进行关联计算并调用过去数天及数周
56
•
孙伟栋，等:油气管道内检测数据深度分析
深度增长速率
》长度增长速率
k ERF 增长速率
0.2
管道里程/km (4.75〜5.2)
图5内腐蚀增长速率(深度、长度、E R F )
Fig. 5 Inner corrosion growth rates
(depth ，length ，E R F )
根据内检测数据分析结果，为了延长管道的服
役时间，建议业主在后续的生产运营过程中，适当进
行工艺参数调整和优化:（
i )适当增加产量，从而降 低该管道内部积水的可能性42)加强清管作业，减 少管道内部积水和沉积物；（3)进行缓蚀剂控制，全 面降低腐蚀速率。

该管道在2005—2010年的腐蚀增长速率为0• 437 mm /
a ，如图5所示。

根据该腐蚀速率，预计到2016年管
道出现的壁厚最大损失为70%。

4结束语
内检测数据的进一步挖掘和运用，是管道完整
性管理水平提升的体现。

因此有必要开展基于关键 特征点和缺陷数据的管道内检测数据对齐和整合分 析，以及内检测数据质量分析、缺陷发展及类型分析 等工作。

同时，根据案例分析可得，针对两轮内检测 数据进行深度分析，可获取缺陷发展规律，同时可结 合管道腐蚀直接评估方法，明确管道腐蚀缺陷的增 长速率。

因此，内检测数据的深度分析为管道的安
全、可靠、高效运行和后续管道完整性管理方案的制 定提供数据支撑。

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(上接第56页）
的过程数据，而这恰恰是腐蚀控制与管理要求作到 的。

该服务器能便捷地找出腐蚀数据与来自DCS 系统各种过程参数之间的相关性。

5结论与建议
哈法亚油田CPF 3同时采用三种腐蚀监测技
术，互为补充，使数据解释更为准确可信。

腐蚀监测 点数量众多并具有代表性，使得生产运行中可获得 大量有效数据，有利于全面腐蚀数据库的建立。

项目投产后，可利用在线腐蚀监测系统的便捷 与高效，结合腐蚀监测服务器所具备的综合性腐蚀 数据管理能力，为生产工艺调整及缓蚀剂加注等生 产作业提供技术支持，并降低生产装置腐蚀事故的 发生概率。

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