高含硫天然氣凈化廠腐蝕與安全維護系統研發

許述劍 柴永新 劉小輝 于艷秋 張曉剛

1.中國石化青島安全工程研究院 2.中國石化中原油田普光分公司天然氣凈化廠

高含硫天然氣凈化廠腐蝕與安全維護系統研發

許述劍1柴永新1劉小輝1于艷秋2張曉剛2

1.中國石化青島安全工程研究院 2.中國石化中原油田普光分公司天然氣凈化廠

針對高含硫天然氣凈化過程中H2S腐蝕和其他危害，借鑒煉化企業防腐蝕管理系統，研發凈化廠腐蝕與安全維護系統，建立設備完整性數據庫，開發裝置運行監控、腐蝕監測與檢測、腐蝕案例統計、介質化驗分析、風險檢驗和設備維護策略等業務模塊，綜合應用腐蝕評價和風險檢驗技術，及時掌握設備H2S腐蝕規律和風險等級，并適時修訂防腐蝕策略和風險管理策略，從技術層面對設備進行專業化管理。

高含硫天然氣 凈化 腐蝕 安全 維護系統

高含硫天然氣含有大量H2S 、CO2和氣田鹵水，腐蝕環境惡劣，使得開采、集輸，特別是凈化過程中存在嚴重H2S腐蝕和其他危害[1-3]，造成設備腐蝕、泄漏和失效等風險概率高，致使設備管理工作難度大。高含硫氣田開發是油氣工業的效益增長點和發展趨勢[4-5]，為此，借鑒煉化企業防腐蝕管理系統的成熟技術、完備功能及豐富運行經驗，設計與開發高含硫天然氣凈化廠設備腐蝕與安全維護系統，建立設備完整性數據庫，綜合應用腐蝕評價和風險檢驗技術，進行H2S腐蝕規律預測和基于風險的檢驗，及時掌握設備H2S腐蝕和風險等級狀況，并適時修訂防腐蝕策略和風險管理策略，從技術層面對凈化廠設備進行有效的專業化管理，提高設備管理水平和降低生產風險，具有重大的現實意義。

1 系統總體架構設計

高含硫天然氣凈化廠設備腐蝕與安全維護系統設計基于B/S(瀏覽器/服務器)網絡架構方式，采用了SqlServer數據庫運行環境和Microsoft Visual Studio 6.0開發工具。數據庫服務器和web服務器軟件配置Windows2008 Server企業版，硬件配置HPDL360G6 E5550/24G/ 146G*4/板載網卡/；關系數據庫軟件配置ORACLE標準版?？傮w結構設計為數據采集層、數據業務應用層、信息決策與展示層3部分。

(1) 數據采集層是系統最基本部分，設計從企業實時數據庫中采集設備實時運行狀態參數；從Lims系統數據庫采集腐蝕介質化驗分析數據；從在線腐蝕監測數據庫采集腐蝕監測數據；通過客戶端人工錄入整理設備檔案信息，錄入整理定點測厚數據，錄入整理腐蝕失效案例庫等。建立設備和工藝管道基礎信息庫、腐蝕監測與檢測數據庫、腐蝕失效案例庫、防腐蝕優化方案及風險檢驗策略知識庫等，形成凈化廠設備完整性數據庫，如圖1所示。

(2) 數據業務應用層是系統的核心層，將采集與錄入的數據經過裝置運行監控、設備檔案管理、腐蝕監測與檢測、腐蝕案例統計、介質化驗分析及風險檢驗業務功能模塊的梳理、統計、分析或邏輯計算后，進行H2S腐蝕規律預測和基于風險的檢驗，各模塊邏輯關系如圖2所示。

(3) 信息決策與展示層是采集與錄入的數據經過梳理、統計、分析或邏輯計算，進行H2S腐蝕規律預測和基于風險的檢驗后，形成設備管理策略，指導設備管理。同時，將形成的報表、圖示及決策分析等信息在監控平臺進行展示，從而實現凈化廠基于腐蝕評估和風險檢驗的設備管理。

2 系統功能模塊開發

在系統總體架構設計的基礎上，8個業務模塊的主要功能設計開發如下。

2.1 裝置運行監控

對生產運行過程進行實時監控，包括：從凈化廠實時數據庫中采集關鍵工藝狀態參數到關系數據庫中，進行實時監控和綜合展示；對具備實時數據采集的裝置進行數據集成，并在裝置總貌圖中進行信息匯總和綜合展示；在工藝流程圖中顯示定點測厚部位和在線腐蝕監測點等。

2.2 設備檔案管理

設備檔案管理為設備管理最基本的操作業務，涉及設備分類、設備基礎信息維護、設備附件、設備編碼、圖形化等管理業務，包括動設備、靜設備、電器儀表和工藝管道4類設備檔案管理數據。設備臺賬界面具有查詢、錄入、導出和編輯功能。

動設備管理：主要包括機泵和風機。通過業務人員錄入基礎信息(設備編號、名稱、制造廠、出廠日期、投用日期等)、技術參數(操作介質、操作溫度等)和附件信息(設備結構圖)實現對設備基礎信息的維護。

靜設備管理：主要包括塔器、反應器、換熱器、空冷器、容器及加熱爐。通過業務人員錄入基礎信息、技術參數和附件信息實現對設備基礎信息的維護。

電器儀表管理：主要包括電動機、各種在線儀表等，通過業務人員錄入基礎信息、技術參數和附件信息實現對設備基礎信息的維護。

工藝管道管理：按照工藝條件(如溫度、壓力、介質腐蝕性等)劃分物流回路，對管道進行分類管理。通過業務人員錄入基礎信息、技術參數和附件信息(管道三維圖)實現對管道信息的維護。

2.3 腐蝕監測與檢測

腐蝕監測與檢測包括腐蝕數據采集、腐蝕數據分析、腐蝕監測與檢測周報及月報管理。

腐蝕數據采集：①在線腐蝕監測數據采集，通過數據采集接口方式進行，采集頻率根據用戶需求設置；②定點測厚數據采集，錄入管道壁厚度，根據原始管道信息計算腐蝕速率。

腐蝕數據分析：①監測數據分析，實現對單探針不同時期、多探針一個時間段的對比分析等功能，系統中顯示單個探針不同日期腐蝕速率、一組探針在一段時期內的平均腐蝕速率對比情況；②定點測厚數據分析，系統中顯示每個測厚點在一段時期內管道壁厚變化趨勢圖。

腐蝕監測與檢測周報、月報管理：以采集的數據為基礎，通過Excel報表方式匯總統計出相應的腐蝕監測與檢測周報和月報。主要內容：①數據部分，探針編號、監測位置、介質名稱、相態、起始時間、終止時間、本周腐蝕損耗速率等參數；②數據來源，在線監測儀器和定點測厚的錄入數據；③系統提供功能，提供數據的錄入，從Excel表導入到系統、修改、查詢、刪除、打印、導出到Excel表、校驗等功能；④處理要求，將采集到的數據分類匯總，統計分析。

2.4 腐蝕案例統計

包括數據采集和分析查詢。

數據采集：采集內容包含腐蝕事件的經過、處理過程、原因分析、措施制定及責任人處理等信息；采集方式采用手工錄入和Word文檔附件相結合的方式。

分析查詢：腐蝕案例數據可以按事故名稱、時間查詢展示。展示內容包括所有用戶錄入的信息并展示相應的事故附件。分析功能實現按照時間、裝置等信息對腐蝕事件進行各種圖形分析。

2.5 介質化驗分析

從Lims系統采集數據，經過整理匯總生成相應分析報表并作圖形展示。該模塊主頁中設有采樣點分布圖，涉及管道制圖。

數據采集：采集范圍包括腐蝕風險管理所需的實驗室分析數據，采集頻率根據數據分析要求由用戶自定義設置。Lims數據通過開發相應Lims數據采集接口方式進行采集。

分析展示：Lims數據可以按檢測點、時間區間段查詢展示。展示的內容包括了從Lims系統采集的實驗室分析數據。分析功能實現按照時間、檢測點等信息對化驗分析數據進行各種圖形分析。同時，提供企業平面圖，可瀏覽全廠所有Lims實驗分析數據采樣點位置。

2.6 風險檢驗管理

該模塊通過B/S方式嵌入集成RBI軟件的計算和展示功能，將風險數據集成到本系統中。RBI-ST分析軟件服務于石化企業的設備檢驗管理，核心技術是風險管理技術和API的RBI技術，并結合設備完整性管理體系，符合企業的管理模式，具有以下幾個突出的特點：RBI-ST提供了完整的RBI管理流程；完善的風險計算功能；與CAD無縫結合的兼容性；完整的失效案例庫。

2.7 設備維護

包括規章制度、技術資料、防腐優化策略和風險檢驗策略4個子功能。

規章制度功能：包括全廠設備管理相關的規章制度文檔資料。具有按規章制度名稱查詢展示功能和進行瀏覽、上傳、下載、錄入、修改、刪除、查詢、打印、原樣輸出等數據維護功能。

技術資料功能：包括各類生產和設備相關的技術資料文檔，如裝置設計、加工能力、實際加工能力等。具有按技術資料名稱查詢展示功能和進行瀏覽、上傳、下載、錄入、修改、刪除、查詢、打印、原樣輸出等數據維護功能。

防腐蝕策略功能：包括裝置防腐蝕策略和優化措施。具有按預置的防腐策略關鍵字查詢展示功能和進行瀏覽、上傳、下載、錄入、修改、刪除、查詢、打印、原樣輸出等數據維護功能。

風險檢驗策略功能：包括裝置風險檢驗策略。具有按預置的關鍵字查詢展示功能和進行瀏覽、上傳、下載、錄入、修改、刪除、查詢、打印、原樣輸出等數據維護功能。

2.8 系統管理

用戶管理：用戶劃分為系統管理員、風險評估員和普通用戶3個等級。系統管理員級別和權限：權重設置、用戶管理、數據操作、數據庫的備份與恢復、數據表的導入導出、風險評價、腐蝕評價、決策維護；風險評估員級別和權限：數據操作、風險評價、腐蝕評價、決策維護、數據表的導出；普通用戶級別和權限：評價結果瀏覽、數據查詢。

數據管理：數據導入、數據庫的備份與恢復。

文件上傳：實現維護管理策略、通知公告等文件上傳維護功能。

3 系統的初步應用

經過詳細方案設計、原型設計、系統開發、系統安裝、調試、培訓、試運行及測試驗收，高含硫天然氣凈化廠設備腐蝕與安全維護系統已經成功上線運行，部分軟件界面如圖3所示。

該軟件系統通過從企業實時數據庫中采集設備實時運行狀態參數，通過客戶端人工錄入整理設備臺帳、圖紙、資料、檢維修等動態信息以及其他模塊的數據，利用軟件風險檢驗模塊進行裝置RBI風險檢驗，風險排序，并制定風險管理策略；通過從Lims系統采集腐蝕介質化驗分析數據，從在線腐蝕監測數據庫采集腐蝕監測數據，通過客戶端人工錄入整理定點測厚數據，整理腐蝕失效案例庫，利用軟件化驗分析模塊、腐蝕監測與檢測模塊、腐蝕失效案例模塊進行介質腐蝕性、工藝防腐、腐蝕監測與檢測等防腐措施的有效性評價，預測H2S腐蝕發展趨勢，制定防腐蝕策略。同時，隨數據的更新，實施再次風險檢驗和腐蝕評價，及時修訂風險管理策略和防腐蝕策略，形成閉環管理，結合其他管理制度、技術資料，實現高含硫天然氣凈化廠設備專業化技術管理。

目前該系統運行穩定、應用效果良好。例如，腐蝕監測與檢測模塊統計分析表明，腐蝕波動嚴重的部位依次是二級硫冷凝器入口、急冷水泵出口、酸性水汽提塔頂。開工初期操作波動，在線監測腐蝕速率超出允許值好幾倍，裝置運行平穩后腐蝕速率降低。所以，裝置頻繁開停工是主要影響因素；事故案例模塊統計分析表明：導致事故發生的主要因素依次是腐蝕、硫化亞鐵自燃、施工缺陷。主要腐蝕類型有貧富胺液環境腐蝕、液硫和硫磺環境腐蝕、H2S及硫酸露點腐蝕。主要腐蝕部位有脫硫單元胺液系統換熱器、硫磺回收單元液硫及硫磺冷凝器和脫氣管線、尾氣處理單元的尾氣加氫后冷器和急冷水塔底抽出管線、硫磺儲存和運輸系統等?？傊?，該軟件系統實現了預期設計目標，并且隨著以后數據的不斷積累，軟件分析功能將會充分地展現出來。

4 結 語

(1) 綜上所述，高含硫天然氣凈化廠腐蝕與安全維護系統的設計理念是正確、可行的，綜合應用腐蝕評價和風險檢驗技術，及時掌握H2S腐蝕和風險等級狀況，并適時修訂防腐蝕策略和風險管理策略，從技術層面對凈化廠設備進行有效的專業化管理。

(2) 該系統的應用效果明顯，預測腐蝕規律與機理，確定風險大小與部位，使得高含硫天然氣凈化廠的危害處于可控之中。

(3) 該系統的應用前景廣闊，隨著設備完整性數據的不斷積累，該系統將會發揮更大的專業化管理作用。

[1] 杜志敏. 國外高含硫氣藏開發經驗與啟示[J]. 天然氣工業, 2006, 26(12): 35-37.

[2] 張強, 陳文, 楊夢薇, 等. 高酸性氣田腐蝕監測技術研究[J]. 石油與天然氣化工, 2012, 41(1): 62-65.

[3] 劉坤, 何娜, 王堯, 等. 高含硫氣田開發安全評價技術探討[J]. 石油與天然氣化工, 2013, 42(4): 416-420.

[4] 邊云燕, 向波, 彭磊, 等. 高含硫氣田開發現狀及面臨的挑戰[J]. 天然氣與石油, 2007, 25(5): 3-7.

[5] 袁青, 劉音, 畢研霞, 等. 油氣田開發中CO2腐蝕機理及防腐方法研究進展[J]. 天然氣與石油, 2015, 33(2): 78-81.

Development of the corrosion and security maintenance system forhigh sulfur natural gas purification plant

Xu Shujian1， Chai Yongxin1， Liu Xiaohui1， Yu Yanqiu2， Zhang Xiaogang2

1.SINOPECSafetyEngineeringInstitute，Qingdao,Shandong,China2.PuguangBranchofSINOPECZhongyuanOilfieldCompany，Dazhou,Sichuan,China

Due to the serious H2S corrosion and other hazards, the corrosion and security maintenance system for high sulfur natural gas purification plant has been studied referring to the refinery anti-corrosion management system, establishing the integrity database, and exploiting the core business modules about operation monitoring, corrosion monitoring and inspection, corrosion case statistics, medium test and analysis, risk management and equipment maintenance strategy and so on. The corrosion evaluation and risk inspection have been applied to predict H2S corrosion and inspect based on risk, and timely revise anti-corrosion strategy and risk management strategy. The professional technical management has been carried out in purification plant.

high sulfur natural gas, purification, corrosion, security, maintenance system

中國石油化工股份有限公司科研項目“普光高含硫凈化廠腐蝕控制技術研究”(311032)。

許述劍(1971-),男,博士, 高級工程師，現就職于中國石化青島安全工程研究院,從事材料腐蝕與防護相關研究工作。E-mail：xsjws1@163.com

TE986

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.04.019

2016-10-12；

2017-01-06；編輯：鐘國利