高含硫天然气净化厂腐蚀与安全维护系统研发

许述剑 柴永新 刘小辉 于艳秋 张晓刚

1.中国石化青岛安全工程研究院 2.中国石化中原油田普光分公司天然气净化厂

高含硫天然气净化厂腐蚀与安全维护系统研发

许述剑1柴永新1刘小辉1于艳秋2张晓刚2

1.中国石化青岛安全工程研究院 2.中国石化中原油田普光分公司天然气净化厂

针对高含硫天然气净化过程中H2S腐蚀和其他危害，借鉴炼化企业防腐蚀管理系统，研发净化厂腐蚀与安全维护系统，建立设备完整性数据库，开发装置运行监控、腐蚀监测与检测、腐蚀案例统计、介质化验分析、风险检验和设备维护策略等业务模块，综合应用腐蚀评价和风险检验技术，及时掌握设备H2S腐蚀规律和风险等级，并适时修订防腐蚀策略和风险管理策略，从技术层面对设备进行专业化管理。

高含硫天然气 净化 腐蚀 安全 维护系统

高含硫天然气含有大量H2S 、CO2和气田卤水，腐蚀环境恶劣，使得开采、集输，特别是净化过程中存在严重H2S腐蚀和其他危害[1-3]，造成设备腐蚀、泄漏和失效等风险概率高，致使设备管理工作难度大。高含硫气田开发是油气工业的效益增长点和发展趋势[4-5]，为此，借鉴炼化企业防腐蚀管理系统的成熟技术、完备功能及丰富运行经验，设计与开发高含硫天然气净化厂设备腐蚀与安全维护系统，建立设备完整性数据库，综合应用腐蚀评价和风险检验技术，进行H2S腐蚀规律预测和基于风险的检验，及时掌握设备H2S腐蚀和风险等级状况，并适时修订防腐蚀策略和风险管理策略，从技术层面对净化厂设备进行有效的专业化管理，提高设备管理水平和降低生产风险，具有重大的现实意义。

1 系统总体架构设计

高含硫天然气净化厂设备腐蚀与安全维护系统设计基于B/S(浏览器/服务器)网络架构方式，采用了SqlServer数据库运行环境和Microsoft Visual Studio 6.0开发工具。数据库服务器和web服务器软件配置Windows2008 Server企业版，硬件配置HPDL360G6 E5550/24G/ 146G*4/板载网卡/；关系数据库软件配置ORACLE标准版。总体结构设计为数据采集层、数据业务应用层、信息决策与展示层3部分。

(1) 数据采集层是系统最基本部分，设计从企业实时数据库中采集设备实时运行状态参数；从Lims系统数据库采集腐蚀介质化验分析数据；从在线腐蚀监测数据库采集腐蚀监测数据；通过客户端人工录入整理设备档案信息，录入整理定点测厚数据，录入整理腐蚀失效案例库等。建立设备和工艺管道基础信息库、腐蚀监测与检测数据库、腐蚀失效案例库、防腐蚀优化方案及风险检验策略知识库等，形成净化厂设备完整性数据库，如图1所示。

(2) 数据业务应用层是系统的核心层，将采集与录入的数据经过装置运行监控、设备档案管理、腐蚀监测与检测、腐蚀案例统计、介质化验分析及风险检验业务功能模块的梳理、统计、分析或逻辑计算后，进行H2S腐蚀规律预测和基于风险的检验，各模块逻辑关系如图2所示。

(3) 信息决策与展示层是采集与录入的数据经过梳理、统计、分析或逻辑计算，进行H2S腐蚀规律预测和基于风险的检验后，形成设备管理策略，指导设备管理。同时，将形成的报表、图示及决策分析等信息在监控平台进行展示，从而实现净化厂基于腐蚀评估和风险检验的设备管理。

2 系统功能模块开发

在系统总体架构设计的基础上，8个业务模块的主要功能设计开发如下。

2.1 装置运行监控

对生产运行过程进行实时监控，包括：从净化厂实时数据库中采集关键工艺状态参数到关系数据库中，进行实时监控和综合展示；对具备实时数据采集的装置进行数据集成，并在装置总貌图中进行信息汇总和综合展示；在工艺流程图中显示定点测厚部位和在线腐蚀监测点等。

2.2 设备档案管理

设备档案管理为设备管理最基本的操作业务，涉及设备分类、设备基础信息维护、设备附件、设备编码、图形化等管理业务，包括动设备、静设备、电器仪表和工艺管道4类设备档案管理数据。设备台账界面具有查询、录入、导出和编辑功能。

动设备管理：主要包括机泵和风机。通过业务人员录入基础信息(设备编号、名称、制造厂、出厂日期、投用日期等)、技术参数(操作介质、操作温度等)和附件信息(设备结构图)实现对设备基础信息的维护。

静设备管理：主要包括塔器、反应器、换热器、空冷器、容器及加热炉。通过业务人员录入基础信息、技术参数和附件信息实现对设备基础信息的维护。

电器仪表管理：主要包括电动机、各种在线仪表等，通过业务人员录入基础信息、技术参数和附件信息实现对设备基础信息的维护。

工艺管道管理：按照工艺条件(如温度、压力、介质腐蚀性等)划分物流回路，对管道进行分类管理。通过业务人员录入基础信息、技术参数和附件信息(管道三维图)实现对管道信息的维护。

2.3 腐蚀监测与检测

腐蚀监测与检测包括腐蚀数据采集、腐蚀数据分析、腐蚀监测与检测周报及月报管理。

腐蚀数据采集：①在线腐蚀监测数据采集，通过数据采集接口方式进行，采集频率根据用户需求设置；②定点测厚数据采集，录入管道壁厚度，根据原始管道信息计算腐蚀速率。

腐蚀数据分析：①监测数据分析，实现对单探针不同时期、多探针一个时间段的对比分析等功能，系统中显示单个探针不同日期腐蚀速率、一组探针在一段时期内的平均腐蚀速率对比情况；②定点测厚数据分析，系统中显示每个测厚点在一段时期内管道壁厚变化趋势图。

腐蚀监测与检测周报、月报管理：以采集的数据为基础，通过Excel报表方式汇总统计出相应的腐蚀监测与检测周报和月报。主要内容：①数据部分，探针编号、监测位置、介质名称、相态、起始时间、终止时间、本周腐蚀损耗速率等参数；②数据来源，在线监测仪器和定点测厚的录入数据；③系统提供功能，提供数据的录入，从Excel表导入到系统、修改、查询、删除、打印、导出到Excel表、校验等功能；④处理要求，将采集到的数据分类汇总，统计分析。

2.4 腐蚀案例统计

包括数据采集和分析查询。

数据采集：采集内容包含腐蚀事件的经过、处理过程、原因分析、措施制定及责任人处理等信息；采集方式采用手工录入和Word文档附件相结合的方式。

分析查询：腐蚀案例数据可以按事故名称、时间查询展示。展示内容包括所有用户录入的信息并展示相应的事故附件。分析功能实现按照时间、装置等信息对腐蚀事件进行各种图形分析。

2.5 介质化验分析

从Lims系统采集数据，经过整理汇总生成相应分析报表并作图形展示。该模块主页中设有采样点分布图，涉及管道制图。

数据采集：采集范围包括腐蚀风险管理所需的实验室分析数据，采集频率根据数据分析要求由用户自定义设置。Lims数据通过开发相应Lims数据采集接口方式进行采集。

分析展示：Lims数据可以按检测点、时间区间段查询展示。展示的内容包括了从Lims系统采集的实验室分析数据。分析功能实现按照时间、检测点等信息对化验分析数据进行各种图形分析。同时，提供企业平面图，可浏览全厂所有Lims实验分析数据采样点位置。

2.6 风险检验管理

该模块通过B/S方式嵌入集成RBI软件的计算和展示功能，将风险数据集成到本系统中。RBI-ST分析软件服务于石化企业的设备检验管理，核心技术是风险管理技术和API的RBI技术，并结合设备完整性管理体系，符合企业的管理模式，具有以下几个突出的特点：RBI-ST提供了完整的RBI管理流程；完善的风险计算功能；与CAD无缝结合的兼容性；完整的失效案例库。

2.7 设备维护

包括规章制度、技术资料、防腐优化策略和风险检验策略4个子功能。

规章制度功能：包括全厂设备管理相关的规章制度文档资料。具有按规章制度名称查询展示功能和进行浏览、上传、下载、录入、修改、删除、查询、打印、原样输出等数据维护功能。

技术资料功能：包括各类生产和设备相关的技术资料文档，如装置设计、加工能力、实际加工能力等。具有按技术资料名称查询展示功能和进行浏览、上传、下载、录入、修改、删除、查询、打印、原样输出等数据维护功能。

防腐蚀策略功能：包括装置防腐蚀策略和优化措施。具有按预置的防腐策略关键字查询展示功能和进行浏览、上传、下载、录入、修改、删除、查询、打印、原样输出等数据维护功能。

风险检验策略功能：包括装置风险检验策略。具有按预置的关键字查询展示功能和进行浏览、上传、下载、录入、修改、删除、查询、打印、原样输出等数据维护功能。

2.8 系统管理

用户管理：用户划分为系统管理员、风险评估员和普通用户3个等级。系统管理员级别和权限：权重设置、用户管理、数据操作、数据库的备份与恢复、数据表的导入导出、风险评价、腐蚀评价、决策维护；风险评估员级别和权限：数据操作、风险评价、腐蚀评价、决策维护、数据表的导出；普通用户级别和权限：评价结果浏览、数据查询。

数据管理：数据导入、数据库的备份与恢复。

文件上传：实现维护管理策略、通知公告等文件上传维护功能。

3 系统的初步应用

经过详细方案设计、原型设计、系统开发、系统安装、调试、培训、试运行及测试验收，高含硫天然气净化厂设备腐蚀与安全维护系统已经成功上线运行，部分软件界面如图3所示。

该软件系统通过从企业实时数据库中采集设备实时运行状态参数，通过客户端人工录入整理设备台帐、图纸、资料、检维修等动态信息以及其他模块的数据，利用软件风险检验模块进行装置RBI风险检验，风险排序，并制定风险管理策略；通过从Lims系统采集腐蚀介质化验分析数据，从在线腐蚀监测数据库采集腐蚀监测数据，通过客户端人工录入整理定点测厚数据，整理腐蚀失效案例库，利用软件化验分析模块、腐蚀监测与检测模块、腐蚀失效案例模块进行介质腐蚀性、工艺防腐、腐蚀监测与检测等防腐措施的有效性评价，预测H2S腐蚀发展趋势，制定防腐蚀策略。同时，随数据的更新，实施再次风险检验和腐蚀评价，及时修订风险管理策略和防腐蚀策略，形成闭环管理，结合其他管理制度、技术资料，实现高含硫天然气净化厂设备专业化技术管理。

目前该系统运行稳定、应用效果良好。例如，腐蚀监测与检测模块统计分析表明，腐蚀波动严重的部位依次是二级硫冷凝器入口、急冷水泵出口、酸性水汽提塔顶。开工初期操作波动，在线监测腐蚀速率超出允许值好几倍，装置运行平稳后腐蚀速率降低。所以，装置频繁开停工是主要影响因素；事故案例模块统计分析表明：导致事故发生的主要因素依次是腐蚀、硫化亚铁自燃、施工缺陷。主要腐蚀类型有贫富胺液环境腐蚀、液硫和硫磺环境腐蚀、H2S及硫酸露点腐蚀。主要腐蚀部位有脱硫单元胺液系统换热器、硫磺回收单元液硫及硫磺冷凝器和脱气管线、尾气处理单元的尾气加氢后冷器和急冷水塔底抽出管线、硫磺储存和运输系统等。总之，该软件系统实现了预期设计目标，并且随着以后数据的不断积累，软件分析功能将会充分地展现出来。

4 结 语

(1) 综上所述，高含硫天然气净化厂腐蚀与安全维护系统的设计理念是正确、可行的，综合应用腐蚀评价和风险检验技术，及时掌握H2S腐蚀和风险等级状况，并适时修订防腐蚀策略和风险管理策略，从技术层面对净化厂设备进行有效的专业化管理。

(2) 该系统的应用效果明显，预测腐蚀规律与机理，确定风险大小与部位，使得高含硫天然气净化厂的危害处于可控之中。

(3) 该系统的应用前景广阔，随着设备完整性数据的不断积累，该系统将会发挥更大的专业化管理作用。

[1] 杜志敏. 国外高含硫气藏开发经验与启示[J]. 天然气工业, 2006, 26(12): 35-37.

[2] 张强, 陈文, 杨梦薇, 等. 高酸性气田腐蚀监测技术研究[J]. 石油与天然气化工, 2012, 41(1): 62-65.

[3] 刘坤, 何娜, 王尧, 等. 高含硫气田开发安全评价技术探讨[J]. 石油与天然气化工, 2013, 42(4): 416-420.

[4] 边云燕, 向波, 彭磊, 等. 高含硫气田开发现状及面临的挑战[J]. 天然气与石油, 2007, 25(5): 3-7.

[5] 袁青, 刘音, 毕研霞, 等. 油气田开发中CO2腐蚀机理及防腐方法研究进展[J]. 天然气与石油, 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

中国石油化工股份有限公司科研项目“普光高含硫净化厂腐蚀控制技术研究”(311032)。

许述剑(1971-),男,博士, 高级工程师，现就职于中国石化青岛安全工程研究院,从事材料腐蚀与防护相关研究工作。E-mail：xsjws1@163.com

TE986

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.04.019

2016-10-12；

2017-01-06；编辑：钟国利