油气管道腐蚀在线实时监测系统

油气管道腐蚀在线实时监测系统
摘要：近些年，管道泄漏事故频繁发生，不仅损失油气和污染环境，还有可能带来重大的人身伤亡。

为保障管道安全运行和将泄漏事故造成的危害减少到最小，需要研究泄漏检测技术以获得更高的泄漏检测灵敏度和更准确的泄漏点定位精度。

文章对在线腐蚀监测技术方法进行介绍与分析，结合油气管道的特点，提出油气管道腐蚀在线实时监测系统的构建与实施，为油气管道腐蚀防护控制提供参考。

关键词：腐蚀在线腐蚀监测技术腐蚀监测系统
油气管道运输中管道损坏导致的泄漏事故不仅浪费了石油和天然气，还造成了由于维修所带来的材料和人力上的浪费、停工停产造成的损失，甚至还可能因腐蚀引起火灾。

特别是天然气管道腐蚀引起的爆炸，威胁人身安全，污染环境，后果极其有严重。

因此，作好管道腐蚀监测工作有很重要。

引起油气管道的内外腐蚀的因素包括：输送介质的水、硫化氢、二氧化碳、无机盐的含量，输送介质的流动和冲刷，输送的压力和介质温度，土壤的含盐量、含水量和温度等等，这些因素造成油气管道存在多种腐蚀现象，如均匀腐蚀、点蚀、应力作用下的局部腐蚀（应力腐蚀开裂、氢损伤、磨损腐蚀）等。

一、油气管道腐蚀机理
油气管道，特别是长输管道所选用的管材常为碳钢或合金钢，一般情况下，管道腐蚀是一种电化学腐蚀过程，在电解质中，作为阳极的金属溶解，同时放出电子，而这些电子又被阴极过程所吸收，这样导致金属不断溶解。

电化学腐蚀过程如下：
阳极反应：Fe–2e→Fe2+（氧化反应）
阴极反应：H++e→H或2H2O+O2+4e→4OH- （还原反应）
电子的定向转移，产生腐蚀电流，加速了金属的溶解，因此对腐蚀的监测主要是根据金属腐蚀情况、电位、电流及电阻的变化等因素推导计算出金属腐蚀的速率等参数，从而直观的显示出金属的保护状态。

二、国内外腐蚀在线监测技术研究现状
目前主要测量方法有：现场挂片法、电阻法、电化学法及电感法。

1.现场挂片法
将一定材质和规格的试片，暴露在腐蚀环境中某个特定的时间周后对试片的质量变化进行测量和计算，并对试片表面进行检查的一种方法。

腐蚀试片法是腐
蚀监测中最基本的方法之一，虽然是较为传统的方法，但被认为是腐蚀的最可信证据。

腐蚀试片法采取重量法——增重法和失重法，根据试片腐蚀的前后重量变化来计算腐蚀试片法测试的腐蚀速率是监测周期内的平均腐蚀速率，最常见的方法，通过测量已知时期内金属试样的失重或增重得到腐蚀信息。

根据试样的质量变化测出平均腐蚀速率。

计算方法：CR=W×1000×365/A×T×D
其中CR表示平均腐蚀速率（mm/a）；W表示腐蚀失重（g）；A表示试样暴露面积（mm2）；T表示暴露天数（d）；D表示金属试样的密度（g/cm2）。

现场挂片法可用于任何环境中，当腐蚀速度稳定时最适用；它可以指出腐蚀的类型；使用技术要求不高，且费用中等；缺点是挂片的处理、装取较烦，测试周期长，对腐蚀状态变化的反应速度慢，挂片也不能完全等同于油气管道及设备本身。

2.电阻法
常称为可自动测量的挂片法，测定金属腐蚀速度是根据金属试样由于腐蚀作用使横截面积减小，从而导致电阻增大的原理。

金属横截面积与电阻的关系如下：
R=e·L/A
式中R表示电阻；e表示金属的电阻系数；A表示金属横截面积。

利用该原理国内外已经研制出较多的电阻探针用于监测设备的腐蚀情况，是研究设备腐蚀的一种有效工具。

它既能在液相（电解质或非电解质）中测定，也能在气相中测定，能准确地反映出设备运行各阶段的腐蚀率及其变化。

3.电化学法
电化学测量方法是实现腐蚀速率实时监测有效方法之一。

但以往所熟悉的线性极化电阻法在理论上存在较大的误差，最大可以达到200%以上。

中科院曹楚南院士研究了根据极化区的极化曲线测定腐蚀电流的方法，开发出瞬时腐蚀速度测量仪，采用了弱极化理论而使得测量精确度有所提高。

4.电感法
通过测量金属试样腐蚀减薄所引起的磁通量的变化来直接测得金属试样的腐蚀深度，从而计算金属腐蚀速率的方法。

该方法比挂片发、电阻法的响应速度快，而且能适用于各种不同的介质，不受介质导电率的影响，能对金属腐蚀速率的变化作出快速反应。

实现腐蚀实时在线监测，首先需要有对腐蚀体系进行在线检测的探针和测试
仪，而合理选择测试方法显得尤为重要，一般是依据不同环境和腐蚀介质的不同进行选择，工艺介质通常采用挂片法、电阻法、电感法，土壤、水介质等强电解质环境下通常采用电化学方法。

在管道腐蚀监测方面，目前广泛采用的仍是挂片式腐蚀检测方法，虽简单直观，但检测周期较长，不便随时监测工作介质的腐蚀状况。

因此结合其他在线腐蚀监测方法，互补不足，对管线流体的腐蚀状态及流体性能进行全面在线监测和准确的度量，可以及时采取腐蚀控制措施预防腐蚀破坏事故的发生。

三、油气管道腐蚀在线实时监测的实施
1.站场腐蚀在线实时监测
站场腐蚀在线实时监测系统的建立：选择探头安装在油气管线上，由数据采集器采集与腐蚀速度有关的模拟信号，放大后转换成数字信号，并传送到监控室计算机。

通信接口是连接数据采集器和计算机的接口。

数据到达计算机后处理、显示、建立数据库（可直接进入DCS网和局域网络）。

通过多点实时在线监测，获得生产过程中管线各点腐蚀状况。

数据汇总到监控计算机后，根据反馈数据调整生产工艺控制腐蚀的进行等。

2.埋地管线腐蚀在线实时监测
结合管线阴极保护系统，辅助具有无线传送功能的阴极保护参量的实时监测系统，将管线的保护电位，整流器的输出电压、输出电流，牺牲阳极的输出电位，输出电流及土壤中的杂散电流的频率、幅值和交直流分量等所有数据通过无线网络上传到中央监控系统，进行综合分析，提供腐蚀极化曲线状态。

四、油气管道腐蚀在线实时监测应用的意义
1.能及时提供站场设备及管线的腐蚀速率，并可对其腐蚀状态进行评价，并对可能发生腐蚀失效的各种环境进行预警。

2.根据监测所得到的腐蚀速率，确定管线、设备的合理检修周期。

3.防止腐蚀所引起的泄露等事故的发生，从而减少对环境的污染。

4.有效地与腐蚀控制技术结合，能准确调整生产工艺及时地控制腐蚀的进行，如添加化学缓蚀剂等。

5.当埋地管线周围有电气化高铁轨道等时，可监测轨道交通产生的杂散电流对埋地油气管道阴极保护的影响，为管线的腐蚀控制提供有力支持。

五、结论
随着油气管线向着长距离、大口径、高压力、后壁化发展，管道腐蚀监测
与腐蚀防治一样，是管道腐蚀控制技术中不可忽略的重要环节。

单一腐蚀参数的监测难以满足腐蚀控制的更高要求，而各种在线腐蚀监测技术与计算机技术相结合建立腐蚀在线实时监测网，就能将数据的采集、处理、分析、预测及反馈命令一体化，从而实现油气管道腐蚀状态的全面实时监测，尤其对于城市输油气管网及偏远复杂环境下的长输管道腐蚀状态相关情况的安全监控具有重要意义。

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