Способ мониторинга углекислотной коррозии в промысловых газопроводах и устройство для его осуществления
METHOD FOR MONITORING CARBON-DIOXIDE CORROSION IN TRADE GAS PIPELINES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

2
Предлагаемое изобретение относится к области обеспечения безаварийной работы промысловых трубопроводов, транспортирующих сырой газ, и может быть использовано для мониторинга в них коррозии, развивающейся по углекислотному типу. Известен способ контроля коррозии внутри трубопроводов, точнее - в его донной части. Согласно данному способу цилиндрические образцы из углеродистой стали, собранные в кассеты по 10 штук, помещают в трубопровод, соприкасая с нижней его образующей. Между всеми образцами в кассете имеется надежный электрический контакт. Когда в трубопроводе происходит отделение воды в отдельную фазу, а кассета полностью находится в водном подслое, тогда все образцы в кассете имеют один и тот же стационарный электродный потенциал. Следовательно, с определенными допущениями такую кассету в сборе с электрохимической точки зрения можно считать одним «куском» металла. После экспозиции в трубопроводе (от 7 до 40 суток) скорость коррозии определяют по потере массы отдельно для каждого образца и находят среднюю скорость по кассете как среднее по всем образцам (см. Маркин А.Н., Низамов Р.Э. СО - коррозия нефтепромыслового оборудования. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ». - 2003. - 188 с, на стр. 48).
Недостатки способа: инерционность в обнаружении начала интенсивного коррозионного процесса и трудоемкость получения данных.
Из известных наиболее близким по технической сущности является способ мониторинга коррозии трубопровода, включающий измерения параметров среды посредством датчиков, размещенных в точках наблюдения в соответствии с картами замеров и скорости коррозии трубопровода, для измерения упомянутых параметров используют устройство мониторинга коррозии трубопровода, включающее первый модуль диагностики физического состояния трубопровода, предназначенный для расположения внутри трубопровода, и второй модуль диагностики физического состояния трубопровода, предназначенный для расположения вне трубопровода, блок сопряжения указанных модулей с промышленной сетью Ethernet, по меньшей мере, два канала измерения скорости коррозии, в каждом из которых имеются последовательно соединенные измеритель скорости коррозии, блок сопряжения и контроллер, который соединен с промышленной сетью Ethernet, пульт управления мониторингом коррозии трубопровода, сервер базы данных и сервер, преобразующий данные сети Ethernet в форму, понятную каждому упомянутому контроллеру, (см. патент RU 2459136, МПК F16L 58/00, G01N17/00. СПОСОБ МОНИТОРИНГА КОРРОЗИИ ТРУБОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ / Гончаров Валерий Александрович (RU)).
Данный способ принят за прототип. Недостатком способа, взятого за прототип, является отсутствие алгоритма анализа данных с датчиков, а также конструктивной адаптации их для реализации мониторинга коррозии, развивающейся по углекислотному типу.
Из патентной литературы известен «Измеритель поляризационного сопротивления» (ав. св. SU 960638, G01R 17/10, опубл. 23.09.82), содержащий двухэлектродный преобразователь. Данное устройство может быть использовано для определения скорости электрохимической коррозии металлов. Недостатками устройства являются: ограниченный объем измерительной информации и недостаточная функциональность для выполнения задач мониторинга.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому устройству является «Измеритель параметров коррозии» (патент RU 2225594 МПК 7 G01D 9/00, G01N 17/00, G01N 27/20; заявл. 21.04.2003; опубл. 10.03.2004), содержащий датчик-первичный преобразователь информативных величин в электрические сигналы, энергонезависимый модуль памяти и расположенные в корпусе источник питания, электрический соединитель, датчик температуры, блок предварительной обработки сигналов, выход которого соединен со входом многоканального аналого-цифрового преобразователя (МАЦП), включающего мультиплексор и АЦП, а также микропроцессор, включающий контроллер, оперативное запоминающее устройство и таймер реального времени, помещенные в корпус второй электрический соединитель, контроллер питания, клавиатура, жидкокристаллический дисплей, часы реального времени и нагревательный элемент, причем микропроцессор соединен соответствующими односторонними связями с блоком предварительной обработки сигналов, жидкокристаллическим дисплеем, а соответствующими двусторонними связями - с МАЦП, клавиатурой, часами реального времени, датчиком температуры, контроллером питания и первым электрическим соединителем, который своими информационными выходами подключен параллельно цифровым выходам МАЦП, второй электрический соединитель двусторонними связями подключен к блоку предварительной обработки сигналов, контроллер питания своими тремя управляющими выходами соответственно подключен к первому электрическому соединителю, нагревательному элементу и блоку предварительной обработки сигналов вместе с жидкокристаллическим дисплеем, источник питания подключен к соответствующим питающим входам датчика температуры, часов реального времени, МАЦП. микропроцессора, а также контроллера питания, энергонезависимый модуль памяти, подключенный двусторонними связями к первому электрическому соединителю, корпус с размещенными в нем функциональными блоками и элементами помещены в герметичный защитный бокс, снабженный третьим электрическим соединителем, входами соединенным через кабель с датчиком - первичным преобразователем информативных величин в электрические сигналы, а выходами через кабель, находящийся внутри бокса, со вторым электрическим соединителем.
Это устройство принято за прототип. Его недостатками также являются ограниченный объем получаемой измерительной информации и недостаточная функциональность для выполнения задач мониторинга.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к способу мониторинга углекислотной коррозии в промысловых газопроводах, заключающегося в том, что измерения параметров транспортируемой среды производится посредством датчиков скорости коррозии, реализующих метод электрического сопротивления и метод сопротивления линейной поляризации, причем, согласно изобретению в непосредственной близости друг от друга устанавливают три датчика скорости коррозии, измерительный зонд первого датчика, реализующего метод электрического сопротивления, располагают в центральной части газопровода, измерительный зонд второго аналогичного датчика и измерительный зонд датчика, реализующего метод сопротивления линейной поляризации, устанавливают заподлицо с нижней образующей газопровода, информационные выходы датчиков скорости коррозии подключают к системе телеметрии согласно их резидентным интерфейсам, при отсутствии коррозии по углекислотному типу два датчика, реализующие метод электрического сопротивления, будут иметь идентичные показания, а датчик, реализующий метод сопротивления линейной поляризации, будет индицировать нулевую скорость коррозии, при наличии интенсивной конденсации минерализованной воды и образовании потока по нижней образующей, датчик, реализующий метод сопротивления линейной поляризации, начнет давать показания скорости коррозии, отличные от нулевых значений и определенный уровень минерализации среды, датчик, реализующий метод электрического сопротивления и установленный заподлицо с нижней образующей газопровода, будет фиксировать значительное увеличение скорости коррозии в сравнении с предыдущими значениями и показаниями датчика, установленного в центре трубы, сочетание данных о минерализации среды и данных с датчиков скорости коррозии позволяет судить об интенсивности протекающей коррозии.
Настоящее изобретение также относится к измерителю параметров коррозии с оценкой минерализации среды, содержащему датчик - первичный преобразователь информативных величин в электрические сигналы, энергонезависимый модуль памяти и расположенные в корпусе источник питания, электрический соединитель, датчик температуры, блок предварительной обработки сигналов, выход которого соединен с входом многоканального аналого-цифрового преобразователя (МАЦП), включающего мультиплексор и АЦП, а также микропроцессор, включающий контроллер, оперативное запоминающее устройство и таймер реального времени, помещенные в корпус второй электрический соединитель, контроллер питания, клавиатура, жидкокристаллический дисплей, часы реального времени и нагревательный элемент, причем микропроцессор соединен соответствующими односторонними связями с блоком предварительной обработки сигналов, жидкокристаллическим дисплеем, а соответствующими двусторонними связями - с МАЦП, клавиатурой, часами реального времени, датчиком температуры, контроллером питания и первым электрическим соединителем, который своими информационными выходами подключен параллельно цифровым выходам МАЦП, второй электрический соединитель двусторонними связями подключен к блоку предварительной обработки сигналов, контроллер питания своими тремя управляющими выходами соответственно подключен к первому электрическому соединителю, нагревательному элементу и блоку предварительной обработки сигналов вместе с жидкокристаллическим дисплеем, источник питания подключен к соответствующим питающим входам датчика температуры, часов реального времени, МАЦП, микропроцессора, а также контроллера питания, энергонезависимый модуль памяти, подключенный двусторонними связями к первому электрическому соединителю, корпус с размещенными в нем функциональными блоками и элементами помещены в герметичный защитный бокс, снабженный третьим электрическим соединителем, входами соединенным через кабель с датчиком - первичным преобразователем информативных величин в электрические сигналы, а выходами через кабель, находящийся внутри бокса, со вторым электрическим соединителем, согласно изобретению дополнительно введены постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), интерфейс для связи с системой телеметрии, два электрических соединителя четвертый и пятый, причем микропроцессор соединен соответствующими односторонними связями с адресным входом и выходом данных ПЗУ, а с интерфейсом - соответствующими двусторонними связями, четвертый электрический соединитель соединен соответствующими двусторонними связями с интерфейсом и соответствующими двусторонними связями через пятый электрический соединитель и расположенный на стенке защитного бокса, с системой телеметрии, цепи питания интерфейса и ПЗУ подключены к источнику питания.
Заявляемый способ базируется на данном устройстве, выполняющем функцию датчика коррозии, реализующего метод сопротивления линейной поляризации.
Сочетание новых признаков с известными позволяет в предлагаемом изобретении решить поставленную техническую задачу:
- оперативного мониторинга коррозии промысловых газопроводов, протекающей по углекислотному типу.
Заявляемое изобретение поясняется описанием и чертежами, где на фиг 1 представлена структурная схема измерителя параметров коррозии с оценкой минерализации среды; на фиг. 2 - реализация способа мониторинга углекислотной коррозии в промысловых газопроводах; на фото (фиг. 3) представлены примеры коррозионных разрушений в нижней части промыслового газопровода.
На фиг. 1 и фиг. 2 обозначено следующее:
1 – датчик - первичный преобразователь информативных величин в электрический сигнал (зонд);
2 - кабель зонда;
3 - корпус;
4 - первый электрический соединитель;
5 - блок предварительной обработки сигналов;
6 - многоканальный аналого-цифровой преобразователь (МАЦП);
7 - мультиплексор;
8 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
9 - микропроцессор;
10 - контроллер;
11 - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
12 - таймер реального времени;
13 - источник питания;
14 - часы реального времени;
15 - датчик температуры;
16 - контроллер питания;
17 - клавиатура;
18 - жидкокристаллический дисплей;
19 - нагревательный элемент;
20 - второй электрический соединитель;
21 - энергонезависимый модуль памяти;
22 - герметичный защитный бокс;
23 - третий электрический соединитель;
24 - кабель в защитном боксе;
25 - постоянное запоминающее устройство;
26 - интерфейс для связи с системой телеметрии;
27 - четвертый электрический соединитель;
28 - пятый электрический соединитель;
29 - кабель в защитном боксе;
30 - участок промыслового газопровода, на котором устанавливаются зонды датчиков скорости коррозии;
31 - поток транспортируемой среды;
32 - зонд датчика скорости коррозии, реализующего метод электрического сопротивления (ЭС);
33 - зонд датчика скорости коррозии, реализующего метод (ЭС) и установленный заподлицо с нижней образующей газопровода;
34 - чувствительный элемент зонда 33;
35 - зонд датчика скорости коррозии, реализующего метод сопротивления линейной поляризации (СЛП);
36 - чувствительный элемент зонда 35;
37 - измерительный преобразователь датчика, реализующий метод ЭС;
38 - измерительный преобразователь датчика, реализующий метод ЭС;
39 - измерительный преобразователь датчика, реализующий метод СЛП;
40 - коммуникационная линия связи с системой телеметрии. Работа устройства
В основу принципа действия устройства положен метод линейной поляризации (синоним метод "поляризационного сопротивления"). Косвенные измерения скорости коррозии Vк получают путем измерения поляризационного сопротивления Rмп и реализации следующей вычислительной процедуры:
Vк = K ВаВк/S/(Ва+Вк)/Rмп,
где K, S, Ва, Вк - уставочные параметры, программируемые с клавиатуры под конкретные условия применения: материал электродов зонда, площадь их, параметры коррозионной среды.
Для двухэлектродного зонда, значение Rмп получают как сопротивление протеканию тока между ними (электродами) при наложении небольшого поляризующего напряжения (не более 20 мВ) за вычетом сопротивления анализируемой среды (электролита). Обычно информация о сопротивлении среды больше не востребована. В предлагаемом изобретении она используется для оценки минерализации среды, и, учитывая углекислотный механизм коррозии в промысловом газопроводе, представляет важную составляющую измерительной информации о течении коррозионного процесса. Функция измерительного канала минерализации среды реализуется на ПЗУ 25. Где на адресные входы поступает из микропроцессора 9 информация о сопротивлении среды, а из соответствующих ячеек данных ПЗУ снимается значение минерализации. Таким образом, ПЗУ 25 выступает в роли функционального преобразователя. В соответствующей технической литературе информация о функциональной зависимости: минерализация -удельная проводимость (или удельное сопротивление среды) широко представлено. Требуемую зависимость можно получить и в лабораторных условиях, моделируя условия предполагаемого объекта измерения. Необходимые данные в ПЗУ заносятся на этапе изготовления устройства. Базовая измерительная схема (без канала минерализации) реализована в серийных приборах: "Коррозиметре АкКорД LPR РАСТ.427678.401" и "Коррозиметре АкКорД LPR РАСТ.427678.402" (производства ООО НПП "СОНАР"), которые производятся с 2003 года.
Пример реализации способа представлен на фиг 2, где изображен фрагмент промыслового газопровода 30, через который проходит транспортируемый продукт 31. В центральной части газопровода установлен зонд 32 датчика, реализующего метод ЕС. Здесь наиболее приемлемая конфигурация чувствительного элемента зонда - цилиндрическая или ленточная. По нижней образующей, в непосредственной близи от зонда 32 устанавливается зонд 33 второго датчика, реализующего метод ЕС. Чувствительный элемент 34 его должен иметь плоскую конфигурацию - под установку заподлицо с нижней образующей. Зонд 35 датчика, реализующего метод СЛП, устанавливается рядом, также заподлицо. Предпочтительная конфигурация электродов 36 зонда - дисковая. В качестве измерительных преобразователей 37, 38 датчиков, реализующих реализующего метод ЕС, может быть применен "Microcor МТ-9485А" (продукция компании RCS, USA) или отечественный прибор "Коррозиметр АкКорД ER РАСТ.427678.407" (производится ООО НПП "СОНАР" с 2012 года). Оба прибора имеют резидентные интерфейсы физического уровня RS-485 и могут быть легко подключены к системе телеметрии через посредство линии 40. Функции измерительного преобразователя 39, реализующего метод СЛП, возлагаются на измеритель параметров коррозии с оценкой минерализации, представленный на фиг 1.
Способ осуществляется следующим образом. Если интенсивной конденсации воды и движения потоком (правильнее сказать - пленкой) ее по нижней образующей газопровода не происходит, то электроды 36 зонда 35 не покрываются проводящей средой, вследствие чего показания измерительного преобразователя 39, реализующего метод СЛП, будут нулевые. При изменении условий транспортирования газа, приводящих к интенсивной конденсации воды, электроды зонда 35 будут полностью покрыты минерализованной водой, и измерительный преобразователь 39 начнет регистрировать ненулевые значения скорости коррозии и минерализации среды. В это же время измерительный преобразователь 38, реализующий метод ЭС, зонд 33 которого располагается рядом с зондом 35, покажет значительное увеличение скорости коррозии по сравнению с предыдущими значениями и показаниями измерительного преобразователя 37, зонд 32 которого, расположен на оси газопровода. Использование двух методов СЛП и ЭС для измерения скорости коррозии в минерализованной воде позволяет верифицировать получаемые результаты - проверять их истинность, а сочетание получаемых значений минерализации воды и скоростей коррозии в различных точках (низ, середина) газопровода - прогнозировать характер развивающейся коррозии. На фиг 3 представлен вид коррозионных разрушений в нижней части газопровода, обусловленных течением минерализованной воды. При слабой минерализации проявления локальной коррозии заметны, но не катастрофичны (фиг 3, фото а и в). С ростом минерализации и длительности воздействия жидкой среды на газопровод, исход - сквозные язвы (фиг 3, фото б).
Если условия в газопроводе изменятся и вода перестанет образовывать сплошную пленку на нижней образующей его, то это будет видно не только по показаниям измерительного преобразователя 39, но и при сравнении результатов измерений двух измерительных преобразователей 37 и 38 - через некоторое время их показания должны стать близкими -то же самое - верификация.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает возможность оперативного мониторинга коррозии промысловых газопроводов, протекающей по углекислотному типу.