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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
2017, Vol. 46 Issue (4): 98-102
2017, Vol. 46 Issue (4): 98-102