高含硫氣田FSM腐蝕監測系統的故障與處理

(中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司，四川 閬中 637400)

高含硫氣田一般具有高壓、高含硫化氫和高含二氧化碳等特征，具有較強的腐蝕性,同時高含硫化氫也使高含硫氣田開采具有極高的危險性。目前，高含硫氣田集輸管道大都埋于地下，致使其腐蝕檢測手段極其有限，監測成本也極高。FSM(電指紋監測技術)作為一個基于電導率的非侵入式的檢測技術，主要用于監測工藝管線及管段內部常規的和局限的腐蝕、磨蝕和裂紋。FSM主要安裝在高含硫氣田集輸管道的進出站管段，或者在極易發生腐蝕的低洼地段和介質流向發生改變的管段上。這樣，FSM腐蝕監測技術精度更高，成本更低，能夠實現對監測管段的實時監控，數據量大，分析界面簡單直觀，對于氣田的腐蝕管理和控制更有指導意義[1]。

在實際使用過程中，FSM腐蝕監測系統有時存在數據不能上傳、平均腐蝕速率波動等設備故障，影響FSM的正常運行，導致不能對高含硫氣田的集輸管道腐蝕情況實施有效監控。通過研究，找到了相應的處理措施，保證了系統的穩定運行，為高含硫氣田的防腐管理和腐蝕控制提供了數據支撐。

1 FSM的特性及系統組成

FSM技術主要是輸入一個可控的激勵電流通過金屬去建立一個唯一的電場圖形，產生的電壓可通過焊接在管壁的探針進行測量。在給定區域內的任何電導率的改變均將改變電場圖形或者電場強度，例如:均勻的金屬損失將增強電場強度；裂紋或者非均勻金屬損失將導致電場圖形 (強度) 改變。其具有較高的靈敏性，能夠實時反饋管壁的變化情況。通過采用FSM腐蝕監控技術可以節約大量費用，從而減少檢測成本[2]。FSM電場示意圖見圖1。

圖1 FSM電場示意

FSM腐蝕監測技術具有以下特點：(1)達到實際管壁厚度千分之一的靈敏度；(2)探測實際管壁的真實改變；(3)提供腐蝕機理信息；(4)監測相對大的區域及特殊的幾何區域(如焊縫等)[3]。

FSM主要由五部分組成：(1)從管壁到監測儀器的專用電纜；(2)用來測量電阻的探針矩陣；(3)電流源(輸入/輸出)；(4)用來讀取記錄數據信息的電子元件組；(5)用來解讀數據信息的專門軟件。

2 FSM的工作原理

FSM腐蝕監測技術主要采用歐姆定律。考慮FSM矩陣在管壁上的長度(L)和寬度(W), 是已知的常數。而電流(I)是已知的，并且通過FSM儀器可以調整控制。因此只有管壁厚度(T)和電壓降(ΔE)兩個可變變量。這就意味著隨著管壁的腐蝕 (壁厚減薄) 電壓降將上升 (FSM 讀取數據信息)，因此FSM 儀器可以監測焊接在管壁上的每一對探針間的腐蝕情況[4]。

3 存在的問題及處理措施

3.1 數據不能自動上傳

腐蝕監測設備監測到的數據實時傳到corrLog箱或者FSMLog箱中，Log箱中的數據通過Fieldbus到場站的FIU,再到MOXA串口服務器,最后到場站的電腦，通訊環節中任何一個設置不匹配都可能導致腐蝕監測系統無法收取監測數據。

3.1.1 corrLog箱中的時鐘出錯

腐蝕監測系統中的數據條時間由現場的corrLog隨著電壓值等原始數據上傳至PC服務器，PC與互聯網連接，采用全球時區時間，而corrLog箱則為自校準時間，當corrLog箱中的時鐘出錯后引起數據條時間與PC時間不一致時，數據條停止上傳，導致PC中無腐蝕監測原始數據。

解決方案：更改數據條接收存儲方式，采取PC對現場設備發出測量指令的同時校準現場corrLog箱時間，保證數據及時上傳至PC并保存。

3.1.2 通訊地址設置錯誤

場站內數據傳輸采用小型局域網，整體上采用“192”開頭的本地局域網，而場站到中控室則采用“10”開頭的辦公網，故障處理過程中，發現YBxx和YBxx-1兩個站的MOXA服務器IP地址占用辦公網IP地址，導致數據接收端與發送端查找出錯，出現中控室PC服務器無數據上傳現象。

解決方案：核查場站MOXA串口服務器IP地址與PC端IP地址，避免出現占用現象。

3.1.3 通訊軟件設置

每個FIU設置兩路數據測量與接收通道，當corrLog箱數據線接入FIU1的Loop1而系統設置為Loop2時，現場原始數據條將無法上傳至PC服務器，集氣總站電阻探針數據停止上傳即為此情況。

解決方案：核查場站FIU接入通道與系統設置。

3.1.4 無線電指紋無數據上傳

無線電指紋采用GSM卡通過APN專線上傳數據，每月通信公司定時向指定用戶充值，由于通信公司充值情況無法核查，故存在未及時充值現象。有時信號不佳導致當月數據積累在現場FSMLog箱中，下月月初重啟FSM時上月數據上傳而當月數據未上傳。還有每月流量不夠用現象，強制讀取數據或者植入命令均需消耗流量。以上這些最終導致無線電指紋出現數據停止上傳故障。

解決方案：修改充值方式，通信公司年初將本年度流量充值至用戶卡，保障每月數據及時上傳，年末時核查剩余流量，若存在不足則及時增補。

3.1.5 FIU mapper服務未運行

現場Log箱中的數據通過FIU串口單元上傳到機柜間的MOXA服務器，若FIU mapper服務文件丟失或停止運行，則數據無法正常上傳至服務器。正常運行情況下，腐蝕監測系統中有4個服務器均處于運行狀態。YBxx場站腐蝕監測數據停止上傳則是由于該系統中的FIU mapper服務器未運行。

解決方案：啟動FIU mapper服務器，若PC丟失該文件，則重新拷貝后啟動運行。

3.1.6 電源驅動模塊損壞

電源驅動模塊主要用于給電指紋現場的FSMLog箱中電池充電，當機柜PC處于休眠狀態時，電源模塊給主板提供4～5 V的電壓，而讀取數據進行通訊時則提供5.5 V左右的電壓，電源模塊損壞之后則無法給主板供電。

解決方案：更換電源驅動模塊，重新運行系統。

3.2 平均腐蝕速率波動

3.2.1 主板損壞

FSM主板安裝于現場的FSMLog箱中，負責測量和記錄原始數據，若主板出現故障，則原始數據失真，平均腐蝕速率發生波動失真[5]。

解決方案：更換主板。

3.2.2 兩塊測量板插入位置不匹配

FSM測量板有兩塊，線號1本應與線號2配對測量電壓，當出現線號1與線號3配對時，則出現平均腐蝕速率波動的現象。

解決方案：將測量板1與測量板2調整到正確的位置。

3.2.3 更換主板后系統參數未設置

FSM的主板用于測量場區域所在的原始電壓數據，每次更換主板之后均需重新做參考基準，以便系統數據處理。電指紋給出的平均腐蝕速率跟測量的原始電壓、參考電壓、基準、溫度補償以及原始壁厚有關，若更換主板后未及時將基準寫入主板，則得到的平均腐蝕速率將與前期趨勢不一致。

解決方案：更換主板后重新寫入基準值。

3.2.4 組態時基準選擇與運行工況不一致

FSM在初期設置時管道大多處于未投產狀態，其基準選擇值均是地表環境溫度，當投產后，管道受介質影響溫度較投產時有所變化，溫度過補償導致最終的平均腐蝕速率波動。

解決方案：待管道平穩運行后重新選擇參考基準值。

4 結論及建議

(1)FSM在高含硫氣田的使用過程中，能夠為生產提供有效的、高精度的基礎數據。

(2)FSM存在故障主要是由于現場操作人員對電指紋的結構、原理以及運作方式不夠了解，對專業設備排查與分析問題的能力有待進一步提升。可通過編寫相應的操作系統的規程，同時開展相應的培訓來提升問題辨識解決能力，實現該系統設備在高含硫氣田的穩定運行。

(3)FSM系統需要設置和注意的點很多，再者操作維護技能需要專業化程度高，因此還有進一步優化設計的空間。