ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ КОРРОЗИОННОГО ИЗНОСА ГАЗОКОНДЕНСАТОПРОВОДА ПО ДАННЫМ ОБРАЗЦОВ-СВИДЕТЕЛЕЙ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается задача количественной оценки скорости коррозионного износа газоконденсатопроводов по результатам контроля образцов-свидетелей. Предложен порядок обработки первичных измерений, включающий фиксацию массы образца до и после экспозиции, определение продолжительности нахождения образца в контролируемой зоне и преобразование полученной потери массы в скорость утонения металлической стенки. В отличие от подхода, при котором в информационной системе сохраняется только итоговый показатель, предлагается хранить исходные измерения вместе с условиями их получения, что позволяет повторно проверить расчёт и использовать результаты для последующего прогнозирования. Рассмотрена процедура контроля корректности дат и исходных значений. Отдельно показано влияние неопределённости массы, площади поверхности образца и времени экспозиции на итоговую оценку. Методика ориентирована на промысловые газоконденсатопроводы и реализована в составе разработанного программного комплекса мониторинга. Для демонстрации расчётного алгоритма приведён внутренне согласованный численный пример. Полученные положения могут использоваться как исходная процедура формирования массива данных для регрессионного прогноза скорости коррозии и оценки остаточного ресурса.

Ключевые слова: газоконденсатопровод; коррозионный мониторинг; образец-свидетель; потеря массы; скорость коррозии; неопределённость измерений; автоматизированный расчёт; коррозионный износ; трубопровод.

Введение

Коррозионное повреждение металлических трубопроводов развивается под совместным действием состава транспортируемой среды, температуры, давления, содержания влаги и других факторов. Для газоконденсатных систем дополнительное значение имеют наличие жидкой фазы и изменение условий движения среды. Поэтому разовое измерение технического состояния не позволяет получить устойчивую характеристику процесса: для анализа необходим ряд наблюдений, сопоставимых по месту контроля и методике получения.

Одним из практических способов накопления такой информации являются образцы-свидетели. После установленного периода экспозиции образец извлекают, подготавливают к измерению и сравнивают его состояние с исходным. Потеря массы характеризует количество металла, удалённого в результате коррозионного воздействия за контролируемый интервал времени. ГОСТ 9.908-85 относит количественные показатели коррозии к основным характеристикам, используемым при исследованиях, испытаниях и оценке состояния металлических изделий [1]. Общие требования к организации коррозионных испытаний установлены ГОСТ Р 9.905-2007 [2].

Для программной системы принципиально важно не ограничиваться выдачей одного числа. Если исходные массы и даты не сохраняются, невозможно проверить происхождение рассчитанной скорости, сопоставить результаты разных периодов или выявить ошибочную запись. Поэтому целью работы является разработка и обоснование последовательности расчёта скорости коррозионного износа по данным образцов-свидетелей с сохранением исходных измерений и учётом неопределённости результата.

1. Исходные данные и организация коррозионного мониторинга

В рассматриваемой задаче объектом контроля является участок промыслового газоконденсатопровода. Для каждого участка история мониторинга должна формироваться отдельно. Такой принцип принят и в разработанном программном комплексе: база данных содержит сведения об участке трубопровода и связанные с ним результаты отдельных экспозиций образцов-свидетелей. Это исключает смешивание данных разных участков с различными условиями эксплуатации.

Минимальный набор исходных величин для одного расчётного события включает массу образца до установки m1, массу после извлечения m2, дату установки t1 и дату извлечения t2. Дополнительно должны быть известны площадь контролируемой поверхности S и плотность материала ρ. В программной реализации для расчётного образца используется площадь 5,0 см², а для стали принята плотность 7,85 г/см³. Эти параметры являются расчётными константами программного комплекса и не вводятся оператором при каждом измерении.

Таблица 1.

Исходные параметры для расчёта скорости коррозии

Последовательность наблюдения должна быть воспроизводимой: образец подготавливают и взвешивают перед установкой, фиксируют дату установки, выдерживают заданный период, после извлечения выполняют предусмотренную подготовку поверхности и повторное взвешивание. Такой подход позволяет отделить непосредственно измеряемые величины от расчётного показателя. ГОСТ Р 9.905-2007 устанавливает общие требования к образцам, аппаратуре и проведению коррозионных испытаний [2].

2. Расчёт скорости коррозионного износа

Первым расчётным шагом является определение убыли массы образца. В простейшем случае она определяется как разность массы до и после экспозиции:

Δm = m₁ − m₂                                                                                                   (1)

где Δm — потеря массы образца, г; m1 — масса до установки, г; m2 — масса после извлечения, г.

Продолжительность экспозиции в программном комплексе определяется по календарным датам. Разность дат сначала вычисляется в сутках, после чего переводится в часы:

t = 24 · (t₂ − t₁)                                                                                                   (2)

где t — продолжительность экспозиции, ч; t1 и t2 — даты установки и извлечения образца; 24 — число часов в сутках.

Для перехода от потери массы к скорости утонения металлической поверхности используется расчётная зависимость, реализованная в программном комплексе:

vₖ = (87600 · Δm) / (ρ · S · t)                                                                                        (3)

где vk — скорость коррозионного износа, мм/год; ρ — плотность материала, г/см³; S — площадь поверхности образца, см²; t — продолжительность экспозиции, ч; 87600 — коэффициент пересчёта единиц. Полученный показатель характеризует среднюю скорость утонения за рассматриваемый период.

Выбор показателя в виде скорости утонения удобен для дальнейшего анализа состояния трубопровода, поскольку результат непосредственно сопоставляется с изменением толщины стенки. При этом нельзя интерпретировать рассчитанную величину как мгновенную скорость коррозионного процесса: она является усреднённой характеристикой конкретного интервала экспозиции.

3. Контроль корректности исходных данных

Основным источником ошибок при практическом использовании методики являются не только измерительные операции, но и некорректная регистрация исходных данных. Например, отрицательная или нулевая продолжительность экспозиции делает расчёт физически бессмысленным. Поэтому программная реализация перед вычислением проверяет порядок дат и не допускает добавление записи, если дата извлечения не позднее даты установки.

Потеря массы также должна быть положительной для рассматриваемой схемы оценки коррозионного износа. Если m2 больше m1, это не следует автоматически трактовать как отрицательную коррозию: причиной может быть наличие неудалённых продуктов коррозии, отложений, загрязнений или ошибка взвешивания. В таком случае запись должна быть проверена специалистом, а не включаться в прогноз без анализа.

Дополнительным элементом контроля является фиксация участка трубопровода. В разработанной системе результаты мониторинга связаны с идентификатором конкретного участка. Это важно при наличии нескольких участков с одинаковым диаметром трубы, поскольку одинаковая геометрия не означает одинаковые условия коррозионного воздействия.

4. Оценка влияния неопределённости измерений

Результат расчёта зависит от нескольких измеряемых величин. Наиболее существенными для рассматриваемого алгоритма являются массы образца и продолжительность экспозиции. Площадь поверхности и плотность материала при использовании стандартизированного образца могут рассматриваться как заданные параметры. Для многократных прямых измерений методы обработки и оценки погрешностей регламентированы ГОСТ Р 8.736-2011 [3].

Для оценки чувствительности результата удобно рассматривать относительную форму распространения неопределённости. Поскольку скорость коррозии пропорциональна Δm и обратно пропорциональна произведению ρSt, увеличение неопределённости потери массы непосредственно отражается на итоговой скорости. В общем виде при независимых входных величинах можно использовать приближённую квадратичную модель:

uᵣ(vₖ) ≈ √[(u(Δm)/Δm)² + (u(ρ)/ρ)² + (u(S)/S)² + (u(t)/t)²]                                                                   (4)

где ur(vk) — относительная стандартная неопределённость скорости; u(Δm), u(ρ), u(S), u(t) — стандартные неопределённости соответствующих величин. Для практической системы эта зависимость важна прежде всего, как средство анализа чувствительности. При достаточно стабильных площади и плотности основная доля неопределённости может приходиться на определение потери массы и корректность фиксации времени экспозиции.

В разработанном программном обеспечении неопределённость не вводится оператором как произвольный параметр. Это сделано намеренно: ручной ввод дополнительной поправки создавал бы возможность субъективного изменения результата. Параметры, относящиеся к методике и измерительному оборудованию, должны задаваться централизованно и документироваться отдельно от пользовательского ввода.

5. Расчётный пример и программная реализация

Для проверки последовательности вычислений рассмотрим внутренне согласованный расчётный пример. Пусть образец имеет площадь 5,0 см² и изготовлен из стали плотностью 7,85 г/см³. Масса до установки составляет 125,000 г. При скорости коррозионного износа около 0,025 мм/год за период 180 суток соответствующая потеря массы по принятой зависимости составляет около 0,0484 г. Тогда масса после экспозиции равна приблизительно 124,9516 г. Этот пример является расчётной иллюстрацией алгоритма и не выдаётся за результат натурного производственного измерения.

Δm = 125,000 − 124,9516 = 0,0484 г                                                                                (5)

vₖ = (87600 · 0,0484) / (7,85 · 5,0 · 4320) ≈ 0,025 мм/год                                                                 (6)

Расчётный пример показывает, что программная процедура должна оперировать исходными величинами, а не только заранее введённой скоростью. В приложении исходные массы и даты поступают в расчётный модуль, после чего вычисленный результат записывается в таблицу мониторинга вместе с идентификатором участка.

В используемой программной реализации база данных SQLite разделяет сведения об участках и результаты мониторинга. Для участка сохраняются его наименование, типоразмер трубы, рабочее давление, исходная толщина и допустимая минимальная толщина. Для каждого события мониторинга сохраняются дата установки, дата извлечения, исходные массы и рассчитанная скорость коррозии. Такая структура обеспечивает трассируемость расчёта: по любой записи можно восстановить исходные данные, из которых получен показатель.

Таблица 2.

Последовательность автоматизированной обработки результатов мониторинга

6. Формирование массива данных для последующего прогнозирования

Отдельное значение скорости коррозии описывает только один интервал наблюдения. Для прогнозирования требуется накопленная последовательность результатов, относящихся к одному участку. Поэтому после расчёта показатель не должен заменять исходную запись, а должен дополнять её.

При накоплении наблюдений формируется временной ряд {tᵢ, vᵢ}, где tᵢ соответствует моменту окончания i-го интервала экспозиции, а vᵢ — рассчитанной средней скорости коррозионного износа. Именно этот массив в дальнейшем используется для регрессионного описания тенденции. В предыдущем этапе исследования для программного комплекса выбран полином второй степени, однако выбор модели должен выполняться только после проверки достаточности и качества исходных наблюдений.

Такое разделение этапов принципиально: образец-свидетель используется для получения измерительного показателя, а регрессионная модель — для описания его изменения во времени. Смешение этих функций приводит к методической ошибке, когда прогноз принимается за непосредственный результат измерения.

7. Обсуждение результатов

Предложенная схема обладает двумя практическими преимуществами. Во-первых, она сохраняет связь между результатом и первичными измерениями. Это повышает проверяемость расчётов при анализе спорных или резко отличающихся значений. Во-вторых, единая процедура преобразования массы и времени в скорость коррозии обеспечивает сопоставимость наблюдений, полученных в разные периоды.

При этом метод образцов-свидетелей не следует рассматривать как единственный источник информации о техническом состоянии трубопровода. Образец характеризует условия в месте его установки и за заданный период, поэтому локальные язвенные повреждения, особенности распределения потока и пространственная неоднородность коррозии требуют дополнительных методов контроля. Полученный показатель целесообразно использовать совместно с данными визуального, толщинометрического и иного диагностического контроля.

Для автоматизированной системы особенно важна единообразная обработка результатов. Если оператор самостоятельно вводит площадь образца, коэффициенты пересчёта или допустимую толщину, возрастает вероятность методической ошибки. Поэтому в разработанном подходе постоянные параметры расчёта и справочные значения отделены от полей, которые непосредственно заполняются по результатам очередной экспозиции.

Заключение

В работе сформирована последовательность определения скорости коррозионного износа газоконденсатопровода по данным образцов-свидетелей. В качестве первичной информации используются масса образца до и после экспозиции и календарные даты установки и извлечения. Показано, что для получения сопоставимых результатов необходимо контролировать не только формулу расчёта, но и корректность исходных данных, идентификацию участка и сохранение истории наблюдений.

Разработанный алгоритм реализует переход от потери массы к скорости утонения стенки и предусматривает контроль порядка дат и корректности входных величин. Рассмотрен подход к оценке неопределённости, позволяющий определить влияние погрешностей массы, площади, плотности и времени на итоговый показатель. Для дальнейшего развития системы полученные значения скорости коррозии формируют временной ряд, который может использоваться в регрессионной модели прогнозирования.

Практическая значимость результата заключается в том, что образец-свидетель становится не просто источником отдельного численного значения, а элементом воспроизводимой процедуры формирования данных для последующей оценки технического состояния и остаточного ресурса газоконденсатопровода.

Список литературы:

1. ГОСТ 9.908-85. Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости. — М.: Издательство стандартов, 1999.
2. ГОСТ Р 9.905-2007. Единая система защиты от коррозии и старения. Методы коррозионных испытаний. Общие требования. — М.: Стандартинформ, 2008.
3. ГОСТ Р 8.736-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. — М.: Стандартинформ, 2012.
4. Абдуллин И.Г., Давыдов С.Н., Худяков М.А., Кузнецов М.В. Коррозия нефтегазового и нефтегазопромыслового оборудования. — Уфа: Изд-во Уфимского нефтяного института, 1990. — 72 с.
5. Немов В.А. и др. Коррозия и защита металлов: учебное пособие. — Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2015. — 161 с.
6. Маслов В.В. Коррозия и защита металлов: учебное пособие. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006.
7. Медведева М.Л. Коррозия и защита оборудования при переработке нефти и газа. — М., 2005.
8. Тюсенков А.С. Коррозия и защита нефтегазового оборудования: электронное учебное издание. — Уфа: ИДПО УГНТУ, 2023.
9. ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения.