Моделирование коррозионных процессов для информационной системы поддержки принятия решений в задачах защиты нефтепромысловых трубопроводов

Скачать 292.31 Kb.

Название	Моделирование коррозионных процессов для информационной системы поддержки принятия решений в задачах защиты нефтепромысловых трубопроводов
страница	2/3
Дата публикации	05.07.2013
Размер	292.31 Kb.
Тип	Автореферат

100-bal.ru > Математика > Автореферат

1 2 3

Для другого исследованного объекта (Ставропольский край) установлено, что значимые факторы близки или равны по своим показателям (весу) в двух исследуемых пробах воды НП№1 и НП№2. Соответственно, скорости коррозии образцов стали Ст.3 в фоновых средах без ингибиторов близки по своим значениям (НП№1 – 0,03 мм/год, НП№2 – 0,04 мм/год). Ингибиторы по-разному влияют на скорость коррозии при введении в минерализованную воду: ИК-1 практически полностью тормозит скорость коррозии (НП№1-0,02 мм/год, НП№2-0,01 мм/год), ИК-2 либо не влияет на скорость коррозии, либо ускоряет ее, т.е. является стимулятором (НП№1-0,45 мм/год, НП№2-0,04 мм/год). Этот эксперимент наглядно показывал как фактор агрессивности среды определяет эффективность действия конкретного ингибитора. При этом введение ингибиторов не меняет значимости и весомости влияния факторов на коррозионный процесс. Могут измениться показатели значений самих факторов, но не их вес и значимость.

Полученные результаты положены в основу проведения экспертной оценки агрессивности среды и необходимости ее ингибирования, на которой основывается разрабатываемая информационная система поддержки принятия решений в задачах коррозионной защиты, условно названная «Барьер-СО₂».

Проведено математическое планирование экспериментов, проверка воспроизводимости коррозионных опытов. С использованием метода полного факторного эксперимента получены линейные уравнения, связывающие V_кор стали и концентрацию вводимого ингибитора С, мг/л (статистическая математическая модель коррозии стали в присутствии ингибитора):

V_кор = 0,02 – 0,01С (гравиметрический метод); (1)

V_кор = 0,26 – 0,21С (метод поляризационного сопротивления). (2)

Определено, что коэффициент регрессии

незначим, поэтому соответствующий член (температура Т) исключен из уравнений.

Проведена обработка результатов коррозионных испытаний с использованием метода математической статистики.

Установлено, что процесс коррозии стали в фоновых средах и с ингибитором ИК-2 наилучшим образом описывает полиномиальная функция со степенью полинома n=2, имеющая вид: V_кор =b₁t²+b₂t+b₃, с ингибитором ИК-1 – со степенью полинома n=1, имеющая вид: V_кор =b₁t+b₂, где t – время, мин.

Рис. 1 – Вид полиномиальной функции, описывающей скорость коррозии стали в пластовой воде (фон, ИК-1, ИК-2)
В третьей главе описана разрабатываемая информационная система поддержки принятия решений в задачах коррозионной защиты («Барьер-СО₂»). Рассмотрено построение экспертных оценок агрессивности среды «вода» и расчета скорости коррозии и проведена проверка расчетных результатов с реальными скоростями на объекте. Разработаны математические модели расчета скорости коррозии стали в нефтепромысловой неингибированной водной среде с растворенным СО₂, осложненной солеотложением.

Проанализированы используемые математические модели расчета скорости коррозии стали. В основе коррозии лежит электрохимический механизм растворения (схематично представлен на рис. 2).

Рис. 2 – Упрощенная диаграмма поляризации
Общая скорость коррозии определяется скоростью катодного и анодного процессов. Скорости катодного и анодного процессов выражаются с помощью соотношений Тафеля (в предположении, что за счет градиентов концентрации участвующих ионов поляризация отсутствует):

, (3)

где F – константа Фарадея, величины α и β зависят от точки пересечения и формы поляризационных кривых, η_k и η_a – перенапряжения активации (отклонение потенциала от равновесного значения), i₀ – ток обмена (протекающий через единицу поверхности электрода в каждом направлении при обратимом потенциале, когда η=0).

В работах А.Н. Фрумкина, В.С. Багоцкого, 3.А. Иофа, Б.Н. Кабанова предлагаются следующие модели, описывающие скорость частных анодных и катодных процессов коррозии:

, (4)

где К₁и К₂ – константы скорости реакции, Ψ₁ – потенциал, приходящийся на диффузную часть двойного электрического слоя, n – валентность ионов металла,

– поляризация электрода,

– установившийся потенциал металла относительно среды,

– поверхностная активность или концентрация реагирующего вещества (HCO₃^-, H₃O⁺, Fe²⁺, Fe⁰, O₂ и др.), т.е. его активность или концентрация в слое жидкости на поверхности металла, R – газовая постоянная, Т – абсолютная температура.

Однако использовать их при прогнозе скорости коррозии в реальных системах затруднительно.

В промышленных системах применимы частные модели, позволяющие прогнозировать скорость коррозии стали по наиболее коррозионно-агрессивному компоненту (CO₂, Н₂S). Модель де Ваарда-Миллиамса (рост V_кор стали под действием растворенного CO₂):

, (5)

где V_кор – среднеповерхностная скорость потери массы металла в г/(м²ч) в условном пересчете на глубину коррозии, мм/год, Т – температура, °С,

- парциальное давление углекислого газа, МПа.

Модель М-506 NORSOK:

V_кор=K

f_CO2^0,62

(S/19)

f(pH)

, мм/год, (6)

где K

- постоянная для данной температуры, f_CO₂ – летучесть СО₂, бар, S – предельное касательное напряжение, Па, f(pH)

- фактор рН в зависимости от температуры.

Модель де Ваарда-Миллиамса ранее была преобразованна Маркиным А.Н. и Низамовым Р.Э. с учетом участия гидроксид-ионов, что привело к введению дополнительного, зависящего от рН, члена:

. (7)

Уравнение справедливо для условий: 10(МПа)<0,1; 85<НСО

(мг/л)<600, наиболее характерных для большинства промысловых систем на нефтяных месторождениях Западно-Сибирского мегабассейна.

Но наряду с процессом коррозии зачастую происходит параллельно протекающий и оказывающий значительное влияние на скорость коррозии стали процесс солеотложения (кальцита СаСО₃). Однако указанные модели это не учитывают.

Методом математического планирования эксперимента Маркиным А.Н. получено линейное уравнение, связывающее V_корстали и

в водной фазе, г/л:

V_кор=1,256+0,24((Са²⁺)-1,025) (8)

Однако уравнение справедливо для узкого диапазона факторов: 5,6<рН<6,8; 70<НСО

(мг/л)<160; 6,0<рН<6,9; 350<НСО

(мг/л)<620; 0,05<Са²⁺ (г/л)<2,00; 20
Преобразуем уравнение для исследуемого диапазона значений факторов. На отложения кальция влияют

в системе,

в воде и рН. Величину рН можно выразить через индекс насыщения

(Ланжелье) и величину водородного показателя раствора, находящегося в равновесии с СаСО₃, выпадающим в осадок, pHs:

(9)

Индекс насыщения раствора:

. (10)

В случаях растворов с концентрациями, большими 1

10^-4 моль/л, уравнение произведения растворимости СаСО₃ с учетом влияния ионных сил становится

_{, (11)}

_{где и}

_{- активности ионов, и}

_{- коэффициенты активности ионов, вычисляемые по уравнению Дебая-Хюккеля.}

_{Таким образом,}

. Принимаем, что система находится в состоянии равновесия и

(р - отрицательный десятичный логарифм величины, стоящей под этим знаком), где К₂ – константа диссоциации угольной кислоты по второй ступени.

Отсюда уравнение расчета скорости коррозии с учетом протекающего процесса солеотложения принимает вид:

, (12)

где

- коэффициент, учитывающий состояние рН системы при выпадении солей:

.

Предложенная скорректированная с учетом параллельно протекающего процесса солеотложения модель расчета скорости коррозии де Ваарда-Миллиамса рассматривает влияние ограниченного числа факторов среды на процессы коррозии и солеотложения. Применительно к промысловым объектам для учета большего количества значимых факторов предлагается другая модель расчета V_кор, формализованная следующим образом.

При анализе многофакторного объекта Y (коррозионная среда) выделены значимые факторы А_i, показатель веса каждого такого фактора g_i =1, т.к. он является значимым, в противном случае g_i =0. Каждому из них присвоен вес значения фактора w_i на основе экспертных данных, включающих результаты модельных экспериментов процесса коррозии, сопоставления их с результатами анализа сред и осадков и литературными данными. Это позволило преобразовать исходные данные, представленные в разных единицах измерения, в сопоставимые величины для оценки коррозионной агрессивности среды (табл.2).

Таблица 2 – Экспертная оценка коррозионной агрессивности среды (минерализованная вода)

V_кор, мм/год
Образцы из системы	Стандартные образцы стали Ст3
гравиметрический метод		метод поляризационного сопротивления
М1.1	2,7-3,2	0,6-0,9	0,4-0,8
М01	0,5-0,6	0,1-0,3	0,2-0,3
М03	1,5-1,8	0,2-0,5	0,2-0,5

Фактор А_i	Критерий	w_i	Оценка
Значение pH, ед	А_i ≥ 7	0,2	неагрессивная
Значение pH, ед	5,5 < А_i< 7	0,6	агрессивная
Общая минерализация М, г/л	А_i< 1	0,4	слабоагрессивная
	1 ≤ А_i≤ 70, 120< А_i ≤ 160	0,8	очень агрессивная
	70 <А_i ≤ 120, А_i> 160	1	чрезвычайно агрессивная
Концентрация Cl^-, г/л	А_i ≤ 10	0,4	слабоагрессивная
Концентрация Cl^-, г/л	А_i > 10	0,6	агрессивная
Содержание Н₂S, мг/л	0< А_i ≤ 15, А_i>150	0,6	агрессивная
Содержание Н₂S, мг/л	15 <А_i ≤ 150	1	чрезвычайно агрессивная
Содержание СО_2,мг/л	0< А_i≤ 50	0,2	неагрессивная
	50< А_i ≤ 200	0,4	слабоагрессивная
	200<А_i≤ 600	0,6	агрессивная
	А_i > 600	0,8	очень агрессивная
Содержание О₂, мг/л	0< А_i ≤ 0,7	0,2	неагрессивная
	0,7<А_i ≤ 2	0,4	слабоагрессивная
	2< А_i ≤ 6	0,6	агрессивная
	А_i>6	0,8	очень агрессивная
Содержание НCO₃^-, мг/л	0i≤50	0,2	неагрессивная
	50i≤400	0,6	агрессивная
	A_i>400	1	чрезвычайно агрессивная
Содержание CO₃^2-, мг/л	0i≤0,001	0,2	неагрессивная
	0,001i≤0,01	0,6	агрессивная
	A_i>0,01	1	чрезвычайно агрессивная
Температура Т, °С	20<А_i≤ 40	0,6	агрессивная
	40<А_i≤ 60	0,8	очень агрессивная
	60<А_i≤ 80	1	чрезвычайно агрессивная
Скорость потока V_потока, м/с	А_i <1	0,6	агрессивная
	1 ≤ А_i < 15	0,8	очень агрессивная
	А_i ≥ 15	1	чрезвычайно агрессивная

1 2 3

Похожие:

	Программа дисциплины «Экспертные системы и системы поддержки принятия решений» Тема Сравнительный анализ экспертных систем и систем поддержки принятия решений		1. Основные понятия и определения теории анализа и принятия решений... Вводные понятия теории анализа и принятия решений. Области применения. Лицо, принимающее решение (лпр). Альтернативы и критерии в...
	Учебное пособие по дисциплине «Математическое моделирование и теория принятия решений» Общие сведения и основные понятия математического моделирования и теории принятия решений		Инновационные парадигмы и технологии имитационного моделирования... В докладе рассматриваются методологические, инструментальные, практические аспекты применения имитационного моделирования, его инновационных...
	Принципы построения систем поддержки принятия решений для оценки... Объект внимания данной работы представляет собой систему поддержки принятия решений (сппр) для оценки функционального состояния лица...		Сегодня информацию рассматривают как один из основных ресурсов развития... Главное внимание уделяется рассмотрению информационных систем и технологий с позиций использования их возможностей для повышения...
	Нейронечеткая система поддержки принятия решений гостиничного комплекса Специальность 05. 13. 01 – "Системный анализ, управление и обработка информации (информационные и технические системы)"		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ...
	Система временного вывода для интеллектуальных систем поддержки принятия решений*		Дисциплина: Теория коррозионных процессов и методов защиты от коррозии Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Рабочая учебная программа теория принятия решений (дисциплина) для специальности Предметом изучения курса является процесс разработки и принятия управленческих решений на базе системной концепции и экономико-математических...		Программа по курсу: компютерные системы поддержки и принятия решений Трудоёмкость в зач ед.: базовая часть – 0 зач ед.; вариативная часть – 0 зач ед.; по выбору студента – 3 зач ед
	"Автоматизированная система поддержки принятия решений по оценке... ...		Модель оценки альтернатив управления слабоструктурированными динамическими ситуациями 1 Рассмотрена интегрированная нечеткая система поддержки принятия решений в слабоструктурированных динамических ситуациях, включающая...
	Программа «Методы принятия решений». Гу-вшэ, 2010 г. Министерство... Методы принятия решений для направления 010500. 62 "Прикладная математика и информатика" подготовки бакалавра		Модель принятия решения о внедрении erp системы на предприятии Предметом изучения курса является процесс разработки и принятия управленческих решений на базе системной концепции и экономико-математических...

Школьные материалы