Принято, что определенный вес значения фактора wi соответствует категории агрессивности среды следующим образом: 0,2 – неагрессивная, 0,4 – слабоагрессивная, 0,6 – агрессивная, 0,8 – очень агрессивная, 1 – чрезвычайно агрессивная.
Факторы (Т,  , М,  ,  ,  , Vпотока), влияющие на интенсивность и скорость коррозионных разрушений, приняты условно независимыми друг от друга при определенных граничных условиях (отраженных в табл. 1). В связи с этим к оценке Vкор применена линейная факторная модель. Оценочная функция при этом имеет вид:
 ,  (13)
Эта функция положена в основу расчета прогнозируемой Vкор углеродистой стали, контактирующей с водной средой, по известным значениям факторов (табл. 2).
Рассматривая скорость коррозии как один из видов выхода продукта комплекса химических и электрохимических реакций, протекающих при коррозионном процессе, получаем следующее математическое выражение:
 , мм/год, (14)
где Vкор – скорость коррозии по результатам факторного анализа для среды, основу которой представляет минерализованная вода, мм/год, Vmax – максимальная измеренная на объекте (реальная), мм/год, F(Y) – оценочная функция.
Основываясь на критериальной оценке вклада каждого из факторов, в компьютерную программу заложен расчет максимально возможной скорости коррозии  (равномерной), исходя из агрессивности сред (14). По результатам рассчитанной скорости определяется категория агрессивности среды и выдается заключение о необходимости защитных мероприятий (в частности, ингибирование) в соответствии с данными, представленными в табл. 3.
Таблица 3 – Экспертная оценка агрессивности и заключение о необходимости ее ингибирования
Диапазон скоростей коррозии, мм/год
|
Диапазон скоростей коррозии, г/м2ч
|
Категория среды
|
Заключение о необходимости защитных мероприятий
(ингибирование)
|
0-0,127
|
0-0,112
|
неагрессивная
|
Отсутствие необходимости
|
0,127-0,254
|
0,112-0,225
|
слабоагрессивная
|
Контроль и по результатам профилактика
|
0,254-0,635
|
0,225-0,561
|
агрессивная
|
Обязательное. Эффективность средняя (Z 80%)
|
0,635-1,016
|
0,561-0,899
|
очень агрессивная
|
Обязательное. Эффективность выше средней (80% Z 90%)
|
более 1,016
|
более 0,899
|
чрезвычайно
агрессивная
|
Обязательное. Ингибиторы высокоэффективные
(Z 90%)
|
Помимо получения расчетного значения скорости коррозии в программу заложено определение типа коррозии стали в реальной среде по механизму коррозии, исходя из наличия в среде растворенного коррозионно-агрессивного газа СО2, непосредственно участвующего в катодном процессе и определяющего механизм процесса коррозии стали в целом.
Таким образом, разрабатываемая информационная система поддержки принятия решений в задачах коррозионной защиты («Барьер-СО2») позволяет:
рассчитать прогнозируемую максимально возможную скорость коррозии (равномерной) при определенной коррозионной агрессивности среды,
оценить категорию агрессивности среды,
оценить необходимость ингибирования среды на конкретном объекте,
выбрать оптимальный для данной среды ингибитор по 10 значимым признакам.
С учетом поставленных задач на базе предложенных модельных представлений разработан алгоритм расчета скорости коррозии и общий алгоритм работы системы «Барьер-СО2» в части решения задач 1-3 применительно к конкретным условиям (рис. 3).
При работе системы на первом этапе анализируются данные, представленные в соответствующей БД «Объект». Проводится вычисление оценочных функций F(Y), F(Y)max, F(Y)min и Vкор, далее в зависимости от числового значения Vкор в программе закладывается выбор экспертного заключения о категории агрессивности среды и необходимости ее ингибирования.
Разработано программное обеспечение, реализующее ввод исходных данных, алгоритмы решения задачи расчета прогнозируемой Vкор и вывод результата решения. Разработка проводилась средствами Eclipse SDK, с использованием СУБД Postgre SQL.
На втором этапе работы системы анализируются данные, представленные в соответствующей БД «Ингибиторы» по разработанному алгоритму (рис. 4). Производится выбор ингибитора по каскадной схеме: по назначению→по типу коррозии→по типу растворимости (по ключевым словам). Далее выбор по разработанному обобщенному критерию К:
К=C1+Z2+t3+4+E5+U6 (15)
Критерий получен с помощью применения балльной оценки (i – баллы, присваивающиеся значению показателя ингибитора) следующих составляющих: C – рабочей концентрации ингибитора, мг/л; Z – защитного эффекта, %; t – температуры замерзания, 0С; – вязкости, мм2/с; E – токсичности; U – устойчивости при длительном хранении к термолизу и окислению. В конце – вывод в виде списка ингибиторов из базы, рациональных для применения на конкретном объекте.
Как показывают данные проведенных расчетов, отклонение значений Vкор от экспериментальных составляет 15-20%. Таким образом, модель (12) и формализованная модель (14) позволяют удовлетворительно решить задачу расчета скорости коррозии по факторам агрессивности среды с учетом процесса солеотложения и применять их при прогнозировании скоростей на промыслах. Это позволит своевременно предупредить отказы на объектах, нередко связанные со значительными выбросами, материальными потерями, наносящими экономический и экологический ущерб.
Рис. 3 – Общий алгоритм системы «Барьер-СО2»
Рис. 4 – Алгоритм выбора рационального ингибитора по совокупности технологических характеристик
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:
Проведен комплексный факторный анализ влияния различных факторов среды и технологических на скорость коррозии углеродистой стали в водных минерализованных нефтепромысловых средах. Выявлены значимые факторы среды и технологические, определяющие скорость коррозии стали в неингибированной водной среде.
Проведены модельные эксперименты процесса коррозии, осложненного солеотложением, в ингибированных и неингибированных водных средах. Установлена закономерность изменения скорости коррозии углеродистых сталей в водных нефтепромысловых средах во времени и с изменением концентрации ингибитора.
Построены схемы экспертных оценок определения категории агрессивности среды, типа коррозии и необходимости ингибирования с использованием выведенных значений веса фактора g и веса значения каждого коррозионного фактора w.
Разработаны статистические математические модели, описывающие влияние концентрации ингибитора в минерализованной воде на скорость коррозии металла, позволяющие осуществить рациональный выбор технологии ингибирования.
Скорректирована математическая модель расчета скорости коррозии де Ваарда-Миллиамса с учетом параллельно протекающего процесса солеотложения, позволяющая повысить точность расчета. Прогноз по предлагаемой модели значительно ближе к реальным скоростям коррозии, наблюдаемым в минерализованной воде на нефтепромыслах. Разработана математическая модель расчета скоростей коррозии углеродистых сталей в нефтепромысловых водных средах, в том числе содержащих растворенный СО2, учитывающая физико-химические показатели среды и технологические параметры, позволяющая унифицировать и повысить точность расчетов прогнозных скоростей коррозии.
Выработаны научно-обоснованные рекомендации по построению баз данных сред по отдельным объектам и по ингибиторам коррозии. На базе предложенных модельных представлений разработаны алгоритмы работы информационной системы поддержки принятия решений в задачах коррозионной защиты нефтепромысловых трубопроводов, расчета скорости коррозии и выбора рационального ингибитора. Использование системы позволяет упростить расчет прогнозных скоростей коррозии на отдельных участках сложной технологической цепи промысловых трубопроводов, повысить качество и оперативность подготовки экспертных заключений при оценке коррозионной ситуации.
Проведена экспериментальная проверка разработанного формализованного подхода к оценке коррозионной агрессивности среды и расчета прогнозной скорости коррозии стали, подтвердившая адекватность и применимость предлагаемых моделей расчета.
Основные положения диссертационной работы отражены в следующих публикациях:
Шаламова Е.С. Экологическая оценка в России/ XXXIII НТК Гагаринские чтения. – М.: ИТЦ МАТИ, 2006, т.8, с. 42-43
Моисеева Л.С., Айсин А.Е., Углова Е.С. Применение метода регрессионного анализа при описании ингибирования коррозии углеродистой стали в оборотных циклах холодного водоснабжения ГПЗ/ Коррозия: материалы, защита, 2009, № 3 с. 14-19
Углова Е.С., Моисеева Л.С. Разработка автоматизированной вычислительной системы поддержки принятия решений в задачах коррозионной защиты («Барьер-СО2»)/ Известия Волгоградского технического университета, сер. Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах, 2009, № 6(54 ) с. 76-79 (Список ВАК)
Углова Е.С., Моисеева Л.С. Установление причин коррозии технологического участка в системе поддержания пластового давления нефтяного месторождения/ Коррозия: материалы, защита, 2009, № 10 с. 20 – 25
Моисеева Л.С., Углова Е.С. Автоматизированная вычислительная система поддержки принятия решений в задачах коррозионной защиты «Барьер-СО2»/ Нефтяное хозяйство, 2009, № 10 с. 112-113
Моисеева Л.С., Углова Е.С. Современный подход в решении задач защиты углекислотной коррозии путем применения автоматизированной вычислительной системы «Барьер-СО2»/ Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, 2009, № 10, с. 7-11
Углова Е.С., Моисеева Л.С. К вопросу о моделировании коррозионных процессов для информационной системы решения задач защиты нефтепромысловых трубопроводов «Барьер-СО2»/ Докл. Всероссийской научн.-техн. конф. «Современные проблемы экологии» – М.; Тула: Изд-во «Инновационные технологии», 2009, с. 32-35
Моисеева Л.С., Углова Е.С. Разработка программного продукта для системы информационной поддержки при проведении коррозионного мониторинга и ингибирования промысловых трубопроводов/ Сб. докл. III Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы противокоррозионной защиты» (PACP-2009) – М: «Газпром ВНИИГАЗ», 2009, с. 249-254
Пат. № 2010610655 РФ «Программный комплекс для модельного анализа коррозионной агрессивности среды и необходимости защиты трубопроводов»/ Углова Е.С., Моисеева Л.С., Ловянников П.Ю., заявитель и патентообладатель Углова Е.С., Моисеева Л.С., Ловянников П.Ю. - № 2009617476, 29.12.2009.
Углова Е.С., Моисеева Л.С. Математическая модель и информационная система поддержки принятия решений в задачах коррозионной защиты/ Информационные технологии, 2010, № 2 с. 74-76 (Список ВАК)
Углова Е.С., Моисеева Л.С. Выявление коррозионных проблем технологических участков в системе поддержания пластового давления нефтяного месторождения/ Коррозия: материалы, защита, 2010, № 4 с. 6 – 13
|
