近年來，石油和天然氣行業面臨著許多挑戰－－其中最重要的便是腐蝕控制和防腐所帶來的挑戰。美國擁有世界上最大的能源管網，超過240萬英里的管道穿越美國的山脈、森林、濕地和城市地帶。可以想象，持續且有效地監測如此龐大的網絡絕非易事。

油氣管道腐蝕成本及影響

美國腐蝕工程師協會（NACE）的一項研究表明，每年管道腐蝕給石油和天然氣行業造成的損失超過70億美元。此外，另據一份報告顯示，腐蝕被認為是引起石油和天然氣泄漏的第二大原因，大約有四分之一的泄露事故是由腐蝕所引起的。

這些驚人的統計數字明顯表明，石油和天然氣行業需要高效的腐蝕控制和防腐機制。

目前石油天然氣行業腐蝕監測技術的局限性

石油和天然氣行業內的管道公司因采用高科技泄漏檢測系統而聞名：其中包括空中掃描等，其目的是確保管網能安全且有效地運行。然而，用于識別油氣泄漏的先進技術卻通常不被用于腐蝕監測。

腐蝕檢查一般是依靠手動完成的。（目前正有一項研究針對陸上天然氣設施的非侵入性檢測。）雖然CCTV攝像系統和超聲波測試等主流技術在檢測腐蝕方面十分有效，但是檢測時必須有檢驗人員進行現場監督。保溫層下腐蝕（CUI）是另一種常見的管道缺陷，需要在去除保溫層后才能檢查腐蝕缺陷。對于大型管網而言，上述這些方法成本高且耗時。

為了克服傳統監測技術的缺點，石油和天然氣行業正在迅速運用創新型的智能技術，這些技術被統稱為物聯網（IoT）。它能夠實時監測設備狀況，同時改善現場通信，減少停機時間，同時確保檢查人員的人身安全。

什么是物聯網（IoT）?

物聯網（IoT）指的是將多個物理對象同互聯網相連，從而使它們能夠收集和共享數據。這是通過嵌入式電子傳感器（例如壓力傳感器、熱電偶等）、軟件及網絡連接來完成的。簡單來說，物聯網是一個框架，它能夠讓物理對象和遠程計算機系統借助現有網絡進行數據交換。

物聯網技術的興起主要歸功于廉價處理器和無線網絡的出現。這些組件幾乎能使任何物理對象成為智能設備。這也為操作增添了智能性，因為一旦系統安裝后便無需或只需少量人機交互傳達物理條件所發生的變化。

物聯網系統的自動化監測能力使物聯網系統成為了管道腐蝕持續監測的理想之選。

物聯網在石油和天然氣行業是如何被使用的

遠程傳感器和通過與管道相連的遠程傳感器及相關軟件能基于其收集到的實時數據提供可供執行的反饋信息。例如，集成到管網中的電子設備可被用于檢測資產狀態，無論管道正在被腐蝕而變薄（如器壁損失）的過程中還是即將發生泄漏和破裂。

物聯網傳感器通過幾種不同的機制進行工作，具體取決于需要監測的參數。最常見的一種傳感技術測量的是物體磁場的變化。在這種情況下，物聯網磁性傳感器與管道、工藝容器或儲罐直接相連，從而對擾亂鋼自然磁化的缺陷（例如腐蝕）進行識別。接著，這些被收集的數據會被自動傳輸到各個渠道，包括系統管理、事故報告及監督控制部門。

其他傳感技術也被用于分析設備的性能以及在不同外部條件下（包括天氣變化、pH值變化和結構荷載變化）設備的腐蝕狀況。

圖一 各類傳感器。圖中包括超聲波監測傳感器、甲烷氣體監測傳感器、一氧化碳監測傳感器及二氧化碳監測傳感器。

物聯網的使用為石油和天然氣行業腐蝕監測帶來的好處

正如上文所提到的，物聯網能夠對石油和天然氣行業中使用的設備（如管道、容器、罐區等）的腐蝕相關缺陷進行連續、實時和及準確的監測。從而能夠在早期階段發現故障，使維修工作和與之相關的停機時間縮至最短。更為重要的是，它能夠監測位于難檢區域和小范圍區域內的腐蝕狀況，例如腐蝕速率較快的彎頭和接合處。

物聯網傳感器在保護檢查人員人身安全和防止災難性事件發生方面也起到了至關重要的作用。這類傳感技術能將重要檢測數據通過無線的方式傳送到安全和遠程位置。工人們能在施工現場全面地觀察到管道狀況，不需要進入到危險環境中進行實際檢查。

另外，公司還可以對通過物聯網連接的系統進行編程處理，使其在發生故障時向其他設備發送警報和指令。例如，如果特定組件中的物聯網傳感器檢測到具有潛在危險的腐蝕損壞情況，它便會對其它設備發送信號，命令它們采取行動（如拉響警報、警告控制臺工作站、關閉相關閥門）以防止天然氣泄漏或產生不安全狀況。

通過收集管道完整性數據及運行狀況信息，石油或天然氣公司可以采取適當的維護策略來預測和預防一些腐蝕問題。此外，長期監測和完整性退化評估可有助于計算設備的壽命和剩余使用壽命。這對公司制定定期管道維護從而將對持續運行造成的影響降至最低十分重要。

結論

物聯網的使用為石油和天然氣行業的腐蝕檢測及監測帶來了變革。它提供了一個通用的解決方案，解決了與常規檢查相關的安全、性能和準確性的問題。

實時工場腐蝕監測還有助于提供相關數據，且通過預測性分析，這些數據可被用于及時部署預防措施。鑒于這些優點，能源行業中的許多公司正大力投資物聯網以用于腐蝕監測。

作者：克里斯托·納南（Krystal Nanan）

克里斯托（Krystal）目前擔任土木工程師和項目經理職位，持有建筑工程和管理碩士學位證書。她曾負責過重大基礎設施項目的項目管理及施工監督工作，并設計過多種基礎設施，包括車行道、人行道、交通安全設施和排水系統。克里斯托也曾在華盛頓特區交通研究委員會期刊中發表過著作。