在線腐蝕監測系統在蒸餾裝置中的應用

曾 勇

(中國石油化工股份有限公司物資裝備部，北京 100728)

在線腐蝕監測系統在蒸餾裝置中的應用

曾 勇

(中國石油化工股份有限公司物資裝備部，北京 100728)

介紹了在線腐蝕監測系統在中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司一蒸餾裝置的建立情況，并結合實際應用情況，說明了該系統能夠為裝置提供腐蝕預警，指導工藝防腐蝕操作;可及時監測原油性質變化情況;腐蝕數據的積累分析可為企業檢修和制定設備材質升級提供科學依據。

蒸餾 腐蝕 電感探針 監測

中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司一蒸餾裝置(以下稱一蒸餾裝置)于1995年5月開工投產，設計加工能力為2.5 Mt/a，按低硫低酸石蠟基大慶原油設計，裝置主要設備、管道選材均為碳鋼。由于大慶原油資源短缺，2003年5月裝置進行混煉俄羅斯原油的改造;2006年6月又將裝置進行局部改造，將部分關鍵位置材質升級。改造后的裝置按設計能加工1.5 Mt/a俄羅斯原油和1 Mt/a大慶原油，但近年管輸大慶原油中逐步混入了約40%冀東含酸原油，進口原油硫含量也日趨增加。

蒸餾裝置是原油加工的第一道工序，原油性質的日趨劣質化一方面給蒸餾裝置的工藝操作、產品質量帶來了影響;另一方面也造成蒸餾裝置設備的腐蝕問題日趨嚴重。由于腐蝕導致設備損壞、管道腐蝕減薄和泄漏，給裝置安全生產和長周期平穩運行構成了嚴重威脅，也直接影響了下游各裝置生產運行，因此迫切需要圍繞蒸餾裝置的防腐蝕技術和措施開展研究工作。

1 在線腐蝕監測系統的建立

1.1 監測探針工作原理

根據蒸餾裝置的腐蝕特點，采用了高、低溫電感探針和pH計，對裝置不同工況進行了綜合監測。

1.1.1 電感探針測量原理

金屬材料在某一溫度下的電阻:

式中:ρ——電阻率 Ω·m;

L——材料長度m;

S——材料的截面積 m2;

R——電阻值，Ω。

電感探針是通過置于金屬/合金敏感元件周圍的線圈由于敏感元件腐蝕而引起的阻抗變化來測定腐蝕速率的。電磁感應測量原理圖見圖1。

圖1 電感探針測量原理示意

當交流信號加至線圈兩端時，在線圈周圍就會產生電磁場。而置于其中的金屬導磁材料就會影響磁場強度，間接影響線圈電感量⊿L。金屬試樣厚度及材質不同，對磁場強度影響也不同，帶來的線圈電感量⊿L也不同。所以，將金屬試片置于測試線圈所產生的磁場中，當金屬試片腐蝕減薄時，會影響測試線圈的等效電感及感抗，通過檢測電感變化量⊿ L，就可推算出金屬試片的腐蝕減薄量［1－2］。

1.1.2 pH 計測量原理

由兩個電極可組成一個測定pH值的工作電池，被稱為原電池。原電池是一個系統，它的作用是使化學反應能量轉成為電能。此電池的電壓被稱為電動勢(E)。pH值測量即是對pH電極在待測溶液中產生的電動勢的測量。此電動勢(E)由二個半電池構成，其中一個半電池為測量半電池，通常稱作測量電極，它一般是與測量溶液相通，它的電位與氫離子活度有關;另一個半電池為參比半電池，通常稱作參比電極，它的電位與被測溶液的氫離子活度無關。兩種金屬導體通過一種或幾種電解溶液彼此相連后，在金屬表面會發生電荷交換而形成電流電勢，pH值測量就是利用這個原理。pH計測量原理示意見圖2。當電極插入待測溶液后，由于待測液中的H+和電極液中的H+活度不同，在pH電極和參比電極之間就會產生一定的電勢，測量這個電勢，經過計算后即可得到待測溶液的 pH 值［3］。

圖2 pH計測量原理示意

1.2 在線腐蝕監測系統的簡要構成

根據電感探針的監測原理，研制開發了在線式電感探針監測技術，該技術主要包括:現場腐蝕數據采集器、腐蝕電感探針和數據遠程傳遞系統，該系統結構見圖3。

該系統主要是電感探針安裝在工藝管道上，通過腐蝕數據采集器采集與腐蝕速度有關的原始模擬信號，放大后轉換成數字信號，并傳送到監控室計算機。數據到達計算機后處理、顯示并建立數據庫。通過多點實時在線監測，獲得生產過程中各流程腐蝕狀況。

將多種探針監測數據整合到一起，監測數據可以到達裝置控制室的同一臺計算機終端，同時依托內部的局域網絡和互聯網平臺，建立覆蓋全廠的集數據存儲、檢索、報警為一體的在線腐蝕監測系統網絡，通過因特網的支持實現腐蝕數據的異地管理，使得各個部門能夠及時快速掌握裝置腐蝕信息，達到資源共享、信息互通，對提高防腐蝕工作有著重要的實踐意義。

圖3 腐蝕在線監測系統結構示意

1.3 腐蝕監測位置的確定原則

腐蝕監測位置的確定直接決定著腐蝕監測效果的好壞。由于影響煉油設備腐蝕的因素較多，腐蝕情況會經常發生變化，因此在選定有限的幾個監測點的前提下，為更好地反映蒸餾裝置設備腐蝕狀況，必須結合蒸餾裝置生產工藝流程特點，根據物料的性質、腐蝕介質的分布規律來合理地選擇監測點的位置。一般來說，對設備管道真正造成威脅的是局部腐蝕，因此要監測到設備管道腐蝕相對嚴重的部位。這些部位隨著設備管道工藝條件、材質和結構等的不同腐蝕程度相應也不同，通常需要注意以下幾個腐蝕嚴重的部位［4］:

(1)有油氣凝結的部位，尤其是凝結開始的部位，如常壓、減壓塔頂冷凝冷卻系統、空冷器出口及水冷器的出入口;

(2)設備管道高湍流區域，如管道的彎頭附近區域;

(3)高溫腐蝕嚴重的部位，如渣油線;

(4)事故發生頻繁的設備管道;

(5)下周期計劃備換的設備管道;

(6)在注劑前后或注劑后位置。

通過以上監測點的選取原則，2008年7月一蒸餾共安裝了13個點，包括6個低溫電感探針、4個高溫電感探針和3個pH計。

2 在線腐蝕監測系統的實際應用情況

2.1 為工藝防腐蝕操作提供指導

2008年8月10日，一蒸餾裝置在線監測正式投入運行。現場的6個低溫腐蝕測點主要是監測塔頂低溫腐蝕部位，可為注劑和工藝操作提供參考。系統剛投用時顯示常壓塔頂揮發線腐蝕速率達到0.7 mm/a，這與化驗結果一致，因為常頂含硫污水化驗分析Fe2+含量相對較高，后經過注劑優化調整，情況已大為好轉，11月初腐蝕速率降為0.038 mm/a，詳見圖 4。

圖4 常壓塔頂揮發線腐蝕曲線

從圖4可以看出，自2008年8月10日系統投用至10月份，常頂揮發線已累計腐蝕19 105 nm，腐蝕較大，而10月10日至11月7日腐蝕量僅為2 794 nm，腐蝕速率大為降低，這說明管道前期腐蝕較大，后經過緩蝕劑注入調整，腐蝕情況得到好轉。

2.2 監測原油性質變化情況

2009年8月中旬以來，一蒸餾進裝置的原油由于酸值較高，導致裝置高溫管道腐蝕嚴重，8月6日至9月15日以來一蒸餾進裝置原油酸值情況見表1。

表1 一蒸餾裝置原油酸值(2009年) mgKOH/g

從表1看出，整體進裝置原油酸值均較高，尤其是從2009年8月13日開始，進裝置原油酸值最高達0.69 mgKOH/g，8月27日酸值才有所下降。

原油中的酸對高溫管道腐蝕比較嚴重，其中減四線介質溫度為360℃左右屬于高溫管道，正處于環烷酸腐蝕最活躍的溫度范圍內。結合裝置中的原油性質變化情況，尤其是對高溫管道腐蝕明顯的酸值變化較大時，腐蝕在線監測系統反映出減四高溫管道的腐蝕情況見圖5。

圖5 一蒸餾減四線腐蝕速率(2009年)

從圖5腐蝕在線監測系統中可以觀察到顯示減四線(20號碳鋼)在2009年3月28日到8月13日，腐蝕速率為0.345 6 mm/a，速率上升平緩。

一蒸餾減四線從2009年8月13日以來一個月的腐蝕速率見圖6。從圖6很明顯看出，從8月13日進裝置原油酸值上升以來，腐蝕速率明顯上升。一蒸餾減四線(20號碳鋼)的腐蝕速率由原來的0.384 5 mm/a上升到0.806 6 mm/a，腐蝕速率提高約2倍。

圖6 一蒸餾減四線腐蝕速率(2009年)

2.3 為局部材質升級提供依據

現將同樣為高溫部位的減底渣油線腐蝕監測情況進行分析。

減底渣油線(原材質20號碳鋼)在以往檢修中就發現減薄嚴重，在2008年探針投用后發現腐蝕速率達到0.4 mm/a(比減四線腐蝕速率略大)，測厚發現最薄的地方僅為1.2mm，腐蝕情況非常嚴重，利用裝置間歇檢修將材質升級為Cr5Mo鋼，更換后Cr5Mo鋼抗腐蝕能力明顯好于20號碳鋼。一蒸餾減底渣油線(材質Cr5Mo)從2009年8月13日投用一個月以來的腐蝕速率見圖7。

圖7 一蒸餾減底渣油線腐蝕速率(2009年)

從圖7很明顯看出，從2009年8月13日進裝置原油酸值上升以來，腐蝕速率也明顯上升(腐蝕速率0.166 2 mm/a)，但大大低于20號碳鋼的減三管道腐蝕速率0.806 6 mm/a，可見Cr5Mo材質的管道抗腐蝕能力明顯強于20號碳鋼，材質升級很成功。

2.4 使用中存在的不足

(1)在線監測探針現場應用不規范:如個別高溫探針安裝在主管道上，但該管路沒有旁路，如果探針損壞，只能切除換熱器進行更換，這將影響裝置生產運行;個別pH值在線監測安裝在塔頂分液罐的出口位置，存在滯后現象，無法及時反映出腐蝕部位的pH值控制情況;

(2)對探針維護不夠:不能及時發現工作異常的探針，錯誤信息將影響裝置整體防腐蝕工作;

(3)未與定點測厚工作結合:在線腐蝕監測系統與定點測厚工作未緊密結合，數據采集不全面，對腐蝕趨勢有時把握不準，難以做出有效預測。

3 結論及建議

3.1 結論

(1)在線腐蝕監測可以給工藝防護措施的實施提供科學的依據，利于工藝防腐蝕進行及時有效的調整，控制腐蝕的發生。

(2)在線腐蝕監測可以在原油性質改變時提供及時、準確的腐蝕監測數據。

(3)有利于腐蝕數據的積累分析。根據監測數據，可以預測設備的使用壽命，為企業的長期腐蝕監測預警和重點裝置制定設備材質升級提供科學依據。

3.2 建議

(1)規范探針布點位置，加強探針監測的合理性:一方面要選取典型位置監測設備管道腐蝕情況，另一方面要便于探針檢修維護。

(2)加強對電感探針維護管理。如果探針工作異常，可用隨機提供的模擬探針做進一步檢驗和確定，如果對模擬探針的測試結果仍然顯示故障，則需要盡快與廠商聯系處理。

(3)加強定點測厚:建議在監測點附近進行定點測厚，測厚點現場要有明顯標識、有統一規范的編號，保證監測數值的準確性，為在線腐蝕監測提供參考數據。

［1］鄭秀紅.煉油廠蒸餾塔腐蝕在線監測系統的設計與實現［J］.佳木斯大學學報，2005，23(1):45-49.

［2］鄭立群，文海濤.煉油設備的腐蝕監測與檢測［J］.腐蝕科學與防護技術，2001，13(5):308-311.

［3］袁軍國.腐蝕監測技術在鎮海煉化公司的應用［J］.石油化工腐蝕與防護，2002.19(6):49-52.

［4］劉正來.腐蝕在線監測系統在常減壓裝置中的應用［J］.中國科技信息，2007(7):69-71.

Application of Online Corrosion Monitoring System in No.1 Crude Distillation Unit

Zeng Yong
SINOPEC Equipment Department(Beijing 100728)

The installation of online corrosion monitoring system in No.1 crude distillation unit in SINOPEC Yanshan Petrochemical Company is introduced.The application of this system can provide alarming of corrosion and guidelines for corrosion prevention and monitor the changes of crude oil properties in a timely manner.The collection and analysis of corrosion data will provide a good basis for planning the maintenance and upgrading the materials for equipment.

distillation，corrosion，electric induction probe，monitoring

TE988.2

A

1007－015X(2011)03－0047－04

2010－12－ 02;

2011－05－16。

曾勇(1978－)，男，畢業于北京化工大學，碩士研究生，工程師，長期從事于石油化工設備技術管理工作。E－mail:zengyong717@163.com

國內外動態