在線腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在蒸餾裝置中的應(yīng)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(jiān)測(cè)系統(tǒng)在蒸餾裝置中的應(yīng)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(jiān)測(cè)系統(tǒng)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(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，說明了該系統(tǒng)能夠?yàn)檠b置提供腐蝕預(yù)警，指導(dǎo)工藝防腐蝕操作;可及時(shí)監(jiān)測(cè)原油性質(zhì)變化情況;腐蝕數(shù)據(jù)的積累分析可為企業(yè)檢修和制定設(shè)備材質(zhì)升級(jí)提供科學(xué)依據(jù)。

蒸餾 腐蝕 電感探針 監(jiān)測(cè)

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(chǎn)，設(shè)計(jì)加工能力為2.5 Mt/a，按低硫低酸石蠟基大慶原油設(shè)計(jì)，裝置主要設(shè)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(jìn)行混煉俄羅斯原油的改造;2006年6月又將裝置進(jìn)行局部改造，將部分關(guān)鍵位置材質(zhì)升級(jí)。改造后的裝置按設(shè)計(jì)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(jìn)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(zhì)的日趨劣質(zhì)化一方面給蒸餾裝置的工藝操作、產(chǎn)品質(zhì)量帶來了影響;另一方面也造成蒸餾裝置設(shè)備的腐蝕問題日趨嚴(yán)重。由于腐蝕導(dǎo)致設(shè)備損壞、管道腐蝕減薄和泄漏，給裝置安全生產(chǎn)和長周期平穩(wěn)運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，也直接影響了下游各裝置生產(chǎn)運(yùn)行，因此迫切需要圍繞蒸餾裝置的防腐蝕技術(shù)和措施開展研究工作。

1 在線腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立

1.1 監(jiān)測(cè)探針工作原理

根據(jù)蒸餾裝置的腐蝕特點(diǎn)，采用了高、低溫電感探針和pH計(jì)，對(duì)裝置不同工況進(jìn)行了綜合監(jiān)測(cè)。

1.1.1 電感探針測(cè)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(cè)定腐蝕速率的。電磁感應(yīng)測(cè)量原理圖見圖1。

圖1 電感探針測(cè)量原理示意

當(dāng)交流信號(hào)加至線圈兩端時(shí)，在線圈周圍就會(huì)產(chǎn)生電磁場。而置于其中的金屬導(dǎo)磁材料就會(huì)影響磁場強(qiáng)度，間接影響線圈電感量⊿L。金屬試樣厚度及材質(zhì)不同，對(duì)磁場強(qiáng)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(cè)試線圈所產(chǎn)生的磁場中，當(dāng)金屬試片腐蝕減薄時(shí)，會(huì)影響測(cè)試線圈的等效電感及感抗，通過檢測(cè)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(jì)測(cè)量原理

由兩個(gè)電極可組成一個(gè)測(cè)定pH值的工作電池，被稱為原電池。原電池是一個(gè)系統(tǒng)，它的作用是使化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)成為電能。此電池的電壓被稱為電動(dòng)勢(shì)(E)。pH值測(cè)量即是對(duì)pH電極在待測(cè)溶液中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量。此電動(dòng)勢(shì)(E)由二個(gè)半電池構(gòu)成，其中一個(gè)半電池為測(cè)量半電池，通常稱作測(cè)量電極，它一般是與測(cè)量溶液相通，它的電位與氫離子活度有關(guān);另一個(gè)半電池為參比半電池，通常稱作參比電極，它的電位與被測(cè)溶液的氫離子活度無關(guān)。兩種金屬導(dǎo)體通過一種或幾種電解溶液彼此相連后，在金屬表面會(huì)發(fā)生電荷交換而形成電流電勢(shì)，pH值測(cè)量就是利用這個(gè)原理。pH計(jì)測(cè)量原理示意見圖2。當(dāng)電極插入待測(cè)溶液后，由于待測(cè)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(huì)產(chǎn)生一定的電勢(shì)，測(cè)量這個(gè)電勢(shì)，經(jīng)過計(jì)算后即可得到待測(cè)溶液的 pH 值［3］。

圖2 pH計(jì)測(cè)量原理示意

1.2 在線腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的簡要構(gòu)成

根據(jù)電感探針的監(jiān)測(cè)原理，研制開發(fā)了在線式電感探針監(jiān)測(cè)技術(shù)，該技術(shù)主要包括:現(xiàn)場腐蝕數(shù)據(jù)采集器、腐蝕電感探針和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳遞系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。

該系統(tǒng)主要是電感探針安裝在工藝管道上，通過腐蝕數(shù)據(jù)采集器采集與腐蝕速度有關(guān)的原始模擬信號(hào)，放大后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳送到監(jiān)控室計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)到達(dá)計(jì)算機(jī)后處理、顯示并建立數(shù)據(jù)庫。通過多點(diǎn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，獲得生產(chǎn)過程中各流程腐蝕狀況。

將多種探針監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整合到一起，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以到達(dá)裝置控制室的同一臺(tái)計(jì)算機(jī)終端，同時(shí)依托內(nèi)部的局域網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，建立覆蓋全廠的集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索、報(bào)警為一體的在線腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，通過因特網(wǎng)的支持實(shí)現(xiàn)腐蝕數(shù)據(jù)的異地管理，使得各個(gè)部門能夠及時(shí)快速掌握裝置腐蝕信息，達(dá)到資源共享、信息互通，對(duì)提高防腐蝕工作有著重要的實(shí)踐意義。

圖3 腐蝕在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

1.3 腐蝕監(jiān)測(cè)位置的確定原則

腐蝕監(jiān)測(cè)位置的確定直接決定著腐蝕監(jiān)測(cè)效果的好壞。由于影響煉油設(shè)備腐蝕的因素較多，腐蝕情況會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化，因此在選定有限的幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的前提下，為更好地反映蒸餾裝置設(shè)備腐蝕狀況，必須結(jié)合蒸餾裝置生產(chǎn)工藝流程特點(diǎn)，根據(jù)物料的性質(zhì)、腐蝕介質(zhì)的分布規(guī)律來合理地選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置。一般來說，對(duì)設(shè)備管道真正造成威脅的是局部腐蝕，因此要監(jiān)測(cè)到設(shè)備管道腐蝕相對(duì)嚴(yán)重的部位。這些部位隨著設(shè)備管道工藝條件、材質(zhì)和結(jié)構(gòu)等的不同腐蝕程度相應(yīng)也不同，通常需要注意以下幾個(gè)腐蝕嚴(yán)重的部位［4］:

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

(2)設(shè)備管道高湍流區(qū)域，如管道的彎頭附近區(qū)域;

(3)高溫腐蝕嚴(yán)重的部位，如渣油線;

(4)事故發(fā)生頻繁的設(shè)備管道;

(5)下周期計(jì)劃備換的設(shè)備管道;

(6)在注劑前后或注劑后位置。

通過以上監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選取原則，2008年7月一蒸餾共安裝了13個(gè)點(diǎn)，包括6個(gè)低溫電感探針、4個(gè)高溫電感探針和3個(gè)pH計(jì)。

2 在線腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況

2.1 為工藝防腐蝕操作提供指導(dǎo)

2008年8月10日，一蒸餾裝置在線監(jiān)測(cè)正式投入運(yùn)行?，F(xiàn)場的6個(gè)低溫腐蝕測(cè)點(diǎn)主要是監(jiān)測(cè)塔頂?shù)蜏馗g部位，可為注劑和工藝操作提供參考。系統(tǒng)剛投用時(shí)顯示常壓塔頂揮發(fā)線腐蝕速率達(dá)到0.7 mm/a，這與化驗(yàn)結(jié)果一致，因?yàn)槌ｍ敽蛭鬯?yàn)分析Fe2+含量相對(duì)較高，后經(jīng)過注劑優(yōu)化調(diào)整，情況已大為好轉(zhuǎn)，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(fā)線腐蝕曲線

從圖4可以看出，自2008年8月10日系統(tǒng)投用至10月份，常頂揮發(fā)線已累計(jì)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(jīng)過緩蝕劑注入調(diào)整，腐蝕情況得到好轉(zhuǎn)。

2.2 監(jiān)測(cè)原油性質(zhì)變化情況

2009年8月中旬以來，一蒸餾進(jìn)裝置的原油由于酸值較高，導(dǎo)致裝置高溫管道腐蝕嚴(yán)重，8月6日至9月15日以來一蒸餾進(jìn)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(jìn)裝置原油酸值均較高，尤其是從2009年8月13日開始，進(jìn)裝置原油酸值最高達(dá)0.69 mgKOH/g，8月27日酸值才有所下降。

原油中的酸對(duì)高溫管道腐蝕比較嚴(yán)重，其中減四線介質(zhì)溫度為360℃左右屬于高溫管道，正處于環(huán)烷酸腐蝕最活躍的溫度范圍內(nèi)。結(jié)合裝置中的原油性質(zhì)變化情況，尤其是對(duì)高溫管道腐蝕明顯的酸值變化較大時(shí)，腐蝕在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)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(jiān)測(cè)系統(tǒng)中可以觀察到顯示減四線(20號(hào)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(gè)月的腐蝕速率見圖6。從圖6很明顯看出，從8月13日進(jìn)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(hào)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(zhì)升級(jí)提供依據(jù)

現(xiàn)將同樣為高溫部位的減底渣油線腐蝕監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行分析。

減底渣油線(原材質(zhì)20號(hào)碳鋼)在以往檢修中就發(fā)現(xiàn)減薄嚴(yán)重，在2008年探針投用后發(fā)現(xiàn)腐蝕速率達(dá)到0.4 mm/a(比減四線腐蝕速率略大)，測(cè)厚發(fā)現(xiàn)最薄的地方僅為1.2mm，腐蝕情況非常嚴(yán)重，利用裝置間歇檢修將材質(zhì)升級(jí)為Cr5Mo鋼，更換后Cr5Mo鋼抗腐蝕能力明顯好于20號(hào)碳鋼。一蒸餾減底渣油線(材質(zhì)Cr5Mo)從2009年8月13日投用一個(gè)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(jìn)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(hào)碳鋼的減三管道腐蝕速率0.806 6 mm/a，可見Cr5Mo材質(zhì)的管道抗腐蝕能力明顯強(qiáng)于20號(hào)碳鋼，材質(zhì)升級(jí)很成功。

2.4 使用中存在的不足

(1)在線監(jiān)測(cè)探針現(xiàn)場應(yīng)用不規(guī)范:如個(gè)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(jìn)行更換，這將影響裝置生產(chǎn)運(yùn)行;個(gè)別pH值在線監(jiān)測(cè)安裝在塔頂分液罐的出口位置，存在滯后現(xiàn)象，無法及時(shí)反映出腐蝕部位的pH值控制情況;

(2)對(duì)探針維護(hù)不夠:不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)工作異常的探針，錯(cuò)誤信息將影響裝置整體防腐蝕工作;

(3)未與定點(diǎn)測(cè)厚工作結(jié)合:在線腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與定點(diǎn)測(cè)厚工作未緊密結(jié)合，數(shù)據(jù)采集不全面，對(duì)腐蝕趨勢(shì)有時(shí)把握不準(zhǔn)，難以做出有效預(yù)測(cè)。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

(1)在線腐蝕監(jiān)測(cè)可以給工藝防護(hù)措施的實(shí)施提供科學(xué)的依據(jù)，利于工藝防腐蝕進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)整，控制腐蝕的發(fā)生。

(2)在線腐蝕監(jiān)測(cè)可以在原油性質(zhì)改變時(shí)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

(3)有利于腐蝕數(shù)據(jù)的積累分析。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以預(yù)測(cè)設(shè)備的使用壽命，為企業(yè)的長期腐蝕監(jiān)測(cè)預(yù)警和重點(diǎn)裝置制定設(shè)備材質(zhì)升級(jí)提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 建議

(1)規(guī)范探針布點(diǎn)位置，加強(qiáng)探針監(jiān)測(cè)的合理性:一方面要選取典型位置監(jiān)測(cè)設(shè)備管道腐蝕情況，另一方面要便于探針檢修維護(hù)。

(2)加強(qiáng)對(duì)電感探針維護(hù)管理。如果探針工作異常，可用隨機(jī)提供的模擬探針做進(jìn)一步檢驗(yàn)和確定，如果對(duì)模擬探針的測(cè)試結(jié)果仍然顯示故障，則需要盡快與廠商聯(lián)系處理。

(3)加強(qiáng)定點(diǎn)測(cè)厚:建議在監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)厚，測(cè)厚點(diǎn)現(xiàn)場要有明顯標(biāo)識(shí)、有統(tǒng)一規(guī)范的編號(hào)，保證監(jiān)測(cè)數(shù)值的準(zhǔn)確性，為在線腐蝕監(jiān)測(cè)提供參考數(shù)據(jù)。

［1］鄭秀紅.煉油廠蒸餾塔腐蝕在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，23(1):45-49.

［2］鄭立群，文海濤.煉油設(shè)備的腐蝕監(jiān)測(cè)與檢測(cè)［J］.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2001，13(5):308-311.

［3］袁軍國.腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在鎮(zhèn)海煉化公司的應(yīng)用［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2002.19(6):49-52.

［4］劉正來.腐蝕在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在常減壓裝置中的應(yīng)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(yè)于北京化工大學(xué)，碩士研究生，工程師，長期從事于石油化工設(shè)備技術(shù)管理工作。E－mail:zengyong717@163.com

國內(nèi)外動(dòng)態(tài)