腐蝕在線監測技術在煉油裝置的應用

胡海蘭（蘭州石油化工公司研究院）

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腐蝕在線監測技術在煉油裝置的應用

胡海蘭（蘭州石油化工公司研究院）

如何對設備、管道進行有效的腐蝕監測，對預防和控制因腐蝕引發的泄漏事故至關重要，有助于提高我國石化行業的安全水平。腐蝕監測技術可分為離線檢測和在線監測兩大類，腐蝕在線監測技術集成電感探針、pH值探針、數據采集系統、監測管理軟件于一體，可實時在線監測設備腐蝕速率，指導工藝操作和設備管理。某石化公司通過應用該技術，更好的判斷出設備管線減薄處，及時、準確地了解設備運行情況，大大降低了由腐蝕引起事故的風險，取得較好的效果。

腐蝕在線監測電感探針pH值探針腐蝕速率

引言

腐蝕不僅會造成原料、成品的跑、冒、滴、漏，影響產品質量，污染環境，而且會引起設備爆炸、火災等事故。有關壓力容器的事故統計表明，由于腐蝕引發的石化企業安全事故占爆炸事故總數的2/3。

因此，在2014年7月停工檢修期間，某石化公司在Ⅰ套/Ⅱ套常減壓蒸餾裝置、Ⅰ套/Ⅱ套重油催化裂化裝置、烷基化及重整裝置安裝了腐蝕在線監測系統。

1　系統結構及功能

腐蝕監測軟件在整體系統設計中，采用流行的模塊式框架結構，實現BS結構在公司局域網內直接顯示pH值、腐蝕速率，以及歷史趨勢、報警值等參數，并同中石油煉化板塊腐蝕監測與管理系統完全兼容。

在線式腐蝕監測系統通過儀表總線技術和計算機技術，將電感探針腐蝕測量探頭、數據采集器、數據傳輸/電源屏蔽電纜和信號采集電纜、計算機和RS232-485轉換器等集成為一體（圖1）。探針安裝在管道或其它生產設備上，每條RS485儀表總線可以連接多個在線監測點，把數據采集器采集的RS485信號，放大轉換成RS232串口數字信號，通過串口線傳送到監控室計算機，實現一條RS485總線的在線腐蝕監測系統，多臺監控機可通過局域網連接成網絡系統，把各自監控器的數據統一上傳至數據服務器。由數據服務器對外發布數據，供各個應用終端使用。

1.1數據采集服務器功能

可采集電感探針及pH值探針的數據，并將數據上傳至數據庫服務器。在線腐蝕監測系統能實現與DCS的數據通訊。數據庫服務器負責接收、存儲、備份現場監測站上傳的數據，管理腐蝕監測數據庫，發布腐蝕監測數據。系統具備守候程序實時監控系統軟件運行狀態。系統滿足高安全性要求，不影響工廠內部的網絡安全性以及數據保密性。

1.2電感探針及采集器功能

采用電感探針對管線、設備的腐蝕狀況進行在線監測，了解高溫、低溫管線、設備的腐蝕趨勢；以考察不同材質在介質中的腐蝕情況，為設備、管線的材質更換提供最有力的依據，達到防腐和經濟性的統一；用裝在裝置上的電感探針對低溫和高溫緩蝕劑進行評價可以克服實驗室評價中無法模擬現場復雜腐蝕環境的缺點，對注劑效果的評價更客觀、更符合實際情況，對緩蝕劑的選用和注入量起重要的指導作用。

1.3pH值探針及采集器

pH值探針可實時采集系統pH數據，通過pH值數據采集器將數據上傳至數據采集服務器。

圖1　在線腐蝕監測系統拓撲圖

2　探針監測點選擇

2.1選擇原則

腐蝕的實質是化學或電化學反應，也遵循化學反應或電化學反應的動力學原理，腐蝕反應的發生、發展、程度受反應溫度、反應壓力、反應物濃度、流速和流態、流體相態、液相水的存在，以及擴散過程等反應參數、反應條件的影響［1］。因此探針監測點的選擇主要依據裝置設備腐蝕機理、工藝操作參數、介質相態是否發生變化及所在區域流體性質等條件來進行選擇。一般遵循以下原則：有水凝結的部位，尤其是露點部位；腐蝕介質被濃縮的部位；設備管道高湍流區域，如管道的彎頭等；高溫高壓腐蝕嚴重的部位；事故發生頻繁的設備管道；在注劑前或注劑后。

2.2探針類型選擇

在以油、氣等非電解質為主（溫度小于430℃、壓力小于40 MPa）的腐蝕環境中，既可選用電阻探針也可選用電感探針。電感探針具有靈敏度高、壽命長等特點，因此一般情況下，多選用電感探針。pH值探針僅適用于水體系環境中的pH值測定。

2.2.1電感探針

通過把專業設計的腐蝕探針放入到腐蝕環境內部，探針的測量試片部分采用與被測裝置相同或相關的材質制作。腐蝕介質造成測量試片的腐蝕減薄，使測量試片的電阻值發生變化，對傳感器測量試片施加交流感應信號，通過測量腐蝕減薄所引起的交流感應信號的變化，計算得到腐蝕減薄量。與掛片類似，是以測量金屬腐蝕損失為基礎，經過一個時間段的積累來測得管道的腐蝕減薄速率，但其測量精度遠高于掛片的精度，可達到納米級別。它反應的是一段時間內的腐蝕積累情況。并且將腐蝕量變成電子信號輸出，實現了實時在線監測，是目前使用比較廣泛的在線腐蝕監測方法。

2.2.2pH值探針

電位法測定溶液中氫離子的濃度，需要兩個電極組成一個測定pH的工作電池，被稱為原電池，如圖2所示，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。

圖2　pH值探針測量原理示意圖

2.3探針材質選擇

探針材質的確定主要依據是設備的材質和腐蝕測量的目的。如果監測目的主要用來指導緩蝕劑的使用，則探針材質應該大部分采用碳鋼，其腐蝕靈敏易于在短時間內獲得監測結果；如果選擇的監測點主要是監測腐蝕趨勢，跟蹤監測設備的腐蝕狀況，則探針材質應與設備的材質相同。

3　現場應用

該系統自2014年9月運行以來，腐蝕監測數據（表1）發揮了較好的作用，通過分析腐蝕速率監測數據，結合定點測厚數據及硫含量、氯含量、污水中鐵離子分析數據及pH值可以很好地了解設備的腐蝕情況，提前獲知腐蝕發生的確切部位，采取相應的防腐蝕措施，有效預防安全事故，延長設備使用壽命和裝置的運行周期。

3.1550×104t/a常減壓裝置

550×104t/a常減壓裝置常壓塔頂換熱器E-504出口總線在2014年12月18日前腐蝕曲線平穩，腐蝕速率為0.001 mm/a，腐蝕不明顯；18日后曲線出現大幅度上升，腐蝕速率為0.822 1 mm/a（大于0.25 mm/a的控制值），腐蝕嚴重，腐蝕曲線見圖3。經過與裝置設備管理人員溝通后，發現是常頂注劑泵故障導致的緩蝕劑注入量不足造成，在對注劑泵進行處理并提高注劑量后，腐蝕監測數據恢復正常。26日后曲線恢復平穩，腐蝕速率為0.005 mm/a。

表1　腐蝕在線監測系統監測點運行情況

圖3　550×104t/a常頂換熱器E-504出口腐蝕趨勢

3.2300×104t/a重催裝置

300×104t/a重催裝置分餾塔頂循集液槽下部塔器壁和分餾塔頂換熱器E-202出口兩處監測點腐蝕速率分別為3.943 5 mm/a（此處探針的選材為碳鋼，設備選材為0Cr13監測到的腐蝕數據大于設備的實際腐蝕速率，僅考慮腐蝕趨勢）和0.354 9 mm/a，見圖4，均大于0.250 mm/a，腐蝕損耗嚴重。由于此期間300×104t/a重催分餾塔進行了洗塔操作，洗塔水溶解了分餾塔壁的NH4Cl結晶鹽，造成系統介質中pH值降低，且流速很高有沖刷作用，最終導致腐蝕嚴重。

圖4　300×104t/a重催裝置分餾塔頂換熱器E-202出口腐蝕趨勢

4　結論

腐蝕在線監測系統通過對不同部位介質腐蝕速率及pH值的監測，可及時了解并掌握設備的腐蝕狀況，指導工藝防腐措施的落實，對設備腐蝕進行有效地控制和防護，從而達到控制設備腐蝕、科學有效管理設備的目的，使裝置在接近于設計的最佳條件下運轉，同時還可以提高設備的可靠性、連續性，延長運轉周期和縮短停車檢修時間。

［1］關實之.傅孝愿.高等無機化學［M］.北京：人民教育出版社，1985：269-271.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.010

2015-07-08）

胡海蘭，1991年畢業于石油大學（石油加工專業），從事腐蝕監測工作，E-mail：cnhhl@163.com，地址：蘭州市西固區清水街17號，730060。