電場矩陣監測技術在煉化企業中的應用

萬澤貴,程前進,于曉鵬,楊永寬,鄭麗群

(1.沈陽中科韋爾腐蝕控制技術有限公司,遼寧 沈陽 110180；2.中國石化股份有限公司洛陽分公司,河南 洛陽 471012)

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電場矩陣監測技術在煉化企業中的應用

萬澤貴1,程前進2,于曉鵬2,楊永寬1,鄭麗群1

(1.沈陽中科韋爾腐蝕控制技術有限公司,遼寧 沈陽 110180；2.中國石化股份有限公司洛陽分公司,河南 洛陽 471012)

中國石化股份有限公司洛陽分公司閃蒸系統的硫設計值為0.5%(閃蒸塔為1.5%)，酸設計值為0.5 mgKOH/g。根據生產需要在閃蒸系統加工硫質量分數達2.1%的塔河混合原油。為了確保裝置的安全運行，分別對裝置的硫腐蝕和酸腐蝕進行了評估，并依據評估結果在腐蝕薄弱部位采用了電場矩陣在線監測技術和定點測厚相結合的方法進行腐蝕狀況的實時監測。應用結果表明，在腐蝕分析及腐蝕速率評估預測的指導下，采用超聲波定點測厚與電場矩陣技術，點與面相結合的監測形式，較好地解決了煉油廠腐蝕安全問題。

電場矩陣 腐蝕監測 閃蒸系統腐蝕

油氣管道腐蝕有均勻腐蝕、沖刷腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕和裂紋等，近年來，利用超聲波的反射原理測量金屬管道剩余測厚可以很快測量到均勻腐蝕減薄，基本解決了因均勻減薄引起的安全事故。點腐蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕成為設備管道安全大敵，如不能及時排除隱患，易造成安全事故。因此，對局部腐蝕監測研究顯得尤為重要。

中國石化股份有限公司洛陽分公司閃蒸系統一直加工低硫低酸原油，除閃蒸爐內管線使用1Cr5Mo外，其他各設備外部連接管線均為碳鋼，硫設計值質量分數為0.5%(閃蒸塔為1.5%)，酸設計值為0.5 mgKOH/g。根據生產需要，在閃蒸系統加工硫質量分數達2.1%的塔河混合原油,通過對閃蒸系統設備和管線硫腐蝕和酸腐蝕進行評估，預測出了裝置的腐蝕薄弱部位及腐蝕速率，提出了加工塔河高硫原油的防腐蝕策略。結合評估結果，分別設置了定點測厚和電場矩陣(FSM)監測點，確定了點和面相結合的監控模式，目的是實時監控裝置的腐蝕狀況，確保裝置的安全運行。

1 電場矩陣監測技術簡介

電場矩陣監測技術是一種以歐姆定律和電場分布為理論基礎，基于電位列陣的金屬設備、管道在線腐蝕監測的方法，在待檢測區域通入電流形成電場，然后測量區域內矩陣方式排列的電極兩端電壓的微小變化(用測得的電壓值與初始設定的測量值進行比較)來檢測由于腐蝕引起的金屬損失。隨著應用于監測沿海鋼套焊接區域裂紋的發生和發展，目前已經具有直接監測管道的腐蝕量/腐蝕速率、坑蝕、焊縫腐蝕、沖刷腐蝕、脆性裂紋的能力。監測區域大小和矩陣電極數量可以根據實際需要進行調整，管道、測量電極和參考試片在現場布置方式見圖1。

圖1 電場矩陣現場安裝照片

與傳統的腐蝕檢測方法相比較，電場矩陣監測技術有以下顯著優點：

(1)適用于管道彎頭、T型接頭等復雜幾何體以及高溫高壓部位的腐蝕監測;

(2)不僅可以監測均勻腐蝕減薄，還可以監測沖刷腐蝕、坑蝕、脆性裂紋等局部腐蝕;

(3)非開孔表面安裝，低功耗，可以實現電池供電、數據無線傳輸，施工安裝方便;

(4)電極僅作導電作用，不受力，可以采用焊接或捆綁免焊接方式，對管道無損;

(5)實現一個矩陣面的監測，敏感性高，能夠反映管壁發生腐蝕的真實狀況。

2 電場矩陣監測方案

通過腐蝕評估，在4個關鍵腐蝕流程部位設置電場矩陣監測，位置見表1，系統采用電池供電、無線傳輸方式安裝，數據實現遠程監控、網頁方式瀏覽。通過關鍵部位電場矩陣的面監測和超聲波測厚的點檢測相結合，在節約成本的同時，兼顧局部腐蝕等破壞因素，實現對管線的完整監控。

表1 電場矩陣測點位置

3 監測結果與分析

3.1 彎頭高溫腐蝕存在不均勻性

以閃蒸爐西出口彎頭監測數據為例(見圖2)，由圖2監測數據第1行、第2列可看出，從2016年6月5日起有明顯的減薄趨勢，至6月30日厚度值為6.47 mm，較月初6.54 mm減薄0.07 mm，減薄

圖2 第1行第2列和第2行第4列監測數據

量為1.0%，腐蝕速率為0.84 mm/a。其它矩陣組如第2行、第4列厚度變化緩慢，無明顯腐蝕，說明存在腐蝕不均勻現象。

3.2 腐蝕數據綜合分析

以塔底抽出管線監測數據為例(見圖3)，從圖3監測數據三維圖能夠看到矩陣高度不同，說明管線上厚度是不均勻的。結合各矩陣組的腐蝕趨勢曲線(見圖4)可看出，2016年3月到9月四個矩陣組監測的腐蝕發生過程，其腐蝕減薄分別為：0.52，0.49，0.33和0.32 mm。四個矩陣組監測的平均腐蝕速率為0.71 mm/a，該點測厚結果是0.66 mm/a，兩種檢測結果相對誤差為10%，說明電場矩陣監測的結果是比較可靠的。兩種監測手段相結合的結果同時表明,高含硫介質對高溫碳鋼管線的腐蝕比較嚴重的，符合以往的研究，與之前的腐蝕評估預測數據相吻合。

圖3 電場矩陣監測數據三維顯示

圖4 矩陣組腐蝕減薄監測數據

4 結論及建議

(1)事先做腐蝕機理分析及腐蝕速率評估預測，同時采用電場矩陣和超聲波定點測厚相結合的監測技術可以最大程度的監控并預防管線安全隱患。

(2)電場矩陣監測可以真實完整地反映管線監測區域的平均腐蝕速率、局部腐蝕及局部腐蝕位置。

(3)電場矩陣安裝方便，無需開孔及布線，電極成本低廉，管線更換后可以重新快速布置電極，值得推廣應用。

(編輯 寇岱清)

Application of Electric Field Matrix Monitoring Technology in SINOPEC Petrochemical Industry

WanZegui1,ChenQianjin2,YuXiaopeng2,YangYongkuan1,ZhengLiqun1

(1.ShenyangZKwellCorrosionControlTechnologyCo.,Ltd.,Shenyang110180,China;2.SINOPECLuoyangCompany,Luoyang471012,China)

Sulfur fortification value is 0.5% (1.5% in flash tower) and acid fortification value is 0.5 mgKOH/g in the flash system in SINOPEC Luoyang Company. Tahe mixed crude oil with sulfur mass fraction of 2.1% needed to be processed in the flash system due to production requirement. In order to ensure the safe operation of the device, sulfur corrosion and acid corrosion were evaluated respectively, and real-time monitoring of the positions subjecting to corrosion easily was carried out, based on the evaluation results, by combining the methods of electric field matrix online monitoring technology and the fixed-point thickness measurement method. The application results demonstrated that, under the guidance of corrosion flow analysis and corrosion rate prediction, the corrosion safety problem of refinery could be solved approximately by using the technologies of ultrasonic thickness measurement and electric field matrix, and the monitoring form of point-surface combination.

Electric field matrix, corrosion monitoring, corrosion in flash system

2016-11-07；修改稿收到日期：2017-01-20。

萬澤貴(1982-)，2003年畢業于沈陽理工大學金屬材料工程專業，目前主要從事腐蝕監測技術研究工作。E-mail：wanzegui@163.com