金屬材料分析技術在煉化裝置中的實際應用探究

余意

摘 要：在當下這個新興科技迅猛發展的時代，各個領域各個行業的發展都依賴新的科技，新技術可以帶來效益的提高，從而更大程度上催化生產的過程。本文以金屬材料光譜材質分析技術為例，全面介紹金屬材料分析技術在煉化裝置中的應用， 光譜材質分析技術是新興的設備完整性管理技術，在實際應用中可以配合硬度檢測等技術在煉化企業的實際生產中發揮重要作用。此外，本文將闡述金屬材料分析技術最新的發展情況，為將來進一步優化煉化裝置提供依據和保證。

關鍵詞：光譜材質分析；煉化裝置；實際應用；發展趨勢

1 簡介

金屬材料的分析方法有“定量”和“定性”兩種，本文中舉例介紹的光譜分析屬于前者，用于測定金屬材料中所含的合金元素的百分比含量或某一特定的合金元素的百分比含量。在目前的煉化企業的煉化生產中，最常用的是原子發射光譜分析和硬度測量技術，兩者通常配合進行。

2 光譜材質分析技術原理

2.1物理原理

金屬的最小單位原子，是原子核和繞核運動的電子組成的，原子核外的電子因能量不同形成不同的能級，故而原子核具有多種能級狀態。能量最低的是基態能級（E0=0），其余均為激發態能級，在激發態能級中能量最低的又稱為第一激發態。當基態原子獲得外界能量，且外界能量足夠使基態原子躍遷到另一高能級，則其就可以吸收這一特征波長的光，使外層電子躍遷到相應的激發態，從而產生原子吸收光譜。但我們知道，激發態電子是極其不穩定的，其經過幾秒后將返回基態或低能級，并將躍遷吸收的能量以光的形式釋放出去，以上這個過程就稱為原子發射光譜。原子吸收光譜是通過吸收一定的能量再釋放出去，通過這樣一個循環過程來形成特征譜線，金屬具有自己特定的特征譜線，通過光學系統，特征譜線進行分光色散等過程后根據譜線波長的大小差異形成連續光譜，最后通過計算機進行相應計算就可以確定各個金屬元素的百分含量。

2.2分析原理

待測元素的特征光譜被樣品蒸汽中的基態原子吸收，吸收后光譜強度減弱，根據減弱的程度可以計算相應金屬元素的百分含量。這種計算方式符合郎珀-比爾定律A= -lg I/I o= -lgT = KCL，在這個計算公式中，I為透射光強度，I0為發射光強度，T為透射比， L是不變值，故而可得A=KC。

3 金屬光譜分析在煉化裝置中的應用舉例

3.1 煉化設備重復使用的案例分析

1.2007年9月，沈陽某煉化企業對生產的煉化裝置罐體305材質進行光譜分析， 最后根據檢測結果得出該罐體是304不銹鋼材質， 故而認定可以重復使用。

2.2005年6月，天津某煉化企業對工廠車間的煉化罐體302材質進行光譜材質分析， 從結果得知罐體材質為不銹鋼304， 符合再次利用的標準【1】。

3.2 煉化裝置故障分析

2010年3月，某聚丙烯廠造粒機螺桿因常年露天導致腐蝕特別嚴重， 其正常運行受阻，故而對裝置進行停工檢修。為此，聚丙烯裝置的生產廠家提供了該設備的材料出廠證明，從證明文件，我們可以知道該裝置的材質為NHD4一M（日本鋼牌號標準）， 之后便將設備送去給專業人員檢測，通過專業的分析得知該材料的材質為Cr12MolVI，與廠家提供的證明差別，從而可以得知部分生產廠家具有售假行為，這也從一定程度上造成了后期設備運行故障，此類案例的發生為后期該類煉化企業進行裝置選材和優化檢修方案等流程提供了有力的數據支持【1】。

3.3 光譜分析的實際應用

煉化企業每年均會對各類煉化鋼材進行金屬元素成分分析，但效率和效果都很低，2005年光譜出現之后，經過光譜分析檢測得知供貨單位供應的合金鋼管件存在75%的不合格產品， 數據令人驚訝，與此同時，也為各大煉化企業挽回了巨額的經濟損失。因此，定期對煉化設備進行材質分析， 不僅能夠在技術上化被動為主動，實現從估計到準確監測的轉變，使監測人員能夠及時了解生產設備的材質變化和腐蝕程度，從而及時解決問題，為企業減少損失，降低成本，提高經濟效益。

4 金屬材料分析技術的發展趨勢

光譜分析法在煉化裝置中的應用非常廣泛，但是這種傳統方法具有一定的局限性，體現在數據、時效性等方面。隨著科技的不斷創新，很多新興的技術不斷涌現，這些新的技術方法有助于金屬分析技術的不斷提高，不僅可以給企業帶來更大的效益，還可以促進科技發展，更好得滿足人們日常生活的需要，推動我國生產加工以及制造業的發展和創新。下面將詳細介紹幾種新興的金屬分析技術。

4.1電感耦合等離子體質譜法

電感耦合等離子體質譜法是于二十世紀八十年代發展出來的一種高靈敏度的測試分析技術，這項技術改進了傳統檢測的技術靈敏度低的缺點，因此廣泛被應用于分析測試無機元素和同位素。它是用特殊的接口技術把電感耦合的高溫特點與質樸技術的靈敏特性的優點融合起來發展成為一種新型技術【2】。它可以根據金屬材料中的稀有金屬成分進行測試，其高靈敏性和簡單的譜線技術使得其成本大幅提高，但是也有相應的缺點，因此在實際的應用過程中也存在一定的局限性。

4.2 激光誘導等離子體光譜法

激光誘導等離子體光譜法是近幾年新興的分析技術，其分析裝備很簡易，操作也十分簡便，不需要大規模的高級培訓，這也為企業節省了不小的人員成本【3】。更加特色的是，在這個過程中，設備發射一次脈沖能同時測量多種元素，實現高精度高效益的在線分析，滿足當下現代工農業快速分析的需要，節約了時間，降低了成本，提高了效益。因為該項技術以上的各項優點，是它成為原子光譜分析技術陣營中的一顆明星。

4.3石墨爐原子吸收法

原子吸收是原子吸收能量躍遷到其他能級的過程，當有能量通過自由原子蒸氣，并且頻率足夠原子躍遷時，原子便可以從基態躍遷到較高能態，原子在這個過程中產生了共振吸收，而這種方法就是通過共振吸收量來定量分析各金屬成分的百分含量。石墨爐原子吸收法主要是將石墨材料加工成管或者是其他原子化器，利用金屬在密閉空間里發生原子化，然后通過電流加熱進行原子化吸收和分析，最終檢測出金屬成分的含量【2】。這個原子化的發生過程效率和靈敏度高，但也存在一定的劣勢，它的背景干擾大，制備樣品的時間長，成本也相對較高。

4.4 金屬材料分析方法的發展趨勢

隨著各項技術的進步和發展，煉化設備的金屬材料種類越來越復雜，這不僅對金屬材料分析技術的發展是一個挑戰，也是對操作環境，人員技術水平的考驗。傳統的分析方法因為靈敏度不高以及易受外界環境影響已經不能滿足各大煉化企業的需要，因此，必須在傳統方法的基礎上不斷創新和改進，使技術朝著更加快速、便捷、高精度的方向發展【3】。與此同時，我們也需要促進各項專業技術的交叉和融合，吸收各項技術的優勢，摒除劣勢，使金屬分析技術更具全面性和高效性。

5 結語

本文主要介紹了金屬分析的各項技術，既分析了傳統方法以及其在煉化裝置中的具體應用，也介紹了當下新興的幾種金屬分析技術以及該類技術的發展趨勢，這些技術主要用于檢測煉化裝置中金屬成分的百分含量，科學技術的應用不僅可以提高結果的精確性和準確性，還可以降低操作成本，為企業帶來更大效益。與此同時，也促進了金屬分析技術的創新發展，帶動了我國工業的發展。

參考文獻：

[1]徐建慶.金屬材料分析技術在煉化裝置中的實際應用[J].化工管理，2016（23）：163.

[2]趙黎鋒.各種金屬材料成分分析方法現狀與趨勢[J].科技創新導報，2012（05）：143.

[3]程美潔.金屬材料成分分析技術現狀及發展趨勢[J].資源節約與環保，2015（08）：20.