腐蝕在線測厚技術在常減壓蒸餾裝置的應用

謝海兵,李家鵬,葛玉龍

(1.中海油寧波大榭石化有限公司,浙江 寧波 315812； 2.中海油東方石化有限公司，海南 東方 572600)

常減壓蒸餾是原油加工的第一步，為以后的二次加工提供了原料，所以常減壓蒸餾裝置的處理量也就是煉油廠的加工規模。因此，常減壓蒸餾裝置高效率的正常運行，對整個煉油廠的生產至關重要。

1 常減壓蒸餾裝置的腐蝕監測

加工含酸原油常減壓蒸餾裝置的主要腐蝕是塔頂腐蝕及高溫環烷酸腐蝕。一般常減壓蒸餾裝置使用在線腐蝕探針進行監測，腐蝕探針的監測點選在塔頂換熱器或空冷入口處及減四蠟油首組換熱器入口，根據腐蝕損耗曲線的變化進行助劑量的調整。精密電阻腐蝕探針在常頂換熱器E1205/1—2入口和E1212/1—3入口管線部位的監測情況見圖1和圖2。

常減壓蒸餾裝置常頂循環管線腐蝕一般比較嚴重，精密電阻腐蝕探針的數據可決定塔頂工藝防腐蝕助劑量，可以達到減緩腐蝕的目的。但是，由于精密電阻腐蝕探針需要插入管道內部與介質接觸才能得到有效數據，易損耗。對于腐蝕速率在0.5 mm/a以上的常頂循環管線來說，有效厚度只有0.75 mm的腐蝕探針工作一年左右就會消耗殆盡，需要在線更換新探針。由于閥門內漏須拆裝，因此，運用一種能夠直接測量、非侵入式的高精度監測技術已經成為裝置防腐蝕工作急切的現實需要。

圖1 常頂換熱器入口腐蝕損耗曲線

圖2 減四換熱器入口腐蝕損耗

2 Permasense在線測厚系統的技術原理

該高精度在線測厚系統的傳感器(探頭)安裝在現場各監測部位，數據通過無線網絡傳輸至網關，再通過企業局域網將數據傳輸至系統服務器的數據庫中進行存儲及分析，同時，局域網中所有電腦都可以對數據庫進行訪問。系統的原理示意見圖3。

圖3 Permasense在線測厚系統原理示意

2.1 硬耦合連接

該系統探頭用波導桿傳遞超聲波,波導桿與被測設備采用硬耦合方式，通過抱箍(見圖4)安裝在被測設備表面，通過抱箍上螺柱和螺母的配合將波導桿壓緊到被測設備表面，無需耦合劑，從而避免了高溫測厚耦合劑失效問題。通過抱箍方式安裝，避免在管道上焊接作業，降低了作業風險。抱箍安裝拆裝方便，還可以改變測量位置。

圖4 抱箍結構示意

抱箍安裝的傳感器(探頭)有如下特點：

(1)消除人工檢測帶來的多種誤差。包括每次測量位置偏差、使用不同設備帶來的差異和不同人員操作方法上的差異，進而實現更加準確的壁厚測量。

(2)可頻繁地進行壁厚測量。每一個傳感器的測量頻率均可隨時從桌面進行重新設置，實現實時傳輸、系統生成數據庫。

該在線監測技術成功應用在常減壓蒸餾裝置低溫油氣管線和高溫環烷酸腐蝕部位等，總共設置了5個測厚點，具體位置見表1。

表1 常減壓裝置在線測厚監測點位

2.2 波導桿設計

Permasense在線測厚系統采用波導桿設計，將超聲波傳感器與被測管線隔離(如圖5所示)，因此可在高溫(溫度最高可達600 ℃)、高壓、臨氫等危險環境下使用。

在高溫管線外壁，波導桿通過固定螺栓壓緊，超聲波的激發和接收裝置都設置在波導桿末端，與管道外壁通過管線外保溫以及隔熱片進行隔離，保證儀表可以在常溫區域工作，超聲波可以通過波導桿傳輸至管道并經過另一個波導桿傳輸回儀表。

圖5 波導桿適用溫度范圍及信號特征

2.3 無線傳輸設計

Permasense在線測厚系統采用無線傳輸技術，依據IEEE802.15.4標準協議，操作頻率2.4 GHz，乃全球免許可證頻段。網關和探頭之間以及探頭和探頭之間只要距離小于50 m就可以實現通訊，探頭作為數據采集終端的同時也作為數據傳輸中繼。無線傳輸方式避免了現場大量的電纜敷設工作，減少了檢修工作量同時也節約了布線成本,具體見圖6。

采集頻率為每12 h采集1個數據，與人工測厚相比，測量頻率大大提升，可以極大地提高在線測厚數據對設備的監控效果，降低安全風險。

探頭采用電池供電模式，在當前采集頻率下可支持3～4 a的供電，因此，基本實現了裝置運行周期內的免維護。

圖6 無線數據傳輸網絡

2.4 長壽命設計

Permasense在線測厚系統中的探針、網關和服務器等安裝調試運行正常之后，除探針所用電池5～6 a需更換新的之外，其他零部件免于維護，減少了現場直接作業環節，也減少了人工維護成本。

2.5 經濟和社會效益

與現有浸入式的腐蝕探針技術相比，Permasense在線測厚技術具有明顯的優勢。普通浸入式腐蝕探針為損耗品，在煉油裝置一個檢修周期內，一般需要更換一到兩次腐蝕探針，而且浸入式安裝的腐蝕探針，還需要開孔布線等工程施工、材料費和設計費用。因此，同比在煉油裝置的一個檢修周期內，一個腐蝕探針監測點的設備材料施工費、設計費用需8萬元至10萬元，而一個高溫在線測厚點不需要開孔布線安裝，無損耗品備件，無維護費，只需要一次性投入設備費用 3～4萬元，安裝簡易，免維護，可長壽命運行使用。另外，高溫在線測厚點可安裝在在線腐蝕監測探針難以安裝的部位，監測范圍更廣，可明顯節省投資和維護費用。

Permasense在線測厚技術克服浸入式監測探針施工風險大、監測數據不準確、維護不方便且成本較高的缺點，實現了對煉油企業管線厚度的不間斷準確監測，準確給出所監測管線的剩余厚度和腐蝕速率，為及時發現管線腐蝕減薄和避免企業發生泄漏著火、人身傷亡以及環保事故等提供了可靠解決方案；另外該技術有利于對管線做到預知維修，降低檢測人員勞動強度，使檢修計劃更科學合理。因此，Permasense高溫在線測厚技術的應用能產生巨大的社會效益。

2.6 Permasense在線測厚系統數據處理技術

常頂循塔壁抽出管線測厚數據見圖7。從圖7可以看出，2018年8月至11月管道壁厚的變化情況。通過對數據的放大，可以清楚地看到每12 h監測的壁厚數據(見圖8)。由圖8識別管線壁厚的細微變化，同時在圖譜下方列出了PSI?內部形態指示，表明測試時間內內表面較粗糙，局部腐蝕的趨勢明顯。

圖7 常頂循抽出管線測厚數據

圖8 常頂循抽出管線測厚數據

另外，通過對測厚數據表特定時間段內數據選取，可以計算出這段時間內的管道額腐蝕速率(見圖9)。

圖9 抽出管線特定時間段內腐蝕速率

3 結 語

在線測厚系統微米級的數據精度，為制定防腐策略、快速發現腐蝕問題提供基礎數據。其數據反應如此迅速、靈敏，可以和工藝變化快速地建立聯系，從而評估工藝調整、處理方案調整、原油加工量變化、助劑品種和劑量調整等對于裝置設備的影響。Permasense在線測厚系統高質量數據，使腐蝕管理人員實時掌握關鍵點腐蝕狀況，實現了從被動腐蝕防護到主動腐蝕控制的飛躍。為企業提升經濟效益，實現產能最大化、原油多樣化、優化工藝處理方案等提供基于數據科學決策的依據。