腐蝕在線監(jiān)測技術(shù)在煉油裝置的應(yīng)用

胡海蘭（蘭州石油化工公司研究院）

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腐蝕在線監(jiān)測技術(shù)在煉油裝置的應(yīng)用

胡海蘭（蘭州石油化工公司研究院）

如何對設(shè)備、管道進(jìn)行有效的腐蝕監(jiān)測，對預(yù)防和控制因腐蝕引發(fā)的泄漏事故至關(guān)重要，有助于提高我國石化行業(yè)的安全水平。腐蝕監(jiān)測技術(shù)可分為離線檢測和在線監(jiān)測兩大類，腐蝕在線監(jiān)測技術(shù)集成電感探針、pH值探針、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)測管理軟件于一體，可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測設(shè)備腐蝕速率，指導(dǎo)工藝操作和設(shè)備管理。某石化公司通過應(yīng)用該技術(shù)，更好的判斷出設(shè)備管線減薄處，及時(shí)、準(zhǔn)確地了解設(shè)備運(yùn)行情況，大大降低了由腐蝕引起事故的風(fēng)險(xiǎn)，取得較好的效果。

腐蝕在線監(jiān)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(chǎn)品質(zhì)量，污染環(huán)境，而且會引起設(shè)備爆炸、火災(zāi)等事故。有關(guān)壓力容器的事故統(tǒng)計(jì)表明，由于腐蝕引發(fā)的石化企業(yè)安全事故占爆炸事故總數(shù)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(jiān)測系統(tǒng)。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

腐蝕監(jiān)測軟件在整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用流行的模塊式框架結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)BS結(jié)構(gòu)在公司局域網(wǎng)內(nèi)直接顯示pH值、腐蝕速率，以及歷史趨勢、報(bào)警值等參數(shù)，并同中石油煉化板塊腐蝕監(jiān)測與管理系統(tǒng)完全兼容。

在線式腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)通過儀表總線技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，將電感探針腐蝕測量探頭、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸/電源屏蔽電纜和信號采集電纜、計(jì)算機(jī)和RS232-485轉(zhuǎn)換器等集成為一體（圖1）。探針安裝在管道或其它生產(chǎn)設(shè)備上，每條RS485儀表總線可以連接多個(gè)在線監(jiān)測點(diǎn)，把數(shù)據(jù)采集器采集的RS485信號，放大轉(zhuǎn)換成RS232串口數(shù)字信號，通過串口線傳送到監(jiān)控室計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)一條RS485總線的在線腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)，多臺監(jiān)控機(jī)可通過局域網(wǎng)連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，把各自監(jiān)控器的數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器。由數(shù)據(jù)服務(wù)器對外發(fā)布數(shù)據(jù)，供各個(gè)應(yīng)用終端使用。

1.1數(shù)據(jù)采集服務(wù)器功能

可采集電感探針及pH值探針的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。在線腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)與DCS的數(shù)據(jù)通訊。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)接收、存儲、備份現(xiàn)場監(jiān)測站上傳的數(shù)據(jù)，管理腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，發(fā)布腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具備守候程序?qū)崟r(shí)監(jiān)控系統(tǒng)軟件運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)滿足高安全性要求，不影響工廠內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)安全性以及數(shù)據(jù)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(shè)備的腐蝕狀況進(jìn)行在線監(jiān)測，了解高溫、低溫管線、設(shè)備的腐蝕趨勢；以考察不同材質(zhì)在介質(zhì)中的腐蝕情況，為設(shè)備、管線的材質(zhì)更換提供最有力的依據(jù)，達(dá)到防腐和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一；用裝在裝置上的電感探針對低溫和高溫緩蝕劑進(jìn)行評價(jià)可以克服實(shí)驗(yàn)室評價(jià)中無法模擬現(xiàn)場復(fù)雜腐蝕環(huán)境的缺點(diǎn)，對注劑效果的評價(jià)更客觀、更符合實(shí)際情況，對緩蝕劑的選用和注入量起重要的指導(dǎo)作用。

1.3pH值探針及采集器

pH值探針可實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)pH數(shù)據(jù)，通過pH值數(shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。

圖1　在線腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2　探針監(jiān)測點(diǎn)選擇

2.1選擇原則

腐蝕的實(shí)質(zhì)是化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，也遵循化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)原理，腐蝕反應(yīng)的發(fā)生、發(fā)展、程度受反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)物濃度、流速和流態(tài)、流體相態(tài)、液相水的存在，以及擴(kuò)散過程等反應(yīng)參數(shù)、反應(yīng)條件的影響［1］。因此探針監(jiān)測點(diǎn)的選擇主要依據(jù)裝置設(shè)備腐蝕機(jī)理、工藝操作參數(shù)、介質(zhì)相態(tài)是否發(fā)生變化及所在區(qū)域流體性質(zhì)等條件來進(jìn)行選擇。一般遵循以下原則：有水凝結(jié)的部位，尤其是露點(diǎn)部位；腐蝕介質(zhì)被濃縮的部位；設(shè)備管道高湍流區(qū)域，如管道的彎頭等；高溫高壓腐蝕嚴(yán)重的部位；事故發(fā)生頻繁的設(shè)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(zhì)為主（溫度小于430℃、壓力小于40 MPa）的腐蝕環(huán)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(diǎn)，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(huán)境中的pH值測定。

2.2.1電感探針

通過把專業(yè)設(shè)計(jì)的腐蝕探針放入到腐蝕環(huán)境內(nèi)部，探針的測量試片部分采用與被測裝置相同或相關(guān)的材質(zhì)制作。腐蝕介質(zhì)造成測量試片的腐蝕減薄，使測量試片的電阻值發(fā)生變化，對傳感器測量試片施加交流感應(yīng)信號，通過測量腐蝕減薄所引起的交流感應(yīng)信號的變化，計(jì)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(chǔ)，經(jīng)過一個(gè)時(shí)間段的積累來測得管道的腐蝕減薄速率，但其測量精度遠(yuǎn)高于掛片的精度，可達(dá)到納米級別。它反應(yīng)的是一段時(shí)間內(nèi)的腐蝕積累情況。并且將腐蝕量變成電子信號輸出，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，是目前使用比較廣泛的在線腐蝕監(jiān)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(gè)電極組成一個(gè)測定pH的工作電池，被稱為原電池，如圖2所示，當(dāng)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(chǎn)生一定的電勢，測量這個(gè)電勢，經(jīng)過計(jì)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(zhì)選擇

探針材質(zhì)的確定主要依據(jù)是設(shè)備的材質(zhì)和腐蝕測量的目的。如果監(jiān)測目的主要用來指導(dǎo)緩蝕劑的使用，則探針材質(zhì)應(yīng)該大部分采用碳鋼，其腐蝕靈敏易于在短時(shí)間內(nèi)獲得監(jiān)測結(jié)果；如果選擇的監(jiān)測點(diǎn)主要是監(jiān)測腐蝕趨勢，跟蹤監(jiān)測設(shè)備的腐蝕狀況，則探針材質(zhì)應(yīng)與設(shè)備的材質(zhì)相同。

3　現(xiàn)場應(yīng)用

該系統(tǒng)自2014年9月運(yùn)行以來，腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)（表1）發(fā)揮了較好的作用，通過分析腐蝕速率監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合定點(diǎn)測厚數(shù)據(jù)及硫含量、氯含量、污水中鐵離子分析數(shù)據(jù)及pH值可以很好地了解設(shè)備的腐蝕情況，提前獲知腐蝕發(fā)生的確切部位，采取相應(yīng)的防腐蝕措施，有效預(yù)防安全事故，延長設(shè)備使用壽命和裝置的運(yùn)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(wěn)，腐蝕速率為0.001 mm/a，腐蝕不明顯；18日后曲線出現(xiàn)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(yán)重，腐蝕曲線見圖3。經(jīng)過與裝置設(shè)備管理人員溝通后，發(fā)現(xiàn)是常頂注劑泵故障導(dǎo)致的緩蝕劑注入量不足造成，在對注劑泵進(jìn)行處理并提高注劑量后，腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。26日后曲線恢復(fù)平穩(wěn)，腐蝕速率為0.005 mm/a。

表1　腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測點(diǎn)運(yùn)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(jiān)測點(diǎn)腐蝕速率分別為3.943 5 mm/a（此處探針的選材為碳鋼，設(shè)備選材為0Cr13監(jiān)測到的腐蝕數(shù)據(jù)大于設(shè)備的實(shí)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(yán)重。由于此期間300×104t/a重催分餾塔進(jìn)行了洗塔操作，洗塔水溶解了分餾塔壁的NH4Cl結(jié)晶鹽，造成系統(tǒng)介質(zhì)中pH值降低，且流速很高有沖刷作用，最終導(dǎo)致腐蝕嚴(yán)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(jié)論

腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)通過對不同部位介質(zhì)腐蝕速率及pH值的監(jiān)測，可及時(shí)了解并掌握設(shè)備的腐蝕狀況，指導(dǎo)工藝防腐措施的落實(shí)，對設(shè)備腐蝕進(jìn)行有效地控制和防護(hù)，從而達(dá)到控制設(shè)備腐蝕、科學(xué)有效管理設(shè)備的目的，使裝置在接近于設(shè)計(jì)的最佳條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)還可以提高設(shè)備的可靠性、連續(xù)性，延長運(yùn)轉(zhuǎn)周期和縮短停車檢修時(shí)間。

［1］關(guān)實(shí)之.傅孝愿.高等無機(jī)化學(xué)［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(yè)于石油大學(xué)（石油加工專業(yè)），從事腐蝕監(jiān)測工作，E-mail：cnhhl@163.com，地址：蘭州市西固區(qū)清水街17號，730060。