電場(chǎng)矩陣監(jiān)測(cè)技術(shù)在煉化企業(yè)中的應(yīng)用

萬(wàn)澤貴,程前進(jìn),于曉鵬,楊永寬,鄭麗群

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

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電場(chǎng)矩陣監(jiān)測(cè)技術(shù)在煉化企業(yè)中的應(yīng)用

萬(wàn)澤貴1,程前進(jìn)2,于曉鵬2,楊永寬1,鄭麗群1

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

中國(guó)石化股份有限公司洛陽(yáng)分公司閃蒸系統(tǒng)的硫設(shè)計(jì)值為0.5%(閃蒸塔為1.5%)，酸設(shè)計(jì)值為0.5 mgKOH/g。根據(jù)生產(chǎn)需要在閃蒸系統(tǒng)加工硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)2.1%的塔河混合原油。為了確保裝置的安全運(yùn)行，分別對(duì)裝置的硫腐蝕和酸腐蝕進(jìn)行了評(píng)估，并依據(jù)評(píng)估結(jié)果在腐蝕薄弱部位采用了電場(chǎng)矩陣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和定點(diǎn)測(cè)厚相結(jié)合的方法進(jìn)行腐蝕狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。應(yīng)用結(jié)果表明，在腐蝕分析及腐蝕速率評(píng)估預(yù)測(cè)的指導(dǎo)下，采用超聲波定點(diǎn)測(cè)厚與電場(chǎng)矩陣技術(shù)，點(diǎn)與面相結(jié)合的監(jiān)測(cè)形式，較好地解決了煉油廠腐蝕安全問(wèn)題。

電場(chǎng)矩陣 腐蝕監(jiān)測(cè) 閃蒸系統(tǒng)腐蝕

油氣管道腐蝕有均勻腐蝕、沖刷腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕和裂紋等，近年來(lái)，利用超聲波的反射原理測(cè)量金屬管道剩余測(cè)厚可以很快測(cè)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(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕成為設(shè)備管道安全大敵，如不能及時(shí)排除隱患，易造成安全事故。因此，對(duì)局部腐蝕監(jiān)測(cè)研究顯得尤為重要。

中國(guó)石化股份有限公司洛陽(yáng)分公司閃蒸系統(tǒng)一直加工低硫低酸原油，除閃蒸爐內(nèi)管線使用1Cr5Mo外，其他各設(shè)備外部連接管線均為碳鋼，硫設(shè)計(jì)值質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%(閃蒸塔為1.5%)，酸設(shè)計(jì)值為0.5 mgKOH/g。根據(jù)生產(chǎn)需要，在閃蒸系統(tǒng)加工硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)2.1%的塔河混合原油,通過(guò)對(duì)閃蒸系統(tǒng)設(shè)備和管線硫腐蝕和酸腐蝕進(jìn)行評(píng)估，預(yù)測(cè)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(jié)合評(píng)估結(jié)果，分別設(shè)置了定點(diǎn)測(cè)厚和電場(chǎng)矩陣(FSM)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確定了點(diǎn)和面相結(jié)合的監(jiān)控模式，目的是實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置的腐蝕狀況，確保裝置的安全運(yùn)行。

1 電場(chǎng)矩陣監(jiān)測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

電場(chǎng)矩陣監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種以歐姆定律和電場(chǎng)分布為理論基礎(chǔ)，基于電位列陣的金屬設(shè)備、管道在線腐蝕監(jiān)測(cè)的方法，在待檢測(cè)區(qū)域通入電流形成電場(chǎng)，然后測(cè)量區(qū)域內(nèi)矩陣方式排列的電極兩端電壓的微小變化(用測(cè)得的電壓值與初始設(shè)定的測(cè)量值進(jìn)行比較)來(lái)檢測(cè)由于腐蝕引起的金屬損失。隨著應(yīng)用于監(jiān)測(cè)沿海鋼套焊接區(qū)域裂紋的發(fā)生和發(fā)展，目前已經(jīng)具有直接監(jiān)測(cè)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(jiān)測(cè)區(qū)域大小和矩陣電極數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，管道、測(cè)量電極和參考試片在現(xiàn)場(chǎng)布置方式見(jiàn)圖1。

圖1 電場(chǎng)矩陣現(xiàn)場(chǎng)安裝照片

與傳統(tǒng)的腐蝕檢測(cè)方法相比較，電場(chǎng)矩陣監(jiān)測(cè)技術(shù)有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

(1)適用于管道彎頭、T型接頭等復(fù)雜幾何體以及高溫高壓部位的腐蝕監(jiān)測(cè);

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

(3)非開(kāi)孔表面安裝，低功耗，可以實(shí)現(xiàn)電池供電、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，施工安裝方便;

(4)電極僅作導(dǎo)電作用，不受力，可以采用焊接或捆綁免焊接方式，對(duì)管道無(wú)損;

(5)實(shí)現(xiàn)一個(gè)矩陣面的監(jiān)測(cè)，敏感性高，能夠反映管壁發(fā)生腐蝕的真實(shí)狀況。

2 電場(chǎng)矩陣監(jiān)測(cè)方案

通過(guò)腐蝕評(píng)估，在4個(gè)關(guān)鍵腐蝕流程部位設(shè)置電場(chǎng)矩陣監(jiān)測(cè)，位置見(jiàn)表1，系統(tǒng)采用電池供電、無(wú)線傳輸方式安裝，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、網(wǎng)頁(yè)方式瀏覽。通過(guò)關(guān)鍵部位電場(chǎng)矩陣的面監(jiān)測(cè)和超聲波測(cè)厚的點(diǎn)檢測(cè)相結(jié)合，在節(jié)約成本的同時(shí)，兼顧局部腐蝕等破壞因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)管線的完整監(jiān)控。

表1 電場(chǎng)矩陣測(cè)點(diǎn)位置

3 監(jiān)測(cè)結(jié)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(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例(見(jiàn)圖2)，由圖2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)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(shì)，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(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

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(wú)明顯腐蝕，說(shuō)明存在腐蝕不均勻現(xiàn)象。

3.2 腐蝕數(shù)據(jù)綜合分析

以塔底抽出管線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例(見(jiàn)圖3)，從圖3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)三維圖能夠看到矩陣高度不同，說(shuō)明管線上厚度是不均勻的。結(jié)合各矩陣組的腐蝕趨勢(shì)曲線(見(jiàn)圖4)可看出，2016年3月到9月四個(gè)矩陣組監(jiān)測(cè)的腐蝕發(fā)生過(guò)程，其腐蝕減薄分別為：0.52，0.49，0.33和0.32 mm。四個(gè)矩陣組監(jiān)測(cè)的平均腐蝕速率為0.71 mm/a，該點(diǎn)測(cè)厚結(jié)果是0.66 mm/a，兩種檢測(cè)結(jié)果相對(duì)誤差為10%，說(shuō)明電場(chǎng)矩陣監(jiān)測(cè)的結(jié)果是比較可靠的。兩種監(jiān)測(cè)手段相結(jié)合的結(jié)果同時(shí)表明,高含硫介質(zhì)對(duì)高溫碳鋼管線的腐蝕比較嚴(yán)重的，符合以往的研究，與之前的腐蝕評(píng)估預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)相吻合。

圖3 電場(chǎng)矩陣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)三維顯示

圖4 矩陣組腐蝕減薄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論及建議

(1)事先做腐蝕機(jī)理分析及腐蝕速率評(píng)估預(yù)測(cè)，同時(shí)采用電場(chǎng)矩陣和超聲波定點(diǎn)測(cè)厚相結(jié)合的監(jiān)測(cè)技術(shù)可以最大程度的監(jiān)控并預(yù)防管線安全隱患。

(2)電場(chǎng)矩陣監(jiān)測(cè)可以真實(shí)完整地反映管線監(jiān)測(cè)區(qū)域的平均腐蝕速率、局部腐蝕及局部腐蝕位置。

(3)電場(chǎng)矩陣安裝方便，無(wú)需開(kāi)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(yīng)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(wàn)澤貴(1982-)，2003年畢業(yè)于沈陽(yáng)理工大學(xué)金屬材料工程專業(yè)，目前主要從事腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)研究工作。E-mail：wanzegui@163.com