在线腐蚀监测系统在蒸馏装置中的应用

曾 勇

(中国石油化工股份有限公司物资装备部，北京 100728)

在线腐蚀监测系统在蒸馏装置中的应用

曾 勇

(中国石油化工股份有限公司物资装备部，北京 100728)

介绍了在线腐蚀监测系统在中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司一蒸馏装置的建立情况，并结合实际应用情况，说明了该系统能够为装置提供腐蚀预警，指导工艺防腐蚀操作;可及时监测原油性质变化情况;腐蚀数据的积累分析可为企业检修和制定设备材质升级提供科学依据。

蒸馏 腐蚀 电感探针 监测

中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司一蒸馏装置(以下称一蒸馏装置)于1995年5月开工投产，设计加工能力为2.5 Mt/a，按低硫低酸石蜡基大庆原油设计，装置主要设备、管道选材均为碳钢。由于大庆原油资源短缺，2003年5月装置进行混炼俄罗斯原油的改造;2006年6月又将装置进行局部改造，将部分关键位置材质升级。改造后的装置按设计能加工1.5 Mt/a俄罗斯原油和1 Mt/a大庆原油，但近年管输大庆原油中逐步混入了约40%冀东含酸原油，进口原油硫含量也日趋增加。

蒸馏装置是原油加工的第一道工序，原油性质的日趋劣质化一方面给蒸馏装置的工艺操作、产品质量带来了影响;另一方面也造成蒸馏装置设备的腐蚀问题日趋严重。由于腐蚀导致设备损坏、管道腐蚀减薄和泄漏，给装置安全生产和长周期平稳运行构成了严重威胁，也直接影响了下游各装置生产运行，因此迫切需要围绕蒸馏装置的防腐蚀技术和措施开展研究工作。

1 在线腐蚀监测系统的建立

1.1 监测探针工作原理

根据蒸馏装置的腐蚀特点，采用了高、低温电感探针和pH计，对装置不同工况进行了综合监测。

1.1.1 电感探针测量原理

金属材料在某一温度下的电阻:

式中:ρ——电阻率 Ω·m;

L——材料长度m;

S——材料的截面积 m2;

R——电阻值，Ω。

电感探针是通过置于金属/合金敏感元件周围的线圈由于敏感元件腐蚀而引起的阻抗变化来测定腐蚀速率的。电磁感应测量原理图见图1。

图1 电感探针测量原理示意

当交流信号加至线圈两端时，在线圈周围就会产生电磁场。而置于其中的金属导磁材料就会影响磁场强度，间接影响线圈电感量⊿L。金属试样厚度及材质不同，对磁场强度影响也不同，带来的线圈电感量⊿L也不同。所以，将金属试片置于测试线圈所产生的磁场中，当金属试片腐蚀减薄时，会影响测试线圈的等效电感及感抗，通过检测电感变化量⊿ L，就可推算出金属试片的腐蚀减薄量［1－2］。

1.1.2 pH 计测量原理

由两个电极可组成一个测定pH值的工作电池，被称为原电池。原电池是一个系统，它的作用是使化学反应能量转成为电能。此电池的电压被称为电动势(E)。pH值测量即是对pH电极在待测溶液中产生的电动势的测量。此电动势(E)由二个半电池构成，其中一个半电池为测量半电池，通常称作测量电极，它一般是与测量溶液相通，它的电位与氢离子活度有关;另一个半电池为参比半电池，通常称作参比电极，它的电位与被测溶液的氢离子活度无关。两种金属导体通过一种或几种电解溶液彼此相连后，在金属表面会发生电荷交换而形成电流电势，pH值测量就是利用这个原理。pH计测量原理示意见图2。当电极插入待测溶液后，由于待测液中的H+和电极液中的H+活度不同，在pH电极和参比电极之间就会产生一定的电势，测量这个电势，经过计算后即可得到待测溶液的 pH 值［3］。

图2 pH计测量原理示意

1.2 在线腐蚀监测系统的简要构成

根据电感探针的监测原理，研制开发了在线式电感探针监测技术，该技术主要包括:现场腐蚀数据采集器、腐蚀电感探针和数据远程传递系统，该系统结构见图3。

该系统主要是电感探针安装在工艺管道上，通过腐蚀数据采集器采集与腐蚀速度有关的原始模拟信号，放大后转换成数字信号，并传送到监控室计算机。数据到达计算机后处理、显示并建立数据库。通过多点实时在线监测，获得生产过程中各流程腐蚀状况。

将多种探针监测数据整合到一起，监测数据可以到达装置控制室的同一台计算机终端，同时依托内部的局域网络和互联网平台，建立覆盖全厂的集数据存储、检索、报警为一体的在线腐蚀监测系统网络，通过因特网的支持实现腐蚀数据的异地管理，使得各个部门能够及时快速掌握装置腐蚀信息，达到资源共享、信息互通，对提高防腐蚀工作有着重要的实践意义。

图3 腐蚀在线监测系统结构示意

1.3 腐蚀监测位置的确定原则

腐蚀监测位置的确定直接决定着腐蚀监测效果的好坏。由于影响炼油设备腐蚀的因素较多，腐蚀情况会经常发生变化，因此在选定有限的几个监测点的前提下，为更好地反映蒸馏装置设备腐蚀状况，必须结合蒸馏装置生产工艺流程特点，根据物料的性质、腐蚀介质的分布规律来合理地选择监测点的位置。一般来说，对设备管道真正造成威胁的是局部腐蚀，因此要监测到设备管道腐蚀相对严重的部位。这些部位随着设备管道工艺条件、材质和结构等的不同腐蚀程度相应也不同，通常需要注意以下几个腐蚀严重的部位［4］:

(1)有油气凝结的部位，尤其是凝结开始的部位，如常压、减压塔顶冷凝冷却系统、空冷器出口及水冷器的出入口;

(2)设备管道高湍流区域，如管道的弯头附近区域;

(3)高温腐蚀严重的部位，如渣油线;

(4)事故发生频繁的设备管道;

(5)下周期计划备换的设备管道;

(6)在注剂前后或注剂后位置。

通过以上监测点的选取原则，2008年7月一蒸馏共安装了13个点，包括6个低温电感探针、4个高温电感探针和3个pH计。

2 在线腐蚀监测系统的实际应用情况

2.1 为工艺防腐蚀操作提供指导

2008年8月10日，一蒸馏装置在线监测正式投入运行。现场的6个低温腐蚀测点主要是监测塔顶低温腐蚀部位，可为注剂和工艺操作提供参考。系统刚投用时显示常压塔顶挥发线腐蚀速率达到0.7 mm/a，这与化验结果一致，因为常顶含硫污水化验分析Fe2+含量相对较高，后经过注剂优化调整，情况已大为好转，11月初腐蚀速率降为0.038 mm/a，详见图 4。

图4 常压塔顶挥发线腐蚀曲线

从图4可以看出，自2008年8月10日系统投用至10月份，常顶挥发线已累计腐蚀19 105 nm，腐蚀较大，而10月10日至11月7日腐蚀量仅为2 794 nm，腐蚀速率大为降低，这说明管道前期腐蚀较大，后经过缓蚀剂注入调整，腐蚀情况得到好转。

2.2 监测原油性质变化情况

2009年8月中旬以来，一蒸馏进装置的原油由于酸值较高，导致装置高温管道腐蚀严重，8月6日至9月15日以来一蒸馏进装置原油酸值情况见表1。

表1 一蒸馏装置原油酸值(2009年) mgKOH/g

从表1看出，整体进装置原油酸值均较高，尤其是从2009年8月13日开始，进装置原油酸值最高达0.69 mgKOH/g，8月27日酸值才有所下降。

原油中的酸对高温管道腐蚀比较严重，其中减四线介质温度为360℃左右属于高温管道，正处于环烷酸腐蚀最活跃的温度范围内。结合装置中的原油性质变化情况，尤其是对高温管道腐蚀明显的酸值变化较大时，腐蚀在线监测系统反映出减四高温管道的腐蚀情况见图5。

图5 一蒸馏减四线腐蚀速率(2009年)

从图5腐蚀在线监测系统中可以观察到显示减四线(20号碳钢)在2009年3月28日到8月13日，腐蚀速率为0.345 6 mm/a，速率上升平缓。

一蒸馏减四线从2009年8月13日以来一个月的腐蚀速率见图6。从图6很明显看出，从8月13日进装置原油酸值上升以来，腐蚀速率明显上升。一蒸馏减四线(20号碳钢)的腐蚀速率由原来的0.384 5 mm/a上升到0.806 6 mm/a，腐蚀速率提高约2倍。

图6 一蒸馏减四线腐蚀速率(2009年)

2.3 为局部材质升级提供依据

现将同样为高温部位的减底渣油线腐蚀监测情况进行分析。

减底渣油线(原材质20号碳钢)在以往检修中就发现减薄严重，在2008年探针投用后发现腐蚀速率达到0.4 mm/a(比减四线腐蚀速率略大)，测厚发现最薄的地方仅为1.2mm，腐蚀情况非常严重，利用装置间歇检修将材质升级为Cr5Mo钢，更换后Cr5Mo钢抗腐蚀能力明显好于20号碳钢。一蒸馏减底渣油线(材质Cr5Mo)从2009年8月13日投用一个月以来的腐蚀速率见图7。

图7 一蒸馏减底渣油线腐蚀速率(2009年)

从图7很明显看出，从2009年8月13日进装置原油酸值上升以来，腐蚀速率也明显上升(腐蚀速率0.166 2 mm/a)，但大大低于20号碳钢的减三管道腐蚀速率0.806 6 mm/a，可见Cr5Mo材质的管道抗腐蚀能力明显强于20号碳钢，材质升级很成功。

2.4 使用中存在的不足

(1)在线监测探针现场应用不规范:如个别高温探针安装在主管道上，但该管路没有旁路，如果探针损坏，只能切除换热器进行更换，这将影响装置生产运行;个别pH值在线监测安装在塔顶分液罐的出口位置，存在滞后现象，无法及时反映出腐蚀部位的pH值控制情况;

(2)对探针维护不够:不能及时发现工作异常的探针，错误信息将影响装置整体防腐蚀工作;

(3)未与定点测厚工作结合:在线腐蚀监测系统与定点测厚工作未紧密结合，数据采集不全面，对腐蚀趋势有时把握不准，难以做出有效预测。

3 结论及建议

3.1 结论

(1)在线腐蚀监测可以给工艺防护措施的实施提供科学的依据，利于工艺防腐蚀进行及时有效的调整，控制腐蚀的发生。

(2)在线腐蚀监测可以在原油性质改变时提供及时、准确的腐蚀监测数据。

(3)有利于腐蚀数据的积累分析。根据监测数据，可以预测设备的使用寿命，为企业的长期腐蚀监测预警和重点装置制定设备材质升级提供科学依据。

3.2 建议

(1)规范探针布点位置，加强探针监测的合理性:一方面要选取典型位置监测设备管道腐蚀情况，另一方面要便于探针检修维护。

(2)加强对电感探针维护管理。如果探针工作异常，可用随机提供的模拟探针做进一步检验和确定，如果对模拟探针的测试结果仍然显示故障，则需要尽快与厂商联系处理。

(3)加强定点测厚:建议在监测点附近进行定点测厚，测厚点现场要有明显标识、有统一规范的编号，保证监测数值的准确性，为在线腐蚀监测提供参考数据。

［1］郑秀红.炼油厂蒸馏塔腐蚀在线监测系统的设计与实现［J］.佳木斯大学学报，2005，23(1):45-49.

［2］郑立群，文海涛.炼油设备的腐蚀监测与检测［J］.腐蚀科学与防护技术，2001，13(5):308-311.

［3］袁军国.腐蚀监测技术在镇海炼化公司的应用［J］.石油化工腐蚀与防护，2002.19(6):49-52.

［4］刘正来.腐蚀在线监测系统在常减压装置中的应用［J］.中国科技信息，2007(7):69-71.

Application of Online Corrosion Monitoring System in No.1 Crude Distillation Unit

Zeng Yong
SINOPEC Equipment Department(Beijing 100728)

The installation of online corrosion monitoring system in No.1 crude distillation unit in SINOPEC Yanshan Petrochemical Company is introduced.The application of this system can provide alarming of corrosion and guidelines for corrosion prevention and monitor the changes of crude oil properties in a timely manner.The collection and analysis of corrosion data will provide a good basis for planning the maintenance and upgrading the materials for equipment.

distillation，corrosion，electric induction probe，monitoring

TE988.2

A

1007－015X(2011)03－0047－04

2010－12－ 02;

2011－05－16。

曾勇(1978－)，男，毕业于北京化工大学，硕士研究生，工程师，长期从事于石油化工设备技术管理工作。E－mail:zengyong717@163.com

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