腐蚀在线监测技术在炼油装置的应用

2015-10-31胡海兰兰州石油化工公司研究院

石油石化节能 2015年11期

胡海兰（兰州石油化工公司研究院）

腐蚀在线监测技术在炼油装置的应用

胡海兰（兰州石油化工公司研究院）

如何对设备、管道进行有效的腐蚀监测，对预防和控制因腐蚀引发的泄漏事故至关重要，有助于提高我国石化行业的安全水平。腐蚀监测技术可分为离线检测和在线监测两大类，腐蚀在线监测技术集成电感探针、pH值探针、数据采集系统、监测管理软件于一体，可实时在线监测设备腐蚀速率，指导工艺操作和设备管理。某石化公司通过应用该技术，更好的判断出设备管线减薄处，及时、准确地了解设备运行情况，大大降低了由腐蚀引起事故的风险，取得较好的效果。

腐蚀在线监测电感探针pH值探针腐蚀速率

引言

腐蚀不仅会造成原料、成品的跑、冒、滴、漏，影响产品质量，污染环境，而且会引起设备爆炸、火灾等事故。有关压力容器的事故统计表明，由于腐蚀引发的石化企业安全事故占爆炸事故总数的2/3。

因此，在2014年7月停工检修期间，某石化公司在Ⅰ套/Ⅱ套常减压蒸馏装置、Ⅰ套/Ⅱ套重油催化裂化装置、烷基化及重整装置安装了腐蚀在线监测系统。

1　系统结构及功能

腐蚀监测软件在整体系统设计中，采用流行的模块式框架结构，实现BS结构在公司局域网内直接显示pH值、腐蚀速率，以及历史趋势、报警值等参数，并同中石油炼化板块腐蚀监测与管理系统完全兼容。

在线式腐蚀监测系统通过仪表总线技术和计算机技术，将电感探针腐蚀测量探头、数据采集器、数据传输/电源屏蔽电缆和信号采集电缆、计算机和RS232-485转换器等集成为一体（图1）。探针安装在管道或其它生产设备上，每条RS485仪表总线可以连接多个在线监测点，把数据采集器采集的RS485信号，放大转换成RS232串口数字信号，通过串口线传送到监控室计算机，实现一条RS485总线的在线腐蚀监测系统，多台监控机可通过局域网连接成网络系统，把各自监控器的数据统一上传至数据服务器。由数据服务器对外发布数据，供各个应用终端使用。

1.1数据采集服务器功能

可采集电感探针及pH值探针的数据，并将数据上传至数据库服务器。在线腐蚀监测系统能实现与DCS的数据通讯。数据库服务器负责接收、存储、备份现场监测站上传的数据，管理腐蚀监测数据库，发布腐蚀监测数据。系统具备守候程序实时监控系统软件运行状态。系统满足高安全性要求，不影响工厂内部的网络安全性以及数据保密性。

1.2电感探针及采集器功能

采用电感探针对管线、设备的腐蚀状况进行在线监测，了解高温、低温管线、设备的腐蚀趋势；以考察不同材质在介质中的腐蚀情况，为设备、管线的材质更换提供最有力的依据，达到防腐和经济性的统一；用装在装置上的电感探针对低温和高温缓蚀剂进行评价可以克服实验室评价中无法模拟现场复杂腐蚀环境的缺点，对注剂效果的评价更客观、更符合实际情况，对缓蚀剂的选用和注入量起重要的指导作用。

1.3pH值探针及采集器

pH值探针可实时采集系统pH数据，通过pH值数据采集器将数据上传至数据采集服务器。

图1　在线腐蚀监测系统拓扑图

2　探针监测点选择

2.1选择原则

腐蚀的实质是化学或电化学反应，也遵循化学反应或电化学反应的动力学原理，腐蚀反应的发生、发展、程度受反应温度、反应压力、反应物浓度、流速和流态、流体相态、液相水的存在，以及扩散过程等反应参数、反应条件的影响［1］。因此探针监测点的选择主要依据装置设备腐蚀机理、工艺操作参数、介质相态是否发生变化及所在区域流体性质等条件来进行选择。一般遵循以下原则：有水凝结的部位，尤其是露点部位；腐蚀介质被浓缩的部位；设备管道高湍流区域，如管道的弯头等；高温高压腐蚀严重的部位；事故发生频繁的设备管道；在注剂前或注剂后。

2.2探针类型选择

在以油、气等非电解质为主（温度小于430℃、压力小于40 MPa）的腐蚀环境中，既可选用电阻探针也可选用电感探针。电感探针具有灵敏度高、寿命长等特点，因此一般情况下，多选用电感探针。pH值探针仅适用于水体系环境中的pH值测定。

2.2.1电感探针

通过把专业设计的腐蚀探针放入到腐蚀环境内部，探针的测量试片部分采用与被测装置相同或相关的材质制作。腐蚀介质造成测量试片的腐蚀减薄，使测量试片的电阻值发生变化，对传感器测量试片施加交流感应信号，通过测量腐蚀减薄所引起的交流感应信号的变化，计算得到腐蚀减薄量。与挂片类似，是以测量金属腐蚀损失为基础，经过一个时间段的积累来测得管道的腐蚀减薄速率，但其测量精度远高于挂片的精度，可达到纳米级别。它反应的是一段时间内的腐蚀积累情况。并且将腐蚀量变成电子信号输出，实现了实时在线监测，是目前使用比较广泛的在线腐蚀监测方法。

2.2.2pH值探针

电位法测定溶液中氢离子的浓度，需要两个电极组成一个测定pH的工作电池，被称为原电池，如图2所示，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。

图2　pH值探针测量原理示意图

2.3探针材质选择

探针材质的确定主要依据是设备的材质和腐蚀测量的目的。如果监测目的主要用来指导缓蚀剂的使用，则探针材质应该大部分采用碳钢，其腐蚀灵敏易于在短时间内获得监测结果；如果选择的监测点主要是监测腐蚀趋势，跟踪监测设备的腐蚀状况，则探针材质应与设备的材质相同。

3　现场应用

该系统自2014年9月运行以来，腐蚀监测数据（表1）发挥了较好的作用，通过分析腐蚀速率监测数据，结合定点测厚数据及硫含量、氯含量、污水中铁离子分析数据及pH值可以很好地了解设备的腐蚀情况，提前获知腐蚀发生的确切部位，采取相应的防腐蚀措施，有效预防安全事故，延长设备使用寿命和装置的运行周期。

3.1550×104t/a常减压装置

550×104t/a常减压装置常压塔顶换热器E-504出口总线在2014年12月18日前腐蚀曲线平稳，腐蚀速率为0.001 mm/a，腐蚀不明显；18日后曲线出现大幅度上升，腐蚀速率为0.822 1 mm/a（大于0.25 mm/a的控制值），腐蚀严重，腐蚀曲线见图3。经过与装置设备管理人员沟通后，发现是常顶注剂泵故障导致的缓蚀剂注入量不足造成，在对注剂泵进行处理并提高注剂量后，腐蚀监测数据恢复正常。26日后曲线恢复平稳，腐蚀速率为0.005 mm/a。

表1　腐蚀在线监测系统监测点运行情况

图3　550×104t/a常顶换热器E-504出口腐蚀趋势

3.2300×104t/a重催装置

300×104t/a重催装置分馏塔顶循集液槽下部塔器壁和分馏塔顶换热器E-202出口两处监测点腐蚀速率分别为3.943 5 mm/a（此处探针的选材为碳钢，设备选材为0Cr13监测到的腐蚀数据大于设备的实际腐蚀速率，仅考虑腐蚀趋势）和0.354 9 mm/a，见图4，均大于0.250 mm/a，腐蚀损耗严重。由于此期间300×104t/a重催分馏塔进行了洗塔操作，洗塔水溶解了分馏塔壁的NH4Cl结晶盐，造成系统介质中pH值降低，且流速很高有冲刷作用，最终导致腐蚀严重。