腐蝕在線監(jiān)測在天然氣凈化裝置上的應(yīng)用

衛(wèi) 博，劉 丹，衛(wèi) 巍，孟令華，張賀艷，伍永乾

(1.中國石油化工股份有限公司中原油田天然氣處理廠 ，河南濮陽 457162;2.中國石油化工股份有限公司 中原油田普光分公司天然氣凈化廠，四川達(dá)州 636156)

隨著天然氣凈化處理技術(shù)的不斷發(fā)展，天然氣凈化廠的規(guī)模越來越大，對(duì)高含硫天然氣的處理能力越來越強(qiáng)。普光天然氣凈化廠規(guī)模為120 m3/a，原料氣具有硫化氫、二氧化碳含量高的特點(diǎn)，其H2S含量(體積分?jǐn)?shù))高達(dá)14.14%，CO2含量(體積分?jǐn)?shù))高達(dá)8.63%，含有機(jī)硫340.6 mg/m3。由于原料氣中含硫量高，設(shè)備的腐蝕控制成為裝置設(shè)備管理的重要環(huán)節(jié)。

1 腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的概述

評(píng)價(jià)防腐措施實(shí)施效果的主要方法是應(yīng)用腐蝕監(jiān)檢測技術(shù)，腐蝕監(jiān)檢測是指對(duì)工業(yè)設(shè)備的腐蝕狀態(tài)、速度以及某些與腐蝕相關(guān)聯(lián)的參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)測量，并進(jìn)而通過所監(jiān)測的信息對(duì)生產(chǎn)過程有關(guān)參數(shù)實(shí)行自動(dòng)控制或報(bào)警。腐蝕監(jiān)檢測技術(shù)分離線檢測和在線監(jiān)測兩大類，其中常用的在線腐蝕監(jiān)測的方法有電阻探針法、電感探針法、電化學(xué)探針法以及pH探針法(pH值的監(jiān)測)。在線監(jiān)測最大的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)時(shí)的對(duì)設(shè)備運(yùn)行中的腐蝕情況進(jìn)行監(jiān)測，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)調(diào)整工藝操作參數(shù)，以減緩設(shè)備及管道的進(jìn)一步腐蝕。普光天然氣凈化廠采用在線腐蝕監(jiān)測措施，測量數(shù)據(jù)直接反應(yīng)了環(huán)境變化和設(shè)備腐蝕狀況，為天然氣凈化裝置的工藝和設(shè)備管理提供了依據(jù)。

腐蝕監(jiān)檢測其目的和意義在于:①對(duì)可能導(dǎo)致腐蝕失效的各種破壞性工況進(jìn)行早期報(bào)警，預(yù)防事故的發(fā)生。②觀察過程參數(shù)的相關(guān)變化以及它們對(duì)系統(tǒng)腐蝕性的影響。③診斷特殊的腐蝕問題，識(shí)別它們的起因和控制腐蝕速率的種種參數(shù)，如pH值、Cl－、S含量、壓力、溫度、流速等。④評(píng)估腐蝕控制和防腐技術(shù)的有效性，如化學(xué)緩蝕劑法、防腐涂層技術(shù)等。并且找出這些技術(shù)的最佳應(yīng)用條件。⑤提供與當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行情況和各種維護(hù)要求有關(guān)的管理信息如生產(chǎn)、維修計(jì)劃的決策依據(jù)，設(shè)備材質(zhì)的選擇依據(jù)等。⑥腐蝕監(jiān)檢測的最大意義在于可獲得設(shè)備的長周期安全運(yùn)行，明顯提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和安全效益。

目前，腐蝕監(jiān)測技術(shù)在石油生產(chǎn)和煉制、化學(xué)工業(yè)及動(dòng)力工業(yè)、食品工業(yè)和大量使用冷卻循環(huán)水和工業(yè)部門得到了較廣泛的應(yīng)用。隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)已由原來的單點(diǎn)單線局部監(jiān)測轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的多點(diǎn)全面網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)監(jiān)測。

2 腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)在凈化廠的應(yīng)用

2.1 測量方法

根據(jù)凈化廠腐蝕監(jiān)控的技術(shù)要求，主要有兩種測量手段——LPR線性極化電阻方法，以實(shí)時(shí)測量電導(dǎo)率環(huán)境下的設(shè)備管道腐蝕速率，輸出信號(hào)為mil/y或者是mm/a;ER電阻探針方法，針對(duì)氣相介質(zhì)非導(dǎo)電環(huán)境進(jìn)行腐蝕速率的測量，輸出信號(hào)為mm。LPR變送器輸出信號(hào)為4～20 mA。通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)雙絞線可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。ER 變送器輸出信號(hào)也為4～20 mA，同樣方便進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。兩種變送器的輸出信號(hào)共同接入裝置的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)。

2.2 探針選擇

針對(duì)部分凈化廠裝置/管線的高H2S風(fēng)險(xiǎn)，選用探針時(shí)給予了特別考慮，對(duì)于設(shè)計(jì)壓力低于2 MPa的管線，選用在線插拔式探針，可以非常方便的運(yùn)行條件下電極更換，耐壓可以達(dá)到10.2 MPa;而對(duì)于設(shè)計(jì)壓力為9.1 MPa的管線，采用高壓的探針系統(tǒng)，耐壓可達(dá)到24 MPa，這樣可以保證在系統(tǒng)壓力異常情況下的泄漏安全。

2.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

根據(jù)凈化廠主要由脫硫、脫水、硫黃回收、酸水氣提、尾氣處理五套裝置組成，而每套裝置都配備現(xiàn)場DCS，采用混合式控制系統(tǒng)，分散為5個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，裝置和就近測點(diǎn)通過4～20 mA信號(hào)接入數(shù)據(jù)采集器，再通過光纜(用戶提供)把信號(hào)傳到總控腐蝕監(jiān)控系統(tǒng)和全廠DCS系統(tǒng)。

2.4 軟件管理系統(tǒng)

腐蝕監(jiān)控系統(tǒng)軟件自動(dòng)獲取現(xiàn)場采集器數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，有歷史數(shù)據(jù)顯示、當(dāng)天數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)超標(biāo)報(bào)警、電阻探針繪制腐蝕深度曲線、給出區(qū)間腐蝕速率，電化學(xué)探針繪制符合速率曲線，曲線數(shù)據(jù)對(duì)比分析。并且各個(gè)裝置的數(shù)據(jù)采集器可把數(shù)據(jù)直接輸入全廠的DCS系統(tǒng)，各級(jí)管理人員可以隨時(shí)了解凈化廠裝置的腐蝕狀況。

2.5 監(jiān)測點(diǎn)選擇

準(zhǔn)確選擇監(jiān)測點(diǎn)決定了腐蝕監(jiān)測能否成功指導(dǎo)生產(chǎn)和防腐工作。一般依據(jù)設(shè)備的材質(zhì)和腐蝕監(jiān)測的目的按照下述原則進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)的初步選擇。①有凝結(jié)水的部位，如常減壓塔頂冷凝系統(tǒng);②設(shè)備管道高湍流區(qū)域，如管道的彎頭等;③高含硫和高含酸原油的高溫部位;④高含硫低溫部位;⑤事故發(fā)生頻繁的設(shè)備管道;⑥注劑前或注劑后;⑦其他需監(jiān)測的部位。

3 腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用效果及討論

CL－30801探針安裝在二級(jí)硫冷器入口管線，管線材質(zhì)為碳鋼內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合材料，監(jiān)測介質(zhì)為酸性氣。管線設(shè)計(jì)腐蝕裕量為1.5 mm，按照15年設(shè)計(jì)使用壽命進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)允許腐蝕速率為0.10 mm/a。2011 年1 月份，121、141、161、162 系列該點(diǎn)腐蝕速率分別為 0.075、0.083、0.083 和 0.126 mm/a，未超過設(shè)計(jì)腐蝕裕量，但已超過含硫氣田腐蝕控制標(biāo)準(zhǔn)0.075 mm/a。圖1所示為162－CL－30801探針腐蝕曲線。

圖1 二級(jí)硫冷器酸性氣入口162－CL－30801探針腐蝕曲線

如圖1所示，162系列于1月25日停工吹硫期間，腐蝕速率出現(xiàn)較大速度增長，分析原因如下:①燃料氣產(chǎn)生的高溫氣體高于正常運(yùn)行溫度，可加速酸性氣體中硫化物的分解，導(dǎo)致活性硫組分增加，致使腐蝕速率的加快;②吹硫時(shí)燃燒甲烷氣體，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)CO2與H2S的分壓比大于500，腐蝕產(chǎn)物膜的主要成分變?yōu)樘妓醽嗚F，該產(chǎn)物膜結(jié)晶粗大且不均勻，易破損、脫落，會(huì)誘發(fā)局部腐蝕，導(dǎo)致監(jiān)測腐蝕加快。

探針CL－40401安裝在尾氣處理單元急冷水泵出口管線，管線材質(zhì)為碳鋼(20#)，監(jiān)測介質(zhì)為急冷水。管線設(shè)計(jì)腐蝕裕量為6 mm，按照裝置運(yùn)行壽命為15年進(jìn)行核算，則設(shè)計(jì)允許腐蝕速率為0.40 mm。1月份，121、161、162系列腐蝕速率較快，腐蝕速率分別為0.128、0.096 和 0.124 mm/a，雖未超過設(shè)計(jì)腐蝕裕量，但已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過酸性氣田腐蝕速率標(biāo)準(zhǔn) 0.075 mm/a。

圖2 急冷水泵出口管線腐蝕速率較大監(jiān)測點(diǎn)腐蝕曲線

圖2為162－CL－40401探針腐蝕曲線，如圖所示，相比于凈化裝置投產(chǎn)前期，急冷水腐蝕速率出現(xiàn)降低趨勢(shì)。通過優(yōu)化調(diào)整操作，該點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的現(xiàn)象明顯減少。但在停工之后，急冷水管線監(jiān)測探針腐蝕速率呈現(xiàn)急劇上升趨勢(shì)，分析原因如下:該點(diǎn)探針安裝在管線底部，在停工后，該點(diǎn)探針監(jiān)測空間內(nèi)存在滯留水，同時(shí)，由于處于低點(diǎn)，系統(tǒng)中產(chǎn)生的鹽類、腐蝕產(chǎn)物、污垢等物質(zhì)在此沉積，易產(chǎn)生垢下腐蝕。此外，急冷水中存在少量的SO2－3及SO2－4，不僅本身是一種酸性腐蝕性離子，同時(shí)為硫酸鹽還原菌的滋生和繁殖提供了環(huán)境，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)黏泥量增大，加速了金屬腐蝕。從探針拆取檢查情況來看，區(qū)域易積累固體或粘稠狀液體污染物，分析主要為停工期間沉積及腐蝕所致。

4 結(jié)論

監(jiān)測系統(tǒng)能夠監(jiān)測全廠重點(diǎn)腐蝕部位的腐蝕狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)腐蝕異常情況，并通過觀測腐蝕曲線結(jié)合有關(guān)部門采取相應(yīng)腐蝕控制措施，避免設(shè)備腐蝕引起的安全生產(chǎn)事故，為企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)效益，但有以下幾點(diǎn)需要改善:購置便攜式腐蝕測量設(shè)施，增設(shè)離線測厚點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)已設(shè)置在線監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)校對(duì)，對(duì)未設(shè)置在線監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行腐蝕跟蹤檢測;對(duì)于停工裝置進(jìn)行腐蝕情況調(diào)查，編制調(diào)查方案和措施，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備內(nèi)部污垢狀況、內(nèi)部破損、剩余壁厚、腐蝕形貌等項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)查，建立腐蝕檔案，并通過調(diào)查結(jié)果對(duì)材料使用風(fēng)險(xiǎn)和壽命進(jìn)行評(píng)估;避免裝置頻繁開工、停工，盡可能使裝置長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn);優(yōu)化工藝操作，加強(qiáng)對(duì)腐蝕嚴(yán)重區(qū)域的巡檢，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)反應(yīng)，及時(shí)處理。

［1］鄭立群，張 蔚.高溫腐蝕監(jiān)測電阻探針和測試儀的研制及應(yīng)用［J］.石油化工腐蝕與防護(hù).2002，19(5);50－53.

［2］袁軍國.腐蝕監(jiān)測技術(shù)在鎮(zhèn)海煉化公司的應(yīng)用［J］.石油化工腐蝕與防護(hù).2002.19(6);49－53.