金屬材料分析技術(shù)在煉化裝置中的實(shí)際應(yīng)用探究

余意

摘 要：在當(dāng)下這個新興科技迅猛發(fā)展的時代，各個領(lǐng)域各個行業(yè)的發(fā)展都依賴新的科技，新技術(shù)可以帶來效益的提高，從而更大程度上催化生產(chǎn)的過程。本文以金屬材料光譜材質(zhì)分析技術(shù)為例，全面介紹金屬材料分析技術(shù)在煉化裝置中的應(yīng)用， 光譜材質(zhì)分析技術(shù)是新興的設(shè)備完整性管理技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中可以配合硬度檢測等技術(shù)在煉化企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。此外，本文將闡述金屬材料分析技術(shù)最新的發(fā)展情況，為將來進(jìn)一步優(yōu)化煉化裝置提供依據(jù)和保證。

關(guān)鍵詞：光譜材質(zhì)分析；煉化裝置；實(shí)際應(yīng)用；發(fā)展趨勢

1 簡介

金屬材料的分析方法有“定量”和“定性”兩種，本文中舉例介紹的光譜分析屬于前者，用于測定金屬材料中所含的合金元素的百分比含量或某一特定的合金元素的百分比含量。在目前的煉化企業(yè)的煉化生產(chǎn)中，最常用的是原子發(fā)射光譜分析和硬度測量技術(shù)，兩者通常配合進(jìn)行。

2 光譜材質(zhì)分析技術(shù)原理

2.1物理原理

金屬的最小單位原子，是原子核和繞核運(yùn)動的電子組成的，原子核外的電子因能量不同形成不同的能級，故而原子核具有多種能級狀態(tài)。能量最低的是基態(tài)能級（E0=0），其余均為激發(fā)態(tài)能級，在激發(fā)態(tài)能級中能量最低的又稱為第一激發(fā)態(tài)。當(dāng)基態(tài)原子獲得外界能量，且外界能量足夠使基態(tài)原子躍遷到另一高能級，則其就可以吸收這一特征波長的光，使外層電子躍遷到相應(yīng)的激發(fā)態(tài)，從而產(chǎn)生原子吸收光譜。但我們知道，激發(fā)態(tài)電子是極其不穩(wěn)定的，其經(jīng)過幾秒后將返回基態(tài)或低能級，并將躍遷吸收的能量以光的形式釋放出去，以上這個過程就稱為原子發(fā)射光譜。原子吸收光譜是通過吸收一定的能量再釋放出去，通過這樣一個循環(huán)過程來形成特征譜線，金屬具有自己特定的特征譜線，通過光學(xué)系統(tǒng)，特征譜線進(jìn)行分光色散等過程后根據(jù)譜線波長的大小差異形成連續(xù)光譜，最后通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算就可以確定各個金屬元素的百分含量。

2.2分析原理

待測元素的特征光譜被樣品蒸汽中的基態(tài)原子吸收，吸收后光譜強(qiáng)度減弱，根據(jù)減弱的程度可以計(jì)算相應(yīng)金屬元素的百分含量。這種計(jì)算方式符合郎珀-比爾定律A= -lg I/I o= -lgT = KCL，在這個計(jì)算公式中，I為透射光強(qiáng)度，I0為發(fā)射光強(qiáng)度，T為透射比， L是不變值，故而可得A=KC。

3 金屬光譜分析在煉化裝置中的應(yīng)用舉例

3.1 煉化設(shè)備重復(fù)使用的案例分析

1.2007年9月，沈陽某煉化企業(yè)對生產(chǎn)的煉化裝置罐體305材質(zhì)進(jìn)行光譜分析， 最后根據(jù)檢測結(jié)果得出該罐體是304不銹鋼材質(zhì)， 故而認(rèn)定可以重復(fù)使用。

2.2005年6月，天津某煉化企業(yè)對工廠車間的煉化罐體302材質(zhì)進(jìn)行光譜材質(zhì)分析， 從結(jié)果得知罐體材質(zhì)為不銹鋼304， 符合再次利用的標(biāo)準(zhǔn)【1】。

3.2 煉化裝置故障分析

2010年3月，某聚丙烯廠造粒機(jī)螺桿因常年露天導(dǎo)致腐蝕特別嚴(yán)重， 其正常運(yùn)行受阻，故而對裝置進(jìn)行停工檢修。為此，聚丙烯裝置的生產(chǎn)廠家提供了該設(shè)備的材料出廠證明，從證明文件，我們可以知道該裝置的材質(zhì)為NHD4一M（日本鋼牌號標(biāo)準(zhǔn)）， 之后便將設(shè)備送去給專業(yè)人員檢測，通過專業(yè)的分析得知該材料的材質(zhì)為Cr12MolVI，與廠家提供的證明差別，從而可以得知部分生產(chǎn)廠家具有售假行為，這也從一定程度上造成了后期設(shè)備運(yùn)行故障，此類案例的發(fā)生為后期該類煉化企業(yè)進(jìn)行裝置選材和優(yōu)化檢修方案等流程提供了有力的數(shù)據(jù)支持【1】。

3.3 光譜分析的實(shí)際應(yīng)用

煉化企業(yè)每年均會對各類煉化鋼材進(jìn)行金屬元素成分分析，但效率和效果都很低，2005年光譜出現(xiàn)之后，經(jīng)過光譜分析檢測得知供貨單位供應(yīng)的合金鋼管件存在75%的不合格產(chǎn)品， 數(shù)據(jù)令人驚訝，與此同時，也為各大煉化企業(yè)挽回了巨額的經(jīng)濟(jì)損失。因此，定期對煉化設(shè)備進(jìn)行材質(zhì)分析， 不僅能夠在技術(shù)上化被動為主動，實(shí)現(xiàn)從估計(jì)到準(zhǔn)確監(jiān)測的轉(zhuǎn)變，使監(jiān)測人員能夠及時了解生產(chǎn)設(shè)備的材質(zhì)變化和腐蝕程度，從而及時解決問題，為企業(yè)減少損失，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4 金屬材料分析技術(shù)的發(fā)展趨勢

光譜分析法在煉化裝置中的應(yīng)用非常廣泛，但是這種傳統(tǒng)方法具有一定的局限性，體現(xiàn)在數(shù)據(jù)、時效性等方面。隨著科技的不斷創(chuàng)新，很多新興的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，這些新的技術(shù)方法有助于金屬分析技術(shù)的不斷提高，不僅可以給企業(yè)帶來更大的效益，還可以促進(jìn)科技發(fā)展，更好得滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枰?，推動我國生產(chǎn)加工以及制造業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新。下面將詳細(xì)介紹幾種新興的金屬分析技術(shù)。

4.1電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法是于二十世紀(jì)八十年代發(fā)展出來的一種高靈敏度的測試分析技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)了傳統(tǒng)檢測的技術(shù)靈敏度低的缺點(diǎn)，因此廣泛被應(yīng)用于分析測試無機(jī)元素和同位素。它是用特殊的接口技術(shù)把電感耦合的高溫特點(diǎn)與質(zhì)樸技術(shù)的靈敏特性的優(yōu)點(diǎn)融合起來發(fā)展成為一種新型技術(shù)【2】。它可以根據(jù)金屬材料中的稀有金屬成分進(jìn)行測試，其高靈敏性和簡單的譜線技術(shù)使得其成本大幅提高，但是也有相應(yīng)的缺點(diǎn)，因此在實(shí)際的應(yīng)用過程中也存在一定的局限性。

4.2 激光誘導(dǎo)等離子體光譜法

激光誘導(dǎo)等離子體光譜法是近幾年新興的分析技術(shù)，其分析裝備很簡易，操作也十分簡便，不需要大規(guī)模的高級培訓(xùn)，這也為企業(yè)節(jié)省了不小的人員成本【3】。更加特色的是，在這個過程中，設(shè)備發(fā)射一次脈沖能同時測量多種元素，實(shí)現(xiàn)高精度高效益的在線分析，滿足當(dāng)下現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)快速分析的需要，節(jié)約了時間，降低了成本，提高了效益。因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)以上的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，是它成為原子光譜分析技術(shù)陣營中的一顆明星。

4.3石墨爐原子吸收法

原子吸收是原子吸收能量躍遷到其他能級的過程，當(dāng)有能量通過自由原子蒸氣，并且頻率足夠原子躍遷時，原子便可以從基態(tài)躍遷到較高能態(tài)，原子在這個過程中產(chǎn)生了共振吸收，而這種方法就是通過共振吸收量來定量分析各金屬成分的百分含量。石墨爐原子吸收法主要是將石墨材料加工成管或者是其他原子化器，利用金屬在密閉空間里發(fā)生原子化，然后通過電流加熱進(jìn)行原子化吸收和分析，最終檢測出金屬成分的含量【2】。這個原子化的發(fā)生過程效率和靈敏度高，但也存在一定的劣勢，它的背景干擾大，制備樣品的時間長，成本也相對較高。

4.4 金屬材料分析方法的發(fā)展趨勢

隨著各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，煉化設(shè)備的金屬材料種類越來越復(fù)雜，這不僅對金屬材料分析技術(shù)的發(fā)展是一個挑戰(zhàn)，也是對操作環(huán)境，人員技術(shù)水平的考驗(yàn)。傳統(tǒng)的分析方法因?yàn)殪`敏度不高以及易受外界環(huán)境影響已經(jīng)不能滿足各大煉化企業(yè)的需要，因此，必須在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，使技術(shù)朝著更加快速、便捷、高精度的方向發(fā)展【3】。與此同時，我們也需要促進(jìn)各項(xiàng)專業(yè)技術(shù)的交叉和融合，吸收各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢，摒除劣勢，使金屬分析技術(shù)更具全面性和高效性。

5 結(jié)語

本文主要介紹了金屬分析的各項(xiàng)技術(shù)，既分析了傳統(tǒng)方法以及其在煉化裝置中的具體應(yīng)用，也介紹了當(dāng)下新興的幾種金屬分析技術(shù)以及該類技術(shù)的發(fā)展趨勢，這些技術(shù)主要用于檢測煉化裝置中金屬成分的百分含量，科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用不僅可以提高結(jié)果的精確性和準(zhǔn)確性，還可以降低操作成本，為企業(yè)帶來更大效益。與此同時，也促進(jìn)了金屬分析技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，帶動了我國工業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐建慶.金屬材料分析技術(shù)在煉化裝置中的實(shí)際應(yīng)用[J].化工管理，2016（23）：163.

[2]趙黎鋒.各種金屬材料成分分析方法現(xiàn)狀與趨勢[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（05）：143.

[3]程美潔.金屬材料成分分析技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2015（08）：20.