電場矩陣壁厚在線監(jiān)測技術(shù)在閃蒸系統(tǒng)的應(yīng)用

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司,河南 洛陽 471012)

中國石油化工股份有限公司某分公司(以下簡稱某分公司)原油蒸餾裝置有兩路流程，一路為原油進(jìn)常減壓蒸餾大流程，另外一路為原油閃蒸系統(tǒng)。閃蒸塔的塔頂油氣組分并入大流程的常壓爐轉(zhuǎn)油線，進(jìn)入常壓塔，閃蒸塔底油去催化裂化裝置深加工。

閃蒸系統(tǒng)是為了適應(yīng)“分儲(chǔ)分煉”的加工模式而設(shè)置的，自投用以來，一直加工低硫低酸原油。閃蒸系統(tǒng)除閃蒸爐內(nèi)管線使用1Cr5Mo外，其他設(shè)備外部連接管線均為20號鋼，硫設(shè)防值為0.5%(閃蒸塔為1.5%)，酸設(shè)防值為0.5 mgKOH/g。根據(jù)2014年8月中石化某分公司做出的2015年低負(fù)荷生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化方案，閃蒸系統(tǒng)擬加工硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)2.1%的塔河混合原油，超出閃蒸系統(tǒng)設(shè)防值。由于檢修工期及供貨周期等客觀原因又無法及時(shí)進(jìn)行材質(zhì)升級，傳統(tǒng)的定點(diǎn)測厚等檢測手段無法滿足長周期安全運(yùn)行需要，如何確保加工塔河高硫原油期間裝置安全運(yùn)行，監(jiān)控腐蝕問題是關(guān)鍵。故于2014年12月在閃蒸系統(tǒng)安裝了4套電場矩陣壁厚監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)控閃蒸裝置高溫薄弱部位，確保了處理高含硫原油期間裝置安全可控運(yùn)行至2015年底大檢修，為分公司降本增效做出了貢獻(xiàn)。這是國產(chǎn)電場矩陣系統(tǒng)首次在中石化裝置現(xiàn)場成功應(yīng)用，取得了良好效果。

1 加工塔河高硫原油存在問題

1.1 原油硫含量超設(shè)防值

2008年10月,某分公司曾對塔河重混原油進(jìn)行了綜合評價(jià)，其一般性質(zhì)分析見表1。從表1可以看出，該原油的密度大(953.0 kg/m3)，黏度大(50 ℃，808.4 mm2/s；80 ℃，104.4 mm2/s)，凝點(diǎn)高(11 ℃)，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)高(2.06%)，殘?zhí)恐蹈?15.30%)，鹽質(zhì)量濃度高(589.8 mg/L)。塔河重混原油屬重質(zhì)高硫中間基原油。

表1 塔河重混原油一般性質(zhì)

而閃蒸系統(tǒng)自2006年10月建成投用以來，其加工的原油硫含量及酸值都很低，以2014年7—11月份為例，其硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值為0.20%，平均0.12%，酸值最大0.23 mgKOH/g，平均0.09 mgKOH/g，為低硫低酸值原油，對設(shè)備的腐蝕輕微。具體見表2。

表2 閃蒸裝置加工原油性質(zhì)

由表1和表2可以看出，閃蒸系統(tǒng)加工流程優(yōu)化后，加工原油硫含量將發(fā)生重大變化。因閃蒸系統(tǒng)硫設(shè)防值為0.5%(閃蒸塔為1.5%)，酸設(shè)防值為0.5 mgKOH/g，閃蒸系統(tǒng)加工塔河原油，硫含量將遠(yuǎn)超出設(shè)防值。

1.2 材質(zhì)偏低

閃蒸系統(tǒng)在2008年投用至今，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20號鋼。根據(jù)SH/T 3096—2012《高硫原油加工裝置設(shè)備和管道選材導(dǎo)則》表6.1.1加工高硫低酸原油蒸餾主要管道推薦用材表，介質(zhì)溫度高于240 ℃管道材質(zhì)應(yīng)選用1Cr5Mo。因此，目前的材質(zhì)不符合加工塔河高硫原油的要求。需要對高溫管線的材質(zhì)進(jìn)行升級，主要包括閃蒸爐出口至閃蒸塔轉(zhuǎn)油線，閃蒸塔底抽出至閃蒸塔底油泵P1203以及閃蒸塔底油泵P1203至換熱器E1058等管線。

1.3 無法在線監(jiān)控

閃蒸系統(tǒng)加工高硫原油后，加大測厚頻次、加強(qiáng)巡檢是必要的監(jiān)控措施。在閃蒸裝置管線升級改造前，如何實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控高溫關(guān)鍵部位腐蝕狀況成了問題的關(guān)鍵。

2 電場矩陣壁厚在線監(jiān)測系統(tǒng)

電場矩陣壁厚在線監(jiān)測工作原理為：在被監(jiān)測的設(shè)備或管道外壁按照一定矩陣方式布置測量電極，監(jiān)測系統(tǒng)在電極上產(chǎn)生低頻電感信號，同時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)地對各個(gè)矩陣不同時(shí)間的響應(yīng)信號進(jìn)行采集、放大、處理，通過運(yùn)算模型給出管道腐蝕情況，繪出三維腐蝕減薄圖。

由于屬于直接測量，可以實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)面實(shí)時(shí)、連續(xù)、在線監(jiān)控高溫管線壁厚，可避免人工測厚帶來的較大誤差，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反映管道的腐蝕情況。

3 在線監(jiān)測及應(yīng)對措施

3.1 對閃蒸單元腐蝕預(yù)測評估

為了做到有的放矢，查找閃蒸系統(tǒng)腐蝕薄弱環(huán)節(jié)，首先對閃蒸單元加工塔河高硫原油進(jìn)行了腐蝕預(yù)測評估，也就是通過收集常減壓蒸餾裝置閃蒸單元運(yùn)行數(shù)據(jù)和工藝流程，組織專家團(tuán)隊(duì)，依據(jù)設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則、McConomy曲線、NACE和API相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對閃蒸系統(tǒng)裝置設(shè)備和管線硫腐蝕和酸腐蝕進(jìn)行核算。通過原油硫含量、酸值、介質(zhì)溫度和壓力等腐蝕相關(guān)參數(shù)開展適應(yīng)性評價(jià)，確定腐蝕回路，找出裝置腐蝕薄弱部位及預(yù)測評估腐蝕速率。通過腐蝕預(yù)測評估，將設(shè)備管線進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級，提出在閃蒸爐出口等4個(gè)關(guān)鍵部位采用電場矩陣壁厚在線監(jiān)測系統(tǒng)，并另選99個(gè)點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)測厚，每月測厚一次，測厚結(jié)果與在線監(jiān)測腐蝕速率進(jìn)行對比。

3.2 電場矩陣壁厚在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

2014年12月，經(jīng)過充分論證準(zhǔn)備，在閃蒸單元關(guān)鍵部位安裝了4套電場矩陣壁厚監(jiān)測系統(tǒng)。具體安裝部位及系統(tǒng)組成見表3和圖1。

表3 電場矩陣壁厚監(jiān)測系統(tǒng)安裝位置

圖1 電場矩陣壁厚監(jiān)測系統(tǒng)

通過調(diào)試，目前該系統(tǒng)能夠自動(dòng)收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，具備數(shù)據(jù)庫功能，提供便捷的數(shù)據(jù)顯示及分析功能，提供腐蝕趨勢分析、管線安全報(bào)警等功能，并且軟件系統(tǒng)能夠?qū)艿栏g狀況進(jìn)行三維展示，獲得管道的腐蝕深度與剩余壁厚信息，能判斷和評估其壽命和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)軟件采用遠(yuǎn)程瀏覽模式，用戶可以在辦公室通過軟件實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場管線剩余壁厚。

3.3 定期對腐蝕監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評價(jià)

根據(jù)電場矩陣壁厚監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測情況及定點(diǎn)測厚記錄及原料性質(zhì)進(jìn)行綜合分析，每月初對閃蒸單元上一個(gè)月整體運(yùn)行情況、設(shè)備及管道腐蝕情況進(jìn)行評估，提出明確的診斷結(jié)果及整改建議，根據(jù)診斷結(jié)果及建議及時(shí)安排整改。

3.4 建立生產(chǎn)應(yīng)急及特護(hù)體系

一是建立原油預(yù)警臺賬，加強(qiáng)對塔河原油原料性質(zhì)的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常并及時(shí)反饋生產(chǎn)調(diào)度處和技術(shù)質(zhì)量處;二是建立閃蒸裝置特護(hù)體系，對閃蒸裝置特別是高溫管線部位進(jìn)行巡檢，并簽字確認(rèn);三是制定閃蒸裝置緊急停工應(yīng)急預(yù)案，并下發(fā)班組學(xué)習(xí)。如果發(fā)生高溫管線泄漏，就啟動(dòng)該應(yīng)急預(yù)案。

4 實(shí)施效果

4.1 實(shí)際加工原油性質(zhì)

2015年2月13日11時(shí)閃蒸裝置開始全部加工塔河混合油，2015年2月至9月閃蒸裝置原油硫含量和酸值平均值如圖2所示。由圖2可以看出，2015年2月至9月閃蒸裝置加工塔河混合油期間原油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)超過設(shè)防值0.5%，均值也達(dá)到了1.94%，可以看出，實(shí)際加工原油與預(yù)期加工原油硫含量基本一致。

圖2 閃蒸裝置原油硫含量和酸值

4.2 矩陣壁厚在線監(jiān)測實(shí)施效果

通過腐蝕在線監(jiān)測和定點(diǎn)測厚發(fā)現(xiàn)，腐蝕結(jié)果與腐蝕評估預(yù)測基本一致。如塔底抽出一個(gè)部位的腐蝕監(jiān)測如下：

圖3為塔底抽出短接9月25日厚度立體圖，圖4為該部位4個(gè)矩陣組3月到9月厚度趨勢曲線圖。從圖3可以看出,一些矩陣高度不同，說明管線上剩余厚度是不均勻的。各矩陣組的腐蝕趨勢曲線見圖4。

圖3 塔底抽出短接9月25日厚度立體圖

圖4 塔底抽出部位的厚度趨勢

由圖4可以看出，2015年3月到9月該彎頭不同區(qū)域腐蝕減薄分別為0.52,0.49,0.33和 0.32 mm等。平均腐蝕速率為0.71 mm/a，而該點(diǎn)附近測厚結(jié)果是0.66 mm/a。兩種檢測結(jié)果相近，也符合評估預(yù)測的結(jié)果。在6月初，由于監(jiān)測到塔底油進(jìn)、出E1058換熱器管線彎頭腐蝕超過設(shè)計(jì)腐蝕裕量后即刻進(jìn)行了提前包盒子處理，而其他部位監(jiān)測結(jié)果均在可控范圍內(nèi)，全部實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)運(yùn)行到2015年9月底裝置停工檢修。

由此可見，通過電場矩陣壁厚在線腐蝕監(jiān)測的應(yīng)用，為常減壓蒸餾裝置閃蒸系統(tǒng)加工塔河原油生產(chǎn)決策提供了技術(shù)支持，確保了裝置安全可控運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了預(yù)知性維修，避免了事故發(fā)生。

5 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

電場矩陣壁厚在線腐蝕監(jiān)測的應(yīng)用，為常減壓蒸餾裝置閃蒸系統(tǒng)給加工塔河原油生產(chǎn)決策提供了科學(xué)依據(jù)，確保了裝置安全可控運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了分公司提出的2015年低負(fù)荷生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化方案的目標(biāo)，為優(yōu)化生產(chǎn)、提升效益做出了貢獻(xiàn)。

5.2 社會(huì)效益分析

電場矩陣壁厚在線腐蝕監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，使得設(shè)備管線做到了預(yù)知性維修，避免了薄弱部分泄漏事故發(fā)生，保證了安全平穩(wěn)生產(chǎn)。同時(shí)也消除了泄漏著火爆炸帶來的環(huán)境污染及對周圍居民的影響。

6 結(jié)束語

電場矩陣壁厚在線監(jiān)測技術(shù)是一種測量均勻腐蝕和局部腐蝕的創(chuàng)新性技術(shù)。在不停工、不開孔的條件下直接測量管道局部腐蝕狀況、剩余壁厚，實(shí)現(xiàn)了高溫連續(xù)測厚，降低了生產(chǎn)成本，提高了測量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了檢測范圍由點(diǎn)到面的突破，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)知性維修，避免事故發(fā)生，因此具有非常廣闊的應(yīng)用前景。