脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)在硫黃裝置中的應(yīng)用

周 洋

（中國(guó)石化塔河煉化有限責(zé)任公司，新疆庫(kù)車(chē)842000）

中國(guó)石化塔河煉化有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)塔河煉化）主要加工塔里木油田重質(zhì)原油，該原油屬劣質(zhì)稠油，硫含量高、粘度大、鹽含量，對(duì)煉油裝置的腐蝕非常嚴(yán)重。硫黃回收裝置屬于其下游的環(huán)保裝置，通過(guò)處理煉油過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣和廢水來(lái)制備硫黃。該裝置中的含硫污水含硫酸性氣體，高含硫化氫的富溶劑均會(huì)對(duì)設(shè)備和管線(xiàn)造成腐蝕，此問(wèn)題一直困擾著裝置的長(zhǎng)期安穩(wěn)運(yùn)行［1］。

壓力容器、壓力管道腐蝕檢查是企業(yè)掌握裝置腐蝕狀況，做好下階段防腐的重要依據(jù)。塔河煉化煉油1部硫黃回收單元采用脈沖渦流壁厚精確掃查技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)高溫隱蔽點(diǎn)及易腐蝕點(diǎn)的檢測(cè)，確保設(shè)備管線(xiàn)運(yùn)行隱患及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理。

1 脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)原理

通過(guò)在探頭發(fā)射線(xiàn)圈加載瞬間關(guān)斷的脈沖電流，則在發(fā)射線(xiàn)圈空間產(chǎn)出較強(qiáng)的脈沖式衰減磁場(chǎng)，繼而會(huì)在鋼質(zhì)管壁內(nèi)激勵(lì)出脈沖式的快速衰減的渦流。渦流衰減同時(shí)產(chǎn)生2次衰減磁場(chǎng)，于是在探頭的接收線(xiàn)圈中，會(huì)輸出1個(gè)感應(yīng)衰減電壓。如果管壁沒(méi)有缺陷，則理論上2次衰減磁場(chǎng)在接收線(xiàn)圈上的感應(yīng)電壓衰減特性是基本一致的；如果管壁上局部有缺陷，則會(huì)影響接收線(xiàn)圈感應(yīng)電壓的衰減特性。主系統(tǒng)捕集到的2次衰減電壓，包含了金屬厚度等綜合信息。通過(guò)算法解析，可得到腐蝕缺陷的具體位置及嚴(yán)重程度，所得圖譜結(jié)果定性或半定量［2，3］。

2 脈沖渦流檢測(cè)特點(diǎn)

裝置設(shè)備管線(xiàn)常見(jiàn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有超聲波測(cè)厚、磁粉檢測(cè)及滲透檢測(cè)等，各種檢測(cè)手段優(yōu)缺點(diǎn)比對(duì)見(jiàn)表1。

表1 六種常用無(wú)損檢測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

脈沖渦流壁厚精確掃查技術(shù)屬于電磁檢測(cè)范圍，具有無(wú)需直接接觸、無(wú)需清理檢測(cè)表面、無(wú)需添加任何介質(zhì)、無(wú)需放射源等特點(diǎn)。脈沖瞬態(tài)感應(yīng)信號(hào)信息量豐富，1次掃描即可形成寬度達(dá)到200 mm的大范圍檢測(cè)，還可以達(dá)到對(duì)被測(cè)設(shè)備金屬表面、近表面、亞表面等多個(gè)深度的測(cè)量，特別對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型設(shè)備和機(jī)組檢測(cè)時(shí)，無(wú)需更換探頭及改變參數(shù)設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)高溫設(shè)備腐蝕點(diǎn)的瞬間檢測(cè)與分析，可通過(guò)數(shù)據(jù)分析了解腐蝕參數(shù)的變化情況，第1時(shí)間便可得到檢測(cè)結(jié)果。通過(guò)幾種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)比，脈沖渦流檢測(cè)優(yōu)勢(shì)明顯，再配合上超聲波測(cè)厚儀進(jìn)行精確測(cè)厚，特別適用于石油化工生產(chǎn)中管線(xiàn)和設(shè)備的檢測(cè)［4］。

3 渦流脈沖檢測(cè)在硫黃裝置中的具體應(yīng)用

塔河煉化溶劑再生裝置采用中溫低壓閃蒸及常規(guī)蒸汽汽提再生工藝，其中溶劑再生塔以0.3 MPa蒸汽為熱源，將富液中的H2S蒸出，得到的貧液繼續(xù)用來(lái)循環(huán)使用脫硫，產(chǎn)生的H2S氣體經(jīng)過(guò)脫液后進(jìn)入硫黃回收單元用來(lái)生產(chǎn)硫黃，因而溶劑再生裝置對(duì)于整個(gè)硫黃有著重要的意義。

硫化物在溫度低于120℃，無(wú)水情況下對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕；但當(dāng)有少量水存在時(shí)，則形成H2S-H2O型腐蝕。該裝置中再生酸性氣空冷器出口設(shè)計(jì)溫度為55℃，空冷出口會(huì)有冷凝水存在，會(huì)產(chǎn)生腐蝕形態(tài)為低溫H2S-H2O的均勻腐蝕，同時(shí)，塔頂空冷器E5607出口至V5602入口酸性氣管線(xiàn)和相關(guān)設(shè)備還存在著H2S-CO2-H2O沖刷腐蝕，裝置的長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)行受到了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

4 1#裝置E5604酸性氣入口管線(xiàn)腐蝕穿孔事件

2019年5月29日，1#硫黃E5607出口線(xiàn)發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，三修單位打卡子，之后用火作業(yè)包盒子處理。

2019年8月20日，1#硫黃E5604酸性氣進(jìn)口線(xiàn)發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，三修單位打注膠卡子。

由于該處管線(xiàn)接連發(fā)生泄漏事件，2019年11月中旬，硫黃單元先后委托洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心和洛陽(yáng)隆惠公司技術(shù)人員，使用常規(guī)的超聲波測(cè)厚儀，前后2次對(duì)1#再生E5607至E5604之間的酸性氣管線(xiàn)進(jìn)行密集測(cè)厚，均未發(fā)現(xiàn)有明顯的腐蝕減薄部位。

2019年12月7日，班組人員巡檢發(fā)現(xiàn)E5604酸性氣進(jìn)口線(xiàn)閥前直管段處腐蝕穿孔，大量的硫化氫氣體外泄，只能打膠皮卡子臨時(shí)處理。

2019年12月10日，開(kāi)特級(jí)火票，將整個(gè)減薄管段包盒子處理。

2020年4月，利用1#系列裝置停工大檢修的機(jī)會(huì)把酸性氣進(jìn)E5604管線(xiàn)全部更換材質(zhì)為022Cr19Ni10流體不銹無(wú)縫鋼管，才徹底解除此重大安全隱患。

如果在前面使用脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)大范圍檢測(cè)管線(xiàn)腐蝕減薄情況，再配合上超聲波測(cè)厚儀精準(zhǔn)的點(diǎn)位檢測(cè)，進(jìn)而找到具體的最薄腐蝕點(diǎn)，并給出準(zhǔn)確數(shù)值，就可以對(duì)硫黃裝置易腐蝕部位形成真正有效的密集測(cè)厚，及時(shí)發(fā)現(xiàn)減薄部位，從而可以有效避免因管線(xiàn)腐蝕減薄穿孔可能導(dǎo)致的裝置非計(jì)劃停工。

為了徹底排查硫黃回收裝置設(shè)備管線(xiàn)的腐蝕安全隱患，確定利用脈沖渦流掃查技術(shù)對(duì)指定的重點(diǎn)高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備管線(xiàn)進(jìn)行腐蝕狀況掃查驗(yàn)證。通過(guò)2020年7月的脈沖渦流掃查，煉油一部硫黃單元共測(cè)量96處，其中有36處腐蝕減薄超過(guò)20%。其中壁厚低于4 mm（或者接近4 mm）有3處，設(shè)備V213頂封頭1處，具體見(jiàn)表2。

根據(jù)SH3059-2001《石油化工管道設(shè)計(jì)器材選用通則》對(duì)壓力管道最小壁厚要求［5］，結(jié)合表2中檢測(cè)結(jié)果可知，被檢測(cè)的管線(xiàn)相關(guān)彎頭處最小壁厚已接近石化管道標(biāo)準(zhǔn)的最小壁厚，對(duì)減薄壁厚超過(guò)30%的管線(xiàn)需提高檢測(cè)頻率，對(duì)最小壁厚低于4 mm更換管線(xiàn)或者貼板處理，保證安全生產(chǎn)。

表2 硫黃裝置脈沖渦流檢測(cè)結(jié)果

相較于工藝管線(xiàn)，V213罐本體腐蝕更為嚴(yán)重。V213罐材質(zhì)為Q245R，操作溫度為40℃左右，其介質(zhì)主要是空氣、烴及硫化氫、硫醇及夾帶部分堿液和水。工藝流程為：脫硫醇尾氣自V204來(lái)，經(jīng)過(guò)1級(jí)分液罐V208處理后，進(jìn)入2級(jí)分液罐V213，尾氣最后去往F601反應(yīng)爐焚燒處理，該分液罐極少排液。此次使用渦流脈沖檢測(cè)技術(shù)對(duì)V213進(jìn)行掃查，發(fā)現(xiàn)其罐頂封頭處腐蝕減薄嚴(yán)重，最薄的部位僅厚2.3 mm，根據(jù)測(cè)厚結(jié)果，在頂封頭（氣相部位）腐蝕最為嚴(yán)重且穿孔泄漏，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 V213壁厚檢測(cè)結(jié)果/mm

測(cè)厚結(jié)果表明自頂封頭至筒體下部嚴(yán)重腐蝕減薄，其腐蝕程度自上而下逐漸減弱，此外在泄露點(diǎn)的上方區(qū)域腐蝕較其它方向嚴(yán)重。結(jié)合罐內(nèi)介質(zhì)、腐蝕形貌與特點(diǎn)及使用條件等綜合判斷，該罐腐蝕是綜合多種腐蝕介質(zhì)作用的結(jié)果。

主要機(jī)理是水蒸氣在罐頂局部凝結(jié)形成液膜，液膜溶解氧和硫化物（H2S及硫醇），硫化物遇上氧再次氧化形成酸性氣遇到水蒸氣在容器內(nèi)壁液面形成濕酸環(huán)境，在長(zhǎng)期使用的情況下，該環(huán)境對(duì)碳鋼形成嚴(yán)重腐蝕并穿孔。

對(duì)于V213罐體的腐蝕，通過(guò)使用鈍化劑對(duì)其鈍化，開(kāi)人孔后進(jìn)行內(nèi)檢，罐體及封頭處腐蝕嚴(yán)重，對(duì)腐蝕減薄部位進(jìn)行貼板補(bǔ)焊。后期做設(shè)備更新計(jì)劃，對(duì)其整體更換，并將材質(zhì)升級(jí)為304不銹鋼，內(nèi)部覆蓋防腐涂層，降低罐體內(nèi)部腐蝕。

5 結(jié)束語(yǔ)

脈沖渦流精確掃查采用的是電磁技術(shù)，其探頭使用靈活，適用于環(huán)境復(fù)雜的裝置檢測(cè)，還可以進(jìn)行高效面掃查，可有效避免漏檢。隨著脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)在塔河煉化的推廣應(yīng)用，它必將使設(shè)備和管線(xiàn)腐蝕減薄無(wú)處遁形，還可以對(duì)運(yùn)行裝置整體腐蝕趨勢(shì)進(jìn)行分析，并提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。