常壓塔頂揮發(fā)線電感探針腐蝕監(jiān)測有效性研究

王國昇，于南南，張衛(wèi)斌

(1.中海油東方石化有限責任公司，海南 東方 572600；2.岳陽長煉機電工程技術(shù)有限公司，湖南 岳陽 414000)

某石化公司加工海南文昌原油和西江原油，這兩種原油屬于低硫低酸原油。2017年末,在原油預(yù)處理裝置原油中摻煉外購燃料油，因燃料油中硫含量超標，導(dǎo)致進入常壓裝置后的原料中硫含量超標3倍，發(fā)現(xiàn)常壓塔頂揮發(fā)線一直腐蝕速率超標。通過實時調(diào)整操作，準確監(jiān)測裝置管線的腐蝕狀況，對于降低揮發(fā)線腐蝕速率就顯得尤為重要。

1 電感探針腐蝕監(jiān)測狀況

某公司原料預(yù)處理常壓塔頂油氣揮發(fā)線為HCl-H2S-H2O腐蝕環(huán)境[1]，腐蝕速率控制在0.2 mm/a以下，2017至2019年平均腐蝕速率為 0.25～0.37 mm/a，超出控制指標25%～85%，特別是2018年平均腐蝕速率為0.262 9 mm/a。其中2018年5月11日至5月13日探針測得的平均腐蝕速率超過 1.0 mm/a，為歷年來腐蝕最嚴重的運行階段。目前常壓塔頂油氣揮發(fā)線采用電感腐蝕探針在線腐蝕監(jiān)測，為確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，嚴密監(jiān)控常壓塔頂揮發(fā)線腐蝕變化，及時增加采取措施，保證設(shè)備安全運行。

2 電感腐蝕探針可靠性

以電感腐蝕探針數(shù)據(jù)為主要研究對象，通過分析同時間段原油硫含量和酸含量變化、常壓塔頂冷凝水pH值及鐵離子含量等，來確定常壓塔頂揮發(fā)線腐蝕趨勢。通過同時間段現(xiàn)場人工定點測厚數(shù)據(jù)來確定腐蝕速率數(shù)值準確性，為減少人工測厚數(shù)據(jù)誤差，測量在定人、定點及儀器校正的前提下，進行采集，盡量減少人為誤差。以2018年1至6月采集數(shù)據(jù)為研究對象，進行驗證。

2.1 揮發(fā)線腐蝕探針數(shù)據(jù)分析

2018年1至6月,常壓塔頂揮發(fā)線電感探針完好，在線腐蝕監(jiān)測的腐蝕速率見表1。

表1 常壓塔頂在線檢測數(shù)據(jù)

由表1可見，監(jiān)測點腐蝕速率4次超過控制指標(0.2 mm/a)，檢測發(fā)現(xiàn)5月11日至5月13日探針測得的腐蝕速率達到1.0 mm/a以上，已是控制指標的5倍;并且5月平均腐蝕速率為 0.425 3 mm/a ，6月份平均腐蝕速率為0.457 0 mm/a，是控制指標的2倍以上。

2.2 原油性質(zhì)對揮發(fā)線腐蝕的影響

2.2.1 原油性質(zhì)變化

2017年末開始摻煉外購原油，硫含量是基礎(chǔ)油(海南文昌原油和西江原油的混合原油)的3倍。2018年1—7月加工原油硫含量、酸值、電脫鹽脫后水含量、鹽含量見圖1。酸值整體呈下降趨勢；硫質(zhì)量分數(shù)整體呈上升趨勢，5月11日至5月13日硫含量有一個高峰，隨后下降；脫后水呈上升趨勢；脫后鹽含量呈下降趨勢。硫含量升高加劇揮發(fā)線腐蝕。

圖1 原油腐蝕成分分析

2.2.2 常壓塔頂冷凝水變化

2018年1至6月,對常壓塔頂冷凝水的氯離子、pH值、鐵離子、硫化物含量等進行統(tǒng)計分析表明，氯離子呈上升趨勢，特別是5到6月出現(xiàn)氯離子陡升的趨勢;pH值為7左右，基本趨于平穩(wěn)，無大幅波動，但是5月10至5月16日，pH值最低4.4，最高5.1；鐵離子質(zhì)量濃度在3至6月期間出現(xiàn)過超標，最高25 mg/L，遠超控制指標3 mg/L;硫化物含量波動較大，特別是5至6月期間與氯離子含量同步增加，初凝區(qū)凝結(jié)的水量較小，溶解大量的HCl，使得pH值較低，兩者相互作用，加劇了揮發(fā)線的腐蝕[2]。常頂冷凝水與在線腐蝕監(jiān)測趨勢吻合。

碳鋼在不同溫度不同pH值鹽酸溶液中理論腐蝕速率見表2。pH值一定時，腐蝕速率隨溫度的升高而增加[3-4]。2018年1至6月原料預(yù)處理腐蝕探針監(jiān)測腐蝕速率見表1。常壓塔頂操作溫度107～120 ℃，其揮發(fā)線材質(zhì)為碳鋼。1至4月，pH值為6.5～7.4，理論腐蝕速率為 0.254 mm/a，考慮到常壓塔頂流體對腐蝕探針的影響，取區(qū)間平均值，計算1至4月腐蝕探針監(jiān)測平均腐蝕速率0.243 5 mm/a,與碳鋼在pH值6.6～7.0，93 ℃以上腐蝕速率相當。2018年5至6月,pH值在6～6.5，理論腐蝕速率0.508 mm/a稍大于檢測探針腐蝕速率，特別是5月11至13日，pH值在4.4～5.1，理論腐蝕速率為1.778 mm/a,比檢測探針腐蝕速率更大。結(jié)果表明:兩種腐蝕速率對比,理論腐蝕速率大于探針監(jiān)測速率，pH數(shù)值越低，腐蝕速率偏差越大。應(yīng)盡量控制pH值在6.5～8.0，腐蝕探針腐蝕速率接近理論腐蝕速率。

表2 碳鋼理論腐蝕速率 mm/a

2.3 揮發(fā)線腐蝕探針數(shù)據(jù)準確性

人工定點統(tǒng)計2018年全年常壓塔頂揮發(fā)線10個關(guān)鍵位置的測厚數(shù)據(jù)(見圖2)，腐蝕輕微位置無明顯減薄，腐蝕嚴重位置減薄處腐蝕速率超過0.6 mm/a，平均腐蝕速率為0.31 mm/a，與2018年同一時間段腐蝕探針監(jiān)測平均腐蝕速率基本一致(見圖3)。對比結(jié)果表明，腐蝕探針數(shù)據(jù)可反映階段性的平均腐蝕速率，因腐蝕探針為插入式，流體對探針的沖蝕等方面的影響，無法準確反映工藝管線的實時腐蝕速率。

圖2 常壓塔頂定點測厚腐蝕數(shù)據(jù)

圖3 常壓塔頂腐蝕探針腐蝕數(shù)據(jù)

3 腐蝕探針在線監(jiān)測局限性

電感腐蝕探針為插入型，依靠探頭金屬的腐蝕損失量來判定常壓塔頂揮發(fā)線的實時腐蝕速率，該監(jiān)測方式只對均勻腐蝕狀態(tài)監(jiān)測有效，對局部腐蝕減薄無法有效監(jiān)控。而人工定點測厚測量點固定，也可針對敏感位置增加測量點，局部腐蝕狀況無法有效監(jiān)控，會增加腐蝕泄漏。

4 超聲波導(dǎo)波在線測量應(yīng)用

超聲導(dǎo)波在線測厚可對帶保溫及涂層的直管段進行全面測量，安裝方便，操作簡單，能夠檢測出管線外表面及管線內(nèi)部局部腐蝕減薄位置及減薄截面積，可彌補電感腐蝕探針無法監(jiān)控局部減薄的不足[5-6]。

用超聲導(dǎo)波在線對常壓塔頂揮發(fā)線進行測量，查找局部腐蝕減薄位置，對腐蝕探針測量數(shù)據(jù)進行驗證，彌補腐蝕探針監(jiān)測的不足。常壓塔頂揮發(fā)線超聲導(dǎo)波測量結(jié)果見圖4，分析結(jié)果見表3。顯示在儀器安裝點反向Q1(-1.212 7 m)位置及正向Q2(1.734 3 m)位置為問題信號，為輕微減薄，其他位置無局部明顯減薄跡象，與電感探針腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)基本吻合。對比結(jié)果表明：超聲導(dǎo)波可針對局部減薄的位置進行定位，可針對問題信號進行人工定點測厚確認，對及時發(fā)現(xiàn)局部減薄位置，提前做好防護有很好的指導(dǎo)作用，可以彌補電感腐蝕探針監(jiān)測系統(tǒng)的不足。

圖4 超聲導(dǎo)波測量結(jié)果

表3 超聲導(dǎo)波測量分析結(jié)果

5 結(jié) 論

(1)電感腐蝕探針能及時反映常壓塔頂揮發(fā)線腐蝕狀況，能較準確反映腐蝕速率的變化，平均腐蝕速率與人工定點測厚數(shù)據(jù)計算基本一致，可作為揮發(fā)線管線階段性腐蝕狀況的參考。

(2)碳鋼在不同溫度、pH值鹽酸溶液中，理論腐蝕速率大于在線腐蝕監(jiān)測實時腐蝕速率，pH值低時，兩者差值更大。因此運行期間，密切關(guān)注冷凝水pH變化，盡量控制平穩(wěn)，控制pH值在 6.5～8 范圍內(nèi)，在線腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)可較準確反映實時腐蝕狀況。

(3)電感腐蝕探針測量數(shù)據(jù)只能反映常壓塔頂揮發(fā)線均勻腐蝕速率，無法有效反映局部腐蝕明顯位置，故需要其他測量手段來彌補其不足。

(4)超聲導(dǎo)波測量無需拆除管線保溫層易直接進行測量，能較準確找到管線內(nèi)外局部缺陷的位置，可協(xié)助電感腐蝕探針更準確監(jiān)控常壓塔頂揮發(fā)線的腐蝕狀況。

(5)電感腐蝕探針使用后期需要更加嚴格的維護，避免不必要的人為及儀器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)偏差。