脈沖渦流檢測技術(shù)在煉化裝置腐蝕隱患排查中的應(yīng)用

吳艷萍，梁宗忠，尚 偉

（1.中國石油蘭州石化公司，甘肅蘭州 730060；2.上海巴斯夫聚氨酯有限公司，上海 201400）

隨著原油性質(zhì)的不斷劣化，石油煉化裝置腐蝕問題日益突出，每4 a 一次的停工腐蝕檢查已不能完全滿足腐蝕隱患排查要求［1］。隨著煉化裝置安全運(yùn)行要求越來越高，如何在裝置不停工的條件下進(jìn)行全面有效的腐蝕檢查，為煉化裝置的科學(xué)管理和決策提供依據(jù)，有效控制并避免因腐蝕帶來的安全隱患和事故，成為了煉化裝置長周期運(yùn)行亟需解決的問題。

脈沖渦流檢測技術(shù)是近幾年迅速發(fā)展起來的一種渦流無損檢測新技術(shù)，是在系統(tǒng)腐蝕分析的基礎(chǔ)上，按照一定的檢測路徑和檢測密度，利用脈沖渦流對選定區(qū)域的設(shè)備/管線的壁厚進(jìn)行全面檢測，快速、準(zhǔn)確地獲取壁厚分布情況，為評估腐蝕風(fēng)險(xiǎn)、確定隱患部位提供依據(jù)的一種腐蝕檢測技術(shù)［2］。脈沖渦流檢測技術(shù)在煉化裝置事故預(yù)防、設(shè)備壽命預(yù)測以及腐蝕原因分析等方面發(fā)揮著越來越重要的作用，可為煉化裝置的科學(xué)管理與決策提供依據(jù)。

2022年，某煉化企業(yè)應(yīng)用脈沖渦流檢測技術(shù)對44 套煉化裝置進(jìn)行了掃查，掃查缺陷主要集中在常減壓、重油催化裂化、氣體精制及加氫等裝置，掃查發(fā)現(xiàn)的腐蝕形態(tài)主要有露點(diǎn)腐蝕、H2S+HCl+NH3+CO2+H2O 型腐蝕、沖刷腐蝕、胺腐蝕、酸性水腐蝕及催化劑磨蝕等。文中對本次脈沖渦流檢測技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)現(xiàn)的部分典型腐蝕問題加以簡要介紹。

1 脈沖渦流檢測技術(shù)簡介

1.1 檢測原理及特點(diǎn)

脈沖渦流檢測屬于渦流檢測的一個(gè)分支［3］，其基本原理是通過在探頭加載瞬間關(guān)斷電流，激勵(lì)出快速衰減的脈沖磁場，該脈沖磁場可以穿過一定厚度的保護(hù)層和保溫層而誘發(fā)被檢構(gòu)件表面產(chǎn)生渦流，誘發(fā)產(chǎn)生的渦流會(huì)從上表面向下表面擴(kuò)散［4］。同時(shí)，在渦流擴(kuò)散過程中還會(huì)產(chǎn)生與激勵(lì)磁場方向相反的二次磁場，在探頭的接收傳感器中輸出這個(gè)感應(yīng)電壓。如果設(shè)備/管線上有缺陷，會(huì)影響加載設(shè)備/管線上脈沖渦流狀況，繼而影響接收傳感器上的感應(yīng)電壓［5］。二次磁場感應(yīng)的電壓包含了被測構(gòu)件本身的一些特性，如厚度、尺寸、電磁特性等綜合信息。通過算法解析，可以掃查得到腐蝕缺陷的具體位置及嚴(yán)重程度。

脈沖渦流檢測使用設(shè)備以及檢測數(shù)據(jù)集成畫面見圖1。

圖1 脈沖渦流檢測設(shè)備及檢測數(shù)據(jù)集成畫面

脈沖渦流檢測技術(shù)具有非接觸的優(yōu)點(diǎn)［6］，可進(jìn)行快速大規(guī)模檢查，只需一次掃查就可實(shí)現(xiàn)設(shè)備/管線表面或近表面不同深度缺陷的檢測，可在裝置正常運(yùn)行條件下對設(shè)備/ 管線進(jìn)行快速檢測，還可以有效進(jìn)行保溫層下檢測［7］。脈沖渦流檢測技術(shù)具有操作便捷、在線檢測、覆蓋全面及結(jié)果直觀等優(yōu)勢，通過脈沖渦流檢測可以快速全面檢測設(shè)備/管線的剩余壁厚，進(jìn)而計(jì)算設(shè)備/管線的減薄率，評估設(shè)備/管線的剩余壽命，彌補(bǔ)在線監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋范圍不廣、定點(diǎn)測厚布點(diǎn)不足的問題，具有創(chuàng)新性、全面性和科學(xué)性。

1.2 應(yīng)用范圍

脈沖渦流掃查系統(tǒng)主要是針對設(shè)備/管線內(nèi)部腐蝕導(dǎo)致的金屬損失進(jìn)行檢測，可用于掃查內(nèi)部腐蝕、沖刷等造成的壁厚減薄情況，適用于壁厚0～40 mm、介質(zhì)溫度-30～500 ℃、直徑不小于DN15 mm 的設(shè)備與管道，普通碳鋼、不銹鋼及合金鋼等材質(zhì)的設(shè)備與管道均可適用。同時(shí)也適用于DN60 mm 以上，壁厚不大于30 mm、保溫厚度不大于50 mm 且使用鋁皮包覆的外壁溫度在-30～500 ℃的碳鋼、低合金鋼管道。

脈沖渦流檢測時(shí)，現(xiàn)場設(shè)備/管線表面無需進(jìn)行特殊處理，灰塵、保溫棉屑及銹層等均不影響檢測精度，且裝置無需停車，可實(shí)現(xiàn)在線檢測。檢測過程中可全面覆蓋設(shè)備/管線，現(xiàn)場直接出圖，設(shè)備/管線減薄趨勢、減薄范圍等結(jié)果直觀顯示，精準(zhǔn)度達(dá)±0.01 mm。因此，脈沖渦流檢測技術(shù)適用于高溫等工況及復(fù)雜環(huán)境，可以準(zhǔn)確快速定位腐蝕缺陷，避免漏檢，檢測區(qū)域壁厚分布情況一目了然，有利于腐蝕原因的分析和處理方案的制定。

1.3 檢測要求

脈沖渦流檢測可用于90°彎頭、45°彎頭、直管、三通、同心變徑管、偏心變徑管和盲頭等管件的腐蝕問題檢查，掃查過程中應(yīng)結(jié)合腐蝕風(fēng)險(xiǎn)情況，按照管件的管徑、長度和形狀等劃定合適的掃查路徑，確保全面覆蓋被檢測部位。推薦的直管及彎頭掃查次數(shù)見表1。

表1 直管及彎頭掃查次數(shù)推薦表

彎頭掃查要覆蓋外彎、內(nèi)彎部位，隨管徑增大相應(yīng)增加掃查次數(shù)，彎頭焊縫兩側(cè)至少各進(jìn)行1 次環(huán)向掃查，外彎中心至少進(jìn)行1 次環(huán)向掃查。變徑管、短節(jié)至少需要進(jìn)行2 次環(huán)向掃查，以焊縫附近為主。三通的3 個(gè)焊縫附近至少進(jìn)行3 次環(huán)向掃查，管線低點(diǎn)部位及死區(qū)部位需要重點(diǎn)掃查。

2 脈沖渦流檢測技術(shù)在煉化裝置的應(yīng)用實(shí)例

2.1 氣體精制裝置胺液線脈沖渦流檢測

2.1.1 檢測結(jié)果

該煉化企業(yè)氣體精制裝置溶劑再生系統(tǒng)再生塔塔底重沸器殼程介質(zhì)為胺液，殼程出口管線采用聚四氟乙烯襯里管，管線基層材質(zhì)為碳鋼，2016-10 投用。2022-08 對重沸器殼程出口管線進(jìn)行脈沖渦流檢測，發(fā)現(xiàn)該管線多部位腐蝕減薄率大于等于40%，各減薄部位及測點(diǎn)分布見圖2。掃查發(fā)現(xiàn)，胺液線多部位實(shí)際壁厚明顯小于原始壁厚。

圖2 氣體精制裝置胺液線減薄部位及測點(diǎn)分布

以8#測點(diǎn)為例，將胺液管線原始壁厚8 mm設(shè)定為100%壁厚，將管線直徑、操作溫度和管線材質(zhì)信息輸入脈沖渦流設(shè)備，從管線0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°這8 個(gè)方位分別進(jìn)行掃查，其中45°方位的檢測圖譜見圖3。從圖3 可以看出，軸向0～3 200 mm 管線多處實(shí)際壁厚明顯小于原始壁厚，僅為原始壁厚的60%～70%，可以判斷出該檢測區(qū)域出現(xiàn)了腐蝕減薄現(xiàn)象?，F(xiàn)場標(biāo)記減薄區(qū)域后，用超聲測厚設(shè)備進(jìn)行復(fù)核，結(jié)果顯示該區(qū)域最小壁厚僅為3.24 mm。利用裝置停工檢修時(shí)機(jī)對該管線進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)管線內(nèi)部非金屬襯里鼓包、撕裂、破損嚴(yán)重，襯里破損卷邊后表現(xiàn)出明顯的方向性，且方向與管線內(nèi)工藝介質(zhì)流向一致。

圖3 氣體精制裝置胺液線8#測點(diǎn)45°方位渦流檢測圖譜

2.1.2 腐蝕原因分析

非金屬襯里與基層金屬熱膨脹系數(shù)不同［8］，且非金屬襯里層較薄，剛度較小，在開停工過程中容易產(chǎn)生鼓包失穩(wěn)現(xiàn)象。此外，襯里層都具有一定的滲透性［9］，在操作溫度升高時(shí)，襯里與基層間隙內(nèi)的水汽及滲透進(jìn)來的工藝介質(zhì)膨脹，也會(huì)導(dǎo)致非金屬襯管出現(xiàn)鼓包失穩(wěn)現(xiàn)象。運(yùn)行過程中，襯里鼓包失穩(wěn)及操作溫度、壓力的動(dòng)態(tài)波動(dòng)，導(dǎo)致鼓包部位產(chǎn)生應(yīng)力疲勞，從而極大縮短襯里材料的疲勞壽命［10］。襯里鼓包導(dǎo)致流通面積減小，介質(zhì)沖刷作用增強(qiáng)，在介質(zhì)長期沖刷與襯里疲勞載荷的雙重作用下，襯里材料發(fā)生撕裂，并表現(xiàn)出與工藝介質(zhì)流向一致的方向性［11］。襯里材料破裂后，襯里與基層金屬之間形成部分死區(qū)，導(dǎo)致胺液聚集，胺液內(nèi)含有的酸性氣體（CO2和H2S）、胺降解產(chǎn)物及熱穩(wěn)定胺鹽等與基層碳鋼管線直接接觸，產(chǎn)生胺腐蝕［12］。同時(shí)胺液中含有的H2S、SO2、CO2會(huì)形成SO2-CO2-H2S 腐蝕環(huán)境，使碳鋼管線發(fā)生胺-SO2-CO2-H2S 腐蝕。

2.2 航煤加氫裝置空冷器注水點(diǎn)脈沖渦流檢測

2.2.1 檢測結(jié)果

航煤加氫裝置空冷器入口注水點(diǎn)采用的是異徑三通結(jié)構(gòu)，注水三通材質(zhì)為碳鋼，原始壁厚為13 mm?？绽淦魅肟谧⑺c(diǎn)流程見圖4，圖中R-101為加氫反應(yīng)器，F(xiàn)-101 為反應(yīng)進(jìn)料加熱爐，A-101為反應(yīng)產(chǎn)物空冷器，E-101 為反應(yīng)產(chǎn)物與混氫進(jìn)料熱交換器，E-102 為反應(yīng)產(chǎn)物與分餾塔進(jìn)料熱交換器，E-103 為反應(yīng)產(chǎn)物與原料油熱交換器，E-104 為反應(yīng)產(chǎn)物后冷器，P-101 為反應(yīng)進(jìn)料泵，V-102 為高壓分離器，V-103 為低壓分離器。軟化水逆向注入三通。

2021-08 更換了航煤加氫裝置空冷器入口注水三通，之后連續(xù)運(yùn)行至今。2022-09-05，對注水三通進(jìn)行脈沖渦流檢測，檢測圖譜所示壁厚損失百分比見圖5。

圖5 航煤加氫裝置空冷器入口注水三通脈沖渦流檢測圖譜

分析圖5 看出，注水三通34.1°、136.6°方位存在較大面積的減薄，最大減薄率達(dá)71.3%。現(xiàn)場標(biāo)記減薄區(qū)域后，用超聲測厚設(shè)備進(jìn)行復(fù)核，該區(qū)域最小壁厚僅為3.7 mm。

2022-09-13，該注水三通發(fā)生泄漏，對其進(jìn)行拆除檢查，發(fā)現(xiàn)泄漏部位內(nèi)部有明顯介質(zhì)沖刷減薄痕跡，噴頭的2 個(gè)DN40 mm 出水口間連接部位斷裂。泄漏部位有一長約2 cm 左右的裂縫，呈不規(guī)則形狀。注水三通及注水噴頭腐蝕形貌見圖6 和圖7。

圖6 航煤加氫裝置空冷器入口注水三通腐蝕形貌

圖7 航煤加氫裝置空冷器入口注水噴頭腐蝕形貌

2.2.2 腐蝕原因分析

對注水噴頭采用的是注水方向與介質(zhì)逆向接觸的開孔形式，工藝介質(zhì)的持續(xù)沖刷造成注水噴頭不規(guī)則破損，導(dǎo)致注水點(diǎn)高壓水流向發(fā)生改變，從而對異徑三通的拉伸部位單側(cè)主管局部產(chǎn)生嚴(yán)重沖蝕，致使主管局部減薄直至物料泄漏。工藝介質(zhì)中含有大量的H2S 和少量的NH3、HCl 氣體，直管注水造成油氣在注水位置局部冷熱不均勻，形成了濕H2S 腐蝕環(huán)境［13］，導(dǎo)致注水三通局部減薄。H2S 對碳鋼腐蝕具有促進(jìn)作用［14］，在沖刷腐蝕和濕H2S 腐蝕聯(lián)合作用下，注水噴頭與注水三通腐蝕速率加快，在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生泄漏。

3 結(jié)束語

脈沖渦流檢測技術(shù)具有操作便捷、在線檢測、覆蓋全面及結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)，在煉化裝置事故預(yù)防、設(shè)備壽命預(yù)測和腐蝕原因分析方面發(fā)揮著越來越重要的作用［15］。脈沖渦流檢測技術(shù)在煉化裝置運(yùn)行期間和停工期間均可實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)裝置運(yùn)行期間腐蝕問題的全面、準(zhǔn)確、迅速排查，并根據(jù)脈沖渦流檢測結(jié)果及時(shí)制定整治計(jì)劃和管控措施，不僅可以有效預(yù)防事故發(fā)生，還可以為大檢修策略的優(yōu)化完善提供數(shù)據(jù)支持。脈沖渦流檢測技術(shù)有效解決了裝置運(yùn)行期間腐蝕問題預(yù)判能力不足問題，成為提高腐蝕問題診斷和設(shè)備運(yùn)行預(yù)知預(yù)判能力的新手段，為裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。