在線測厚監(jiān)測技術(shù)在重油加氫裝置上的應(yīng)用

(中國石油化工股份有限公司九江石化公司，江西 九江 332004)

石油煉制加氫技術(shù)是石油產(chǎn)品精制、改質(zhì)和重油加工的重要手段，對提高原油的加工深度，提升石油產(chǎn)品質(zhì)量有重要的作用。近年來，受國內(nèi)石油資源短缺制約，大量進(jìn)口高含硫劣質(zhì)原油，在其加工過程中，加氫裝置的作用顯得尤為重要[1]。隨著原油劣質(zhì)化日趨明顯，重油加氫裝置加工原料的硫含量、酸值和鹽含量呈現(xiàn)增長趨勢，加劇了加氫裝置腐蝕，加氫裝置受其工藝技術(shù)特點(diǎn)影響，腐蝕形式多樣[2]。同時(shí)由于重油加氫裝置屬于高溫高壓臨氫操作，介質(zhì)易燃易爆，一旦裝置發(fā)生腐蝕失效，將導(dǎo)致事故發(fā)生，因此及時(shí)監(jiān)控重油加氫裝置的腐蝕狀態(tài)并消除隱患意義重大。某石化公司2套重油加氫裝置引進(jìn)了基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在線測厚監(jiān)測系統(tǒng)，對加氫裝置主要工藝管道的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，為裝置管理及風(fēng)險(xiǎn)評估提供實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)。

1 腐蝕監(jiān)測技術(shù)

隨著高硫原油加工量的增加，石化企業(yè)腐蝕泄漏事故多發(fā)，如某石化公司煉油廠重油加氫裝置曾多次發(fā)生腐蝕穿孔泄漏、著火事故。管道腐蝕逐漸成為石化系統(tǒng)，尤其是煉油企業(yè)面臨的主要難題之一[3]。腐蝕監(jiān)測是了解系統(tǒng)腐蝕因素、制定防護(hù)措施的基礎(chǔ)；腐蝕監(jiān)測所獲得的數(shù)據(jù)可以有效指導(dǎo)設(shè)備維修，并協(xié)助腐蝕管理者優(yōu)化防腐蝕策略；腐蝕監(jiān)測是指導(dǎo)防腐蝕工作的科學(xué)依據(jù)，是監(jiān)督、評價(jià)防腐蝕效果的有效手段。

腐蝕監(jiān)測一般分為動(dòng)態(tài)監(jiān)測和靜態(tài)監(jiān)測。靜態(tài)監(jiān)測即傳統(tǒng)的離線監(jiān)測技術(shù)，如腐蝕掛片、定點(diǎn)測厚、無損探傷和化學(xué)分析等；動(dòng)態(tài)監(jiān)測是在系統(tǒng)運(yùn)行中同步進(jìn)行的監(jiān)測方法，又稱在線監(jiān)測，其特點(diǎn)是能夠得到實(shí)時(shí)腐蝕數(shù)據(jù)[4]。腐蝕在線監(jiān)測已經(jīng)廣泛應(yīng)用于煉油、油氣采輸、電力、化工及醫(yī)藥等多種領(lǐng)域，能夠提供實(shí)時(shí)連續(xù)的腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)，因而成為現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)的主要發(fā)展方向[5]。真實(shí)、可靠、及時(shí)和精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，才能為設(shè)備完整性管理及風(fēng)險(xiǎn)評估等提供有力的數(shù)據(jù)支撐。然而一些傳統(tǒng)的監(jiān)測手段，有明顯的不足，例如傳統(tǒng)人工測厚受檢測人員技術(shù)水平、檢測位置相對不固定等因素影響，難以獲取準(zhǔn)確連續(xù)的管線壁厚變化數(shù)據(jù)，因此無法準(zhǔn)確判斷高風(fēng)險(xiǎn)、高腐蝕部位的厚度變化情況，也就無法準(zhǔn)確預(yù)知運(yùn)行管線安全風(fēng)險(xiǎn)情況[6]。為解決上述問題，某石化公司為2套重油加氫裝置引進(jìn)了基于物聯(lián)網(wǎng)在線超聲測厚監(jiān)測系統(tǒng)——永感在線式測厚監(jiān)測與診斷系統(tǒng)(永感系統(tǒng))。

2 在線測厚監(jiān)測系統(tǒng)

永感系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于石油化工、天然氣開采、儲運(yùn)及加工等行業(yè)中的傳統(tǒng)腐蝕監(jiān)測技術(shù)無法勝任的管道區(qū)域。永感系統(tǒng)采用非侵入式監(jiān)測，其本質(zhì)是超聲波測厚。超聲波測厚已成為石化企業(yè)設(shè)備常規(guī)檢測方法，采用超聲波脈沖反射原理， 通過探頭發(fā)射超聲波脈沖到金屬材料表面，超聲波在材料里傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)材料分界面時(shí)，脈沖被反射回探頭，通過測量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來確定被測金屬材料的厚度[7]。永感系統(tǒng)在超聲波測厚的基礎(chǔ)上，采用波導(dǎo)桿專利設(shè)計(jì)，將超聲波傳感器與被測管線隔離，可在高、低溫(介質(zhì)溫度-180～600 ℃)、高壓及臨氫等危險(xiǎn)環(huán)境下使用，且可以提供實(shí)時(shí)、連續(xù)和精準(zhǔn)的在線監(jiān)測和腐蝕定量分析。該系統(tǒng)主要由帶無線數(shù)據(jù)傳輸功能的在線定點(diǎn)測厚儀、傳感器、無線網(wǎng)關(guān)、通訊轉(zhuǎn)換器、服務(wù)器和測厚管理系統(tǒng)軟件組成,見圖1。

該系統(tǒng)基于超聲波技術(shù)的測厚傳感器，采用波導(dǎo)桿專利設(shè)計(jì)，將超聲波傳感器與被測管線隔離，超聲波的激發(fā)和接收裝置都設(shè)置在波導(dǎo)桿末端，與管道外壁通過管線外保溫材料以及隔熱片進(jìn)行隔離，保證儀表可以在常溫區(qū)域工作，超聲波通過波導(dǎo)桿傳輸?shù)竭_(dá)管道并經(jīng)過另一個(gè)波導(dǎo)桿傳輸回儀表。檢測到的數(shù)據(jù)通過其無線傳輸模塊(采用無線傳輸技術(shù)，IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，操

作頻率為 2.4 GHz全球免許可證頻段,是真正的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景)，經(jīng)無線網(wǎng)關(guān)傳至企業(yè)操作數(shù)據(jù)存儲ODS(Operational Data Store)，服務(wù)器安裝了測厚數(shù)據(jù)庫、在線測厚管理系統(tǒng)軟件(軟件提供了所有腐蝕監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)及診斷、腐蝕率分析及剩余壽命預(yù)警等功能)。

圖1 在線測厚監(jiān)測系統(tǒng)組成

3 在線監(jiān)測布點(diǎn)方案

重油加氫裝置受其加工介質(zhì)、工藝技術(shù)特點(diǎn)影響，決定了其腐蝕形式的多樣性、腐蝕位置的復(fù)雜性，參照《加工高含硫原油裝置設(shè)備及管道測厚管理規(guī)定》，結(jié)合該公司生產(chǎn)實(shí)際確定了共49 個(gè)在線定點(diǎn)測厚點(diǎn)，部分測厚點(diǎn)見表1。

表1 重油加氫裝置部分在線測厚布點(diǎn)

4 應(yīng)用效果

某石化公司2套重油加氫裝置建立了基于物聯(lián)網(wǎng)無線通訊技術(shù)在線測厚監(jiān)測系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)裝置在線定點(diǎn)測厚的自動(dòng)化，保證了各測厚點(diǎn)，特別是高溫、高處等不易監(jiān)測測厚點(diǎn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和連續(xù)性，對設(shè)備及管道的腐蝕起到動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控作用；在測厚管理系統(tǒng)軟件中提供的數(shù)據(jù)分析及剩余壽命預(yù)警等功能，為該公司方便管理和保障設(shè)備安全起到重要作用。圖2為在線測厚系統(tǒng)中1個(gè)測厚部位實(shí)時(shí)壁厚顯示及腐蝕率分析界面，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，該點(diǎn)(渣油加氫裝置高壓空冷A101A出口三級彎頭2)有明顯的腐蝕趨勢，近1個(gè)月腐蝕率為0.24 mm/a，裝置管理人員通過該數(shù)據(jù)的分析預(yù)警，從工藝操作上進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整，如加大高壓空冷A101前注水量、控穩(wěn)高壓空冷各路分支溫度等，對裝置腐蝕情況進(jìn)行及時(shí)、主動(dòng)管控。

圖2 測厚系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析顯示界面

5 結(jié) 語

針對傳統(tǒng)人工定點(diǎn)測厚中存在的測厚數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較差,在線高溫、現(xiàn)場高空測厚難,數(shù)據(jù)多及統(tǒng)計(jì)易出錯(cuò)等問題，某石化公司在重油加氫裝置上，引進(jìn)基于物聯(lián)網(wǎng)在線測厚監(jiān)測技術(shù)，對其主要工藝管道和設(shè)備的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，保證了各監(jiān)測點(diǎn)測厚數(shù)據(jù)的正確性和連續(xù)性；該

測厚技術(shù)微米級的數(shù)據(jù)精度，使腐蝕管理人員能夠獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，為制定防腐蝕策略、快速發(fā)現(xiàn)腐蝕變化和問題提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)腐蝕防護(hù)到主動(dòng)腐蝕控制提供了決策和評估依據(jù)。此外，通過物聯(lián)網(wǎng)將在線測厚數(shù)據(jù)接入企業(yè)ODS數(shù)據(jù)庫，為企業(yè)設(shè)備管理部門對設(shè)備防腐蝕方面實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理和指導(dǎo)起到關(guān)鍵作用，基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景的應(yīng)用，為企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、實(shí)時(shí)化和集成化等多位一體的智能工廠提供了大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。