利用腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完善防腐蝕體系的方法探討

垢 野，蔡曉波，黃景峰，劉曉忱，董大清

(1.沈陽(yáng)中科韋爾腐蝕控制技術(shù)有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110180;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司遼陽(yáng)石化分公司,遼寧 遼陽(yáng) 111000)

在線腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況和腐蝕趨勢(shì)。通過(guò)腐蝕監(jiān)測(cè)，可以對(duì)腐蝕速率、介質(zhì)的變化情況以及生產(chǎn)操作參數(shù)隨時(shí)跟蹤，如果腐蝕速率發(fā)生變化，應(yīng)立即檢查設(shè)備及工藝操作參數(shù)的異常情況，有針對(duì)性的找出問(wèn)題，避免情況進(jìn)一步惡化導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失和人身事故的發(fā)生[1]；也可以判斷腐蝕控制措施的實(shí)施效果，并預(yù)測(cè)相應(yīng)的設(shè)備操作系統(tǒng)的使用壽命，確保設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，減少因非計(jì)劃停工造成的經(jīng)濟(jì)損失[2]。腐蝕監(jiān)測(cè)有利于企業(yè)管理人員了解腐蝕過(guò)程和腐蝕機(jī)理，進(jìn)而利用數(shù)據(jù)來(lái)分析腐蝕的發(fā)生發(fā)展與設(shè)備工藝操作參數(shù)之間的關(guān)系，對(duì)分析腐蝕原因和找到問(wèn)題癥結(jié)有很大的幫助[3]。

由于腐蝕發(fā)生的原因比較復(fù)雜，腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不夠直觀明確，因此提出了結(jié)合思維導(dǎo)圖的理念，運(yùn)用腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行腐蝕要素流程分析，為石化企業(yè)進(jìn)行有效的設(shè)備腐蝕管控提供了方法依據(jù)。

1 常減壓蒸餾裝置常頂腐蝕情況

1.1 常頂腐蝕控制措施簡(jiǎn)介

常壓塔頂工藝流程見(jiàn)圖1。常頂腐蝕回路是HCl-H2S-H2O型腐蝕環(huán)境，這種腐蝕環(huán)境主要存在于塔頂循環(huán)系統(tǒng)。一般氣相部位腐蝕較輕，液相部位腐蝕較重，氣液相變部位即露點(diǎn)部位最為嚴(yán)重。針對(duì)塔頂腐蝕該裝置主要采取了如下控制措施：

圖1 常壓塔頂工藝流程

(1)常頂揮發(fā)線采取注中和劑、注緩蝕劑和注水的工藝防腐措施；

(2)常壓塔頂換熱器出口設(shè)置1支腐蝕探針，位置在E2002出口1 m處的豎直管段，目的是實(shí)時(shí)監(jiān)控腐蝕狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整操作；

(3)計(jì)算露點(diǎn)，將露點(diǎn)控制在鈦材的板式換換熱器內(nèi)。

1.2 常頂腐蝕數(shù)據(jù)超標(biāo)與工藝調(diào)整

(1)2019年1月15日起常頂換熱器出口腐蝕速率超標(biāo)，達(dá)1.744 3 mm/a(見(jiàn)圖2)。

圖2 常頂探針腐蝕減薄趨勢(shì)

(2)對(duì)照腐蝕數(shù)據(jù)，排查常頂三注系統(tǒng)、電脫鹽運(yùn)行狀態(tài)及常壓塔工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)脫后鹽(≤3 mg/L)、脫后水(≤0.2%)、常頂pH值(6.0～8.0)、鐵離子(≤3 mg/L)均無(wú)超標(biāo)現(xiàn)象。分析結(jié)果見(jiàn)表1。

(3)于1月26日提高常頂緩蝕劑注入量(由4.5 L/h提至5.0 L/h)，同時(shí)將常頂溫度由113 ℃降至112 ℃，確保露點(diǎn)控制在板式換熱器內(nèi)，取得了一定的效果。

(4)1月29日此腐蝕減薄仍有上升趨勢(shì)，再次將常頂溫度由112 ℃降至111 ℃的同時(shí)將脫后鹽質(zhì)量濃度控制在≤1.0 mg/L,使腐蝕速率恢復(fù)至正常水平。

(5)2月20日進(jìn)行探針更換(見(jiàn)圖3)，發(fā)現(xiàn)原探針在使用過(guò)程中腐蝕嚴(yán)重，證明探針數(shù)據(jù)真實(shí)，常頂冷凝冷卻系統(tǒng)存在嚴(yán)重腐蝕問(wèn)題。

表1 工藝防腐日常指標(biāo)匯總

圖3 原探針拆出后腐蝕形貌

2 腐蝕要素流程分析體系

2.1 腐蝕要素流程分析理念

隨著石油化工生產(chǎn)裝置運(yùn)行周期的不斷延長(zhǎng)，對(duì)裝置腐蝕控制和腐蝕管理也提出了更高的要求。部分企業(yè)以往長(zhǎng)期加工低硫低酸原油，當(dāng)進(jìn)行加工高硫、高酸原油適應(yīng)性改造后，雖然裝置硬件滿足了加工高硫、高酸原油的要求，但裝置的腐蝕控制技術(shù)、腐蝕管理體系等軟件方面仍存在很大缺陷。為避免重大災(zāi)害性事故的發(fā)生，設(shè)備完整性管理理念應(yīng)運(yùn)而生，而基于腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的腐蝕要素流程分析正是完整性管理的核心內(nèi)容之一。

2.2 結(jié)合思維導(dǎo)圖進(jìn)行要素分析

由于腐蝕發(fā)生的原因比較復(fù)雜，在遇到問(wèn)題時(shí)往往無(wú)法立刻搞清楚，影響解決措施的制定。因此，在解決問(wèn)題的過(guò)程中需要借助一定的方法進(jìn)行分析判斷。而思維導(dǎo)圖正是一種能夠表達(dá)發(fā)散性思維的有效思維工具。科學(xué)的思維導(dǎo)圖是通過(guò)一個(gè)關(guān)鍵詞或想法以輻射線形連接所有關(guān)聯(lián)項(xiàng)目的圖解方式，能夠把各級(jí)主題的關(guān)系用相互隸屬與相關(guān)的層級(jí)圖表現(xiàn)出來(lái)，有利于人腦的擴(kuò)散思維的展開(kāi)，協(xié)助人們利用記憶、閱讀、思維的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。在分析常頂腐蝕探針數(shù)據(jù)超標(biāo)問(wèn)題的過(guò)程中采取思維導(dǎo)圖的理念，結(jié)合API 571標(biāo)準(zhǔn)、煉油裝置防腐蝕策略等相關(guān)內(nèi)容，確定關(guān)鍵腐蝕要素和流程(見(jiàn)圖4)。

(1)原油分析：總氯、脫前含鹽、總硫、酸值、氨氮、靜置脫水時(shí)間；

(2)電脫鹽脫后原油指標(biāo)：操作溫度、注水比例、脫后含鹽、脫后含水、污水含鹽；

(3)塔頂注水系統(tǒng)：注入方式、注入量、噴頭形式、pH值、總硬度、鐵離子、氯離子、硫含量、氨氮；

(4)塔頂注劑系統(tǒng)：注入方式、注入量、藥劑濃度、噴頭形式、載體；

(5)塔頂回流罐污水：pH值、鐵離子、氯離子、硫含量、氨氮。

圖4 常頂腐蝕要素流程分析示意

2.3 通過(guò)腐蝕要素流程分析查找問(wèn)題

2.3.1 提高電脫鹽效果

2019年度該裝置脫后原油的含鹽指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 脫后原油鹽和水分析情況

從表2可以看出，脫后含鹽合格率僅為81.25%。由于原油的氯含量不穩(wěn)定，當(dāng)電脫鹽系統(tǒng)脫鹽效果欠佳時(shí)，會(huì)導(dǎo)致大量氯化物在常壓爐等高溫部位分解成氯化氫，隨油氣進(jìn)入塔頂系統(tǒng)，并在露點(diǎn)溫度下與蒸汽凝結(jié)水形成強(qiáng)酸性介質(zhì),易造成嚴(yán)重腐蝕，給裝置的防腐工作造成巨大壓力。因此，可以通過(guò)穩(wěn)定原油性質(zhì)、及時(shí)調(diào)整溫度、電場(chǎng)強(qiáng)度、停留時(shí)間等工藝參數(shù)來(lái)提高電脫鹽效果。

2.3.2 探針監(jiān)測(cè)與化學(xué)分析相結(jié)合

裝置在腐蝕探針數(shù)據(jù)超標(biāo)期間，雖然未發(fā)生分析數(shù)據(jù)超標(biāo)的現(xiàn)象，但從表1可以看出:常頂水的pH值從1月15日開(kāi)始持續(xù)降低，至1月26日常頂水pH值已由7.8降至6.7;同時(shí)鐵離子質(zhì)量濃度也在0.13～2.45 mg/L的范圍內(nèi)劇烈波動(dòng)。這些數(shù)據(jù)充分說(shuō)明常頂腐蝕回路中的腐蝕介質(zhì)濃度發(fā)生了顯著變化，也從側(cè)面證明了腐蝕探針數(shù)據(jù)表征了客觀腐蝕情況。該處腐蝕探針為電感探針，原理是對(duì)管狀測(cè)量元件施加高頻信號(hào)，同時(shí)測(cè)取元件上反映探針減薄的感應(yīng)信號(hào)，利用信號(hào)的變化反應(yīng)管道的腐蝕情況和變化趨勢(shì)[4]，因而對(duì)環(huán)境腐蝕變化極其敏感，能夠起到及時(shí)預(yù)警的作用。因此，當(dāng)腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超標(biāo)、常頂水pH值持續(xù)降低時(shí)，應(yīng)調(diào)整中和劑的注入量，降低介質(zhì)腐蝕性對(duì)設(shè)備管線帶來(lái)的沖擊;同時(shí)增加重要指標(biāo)的化學(xué)分析頻次，通過(guò)流程分析找出各要素之間的聯(lián)系，進(jìn)而對(duì)“一脫三注”等工藝防腐措施進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，進(jìn)一步抑制腐蝕。

2.3.3 加強(qiáng)注劑管理

注劑屬于一次性的消耗品，其選型和用量十分重要，對(duì)解決腐蝕探針數(shù)據(jù)超標(biāo)很有幫助。該裝置在2019年12月進(jìn)行了注劑的更換，對(duì)新劑的性能尚處于摸索階段,因而，在遇到腐蝕問(wèn)題時(shí)無(wú)法按照以往經(jīng)驗(yàn)通過(guò)注劑量的動(dòng)態(tài)調(diào)整降低裝置的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。另外，應(yīng)考慮更換緩蝕劑的注入方式，或使用霧化效果好的錐噴嘴[5]，使緩蝕劑分散開(kāi)，與金屬表面充分結(jié)合。

根據(jù)腐蝕要素分析結(jié)果采取了相應(yīng)的調(diào)控措施，起到了良好的效果，常頂腐蝕速率從2020年3月至6月期間始終保持在低位。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)以腐蝕監(jiān)測(cè)結(jié)果為導(dǎo)向，通過(guò)對(duì)腐蝕要素的梳理，進(jìn)行多維度的腐蝕流程分析，不僅有助于裝置管理人員快速、準(zhǔn)確地找到腐蝕原因，還能夠進(jìn)一步完善工藝防腐體系，強(qiáng)化對(duì)裝置的防腐管控。

(2)如何對(duì)腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確解讀并加以利用，是腐蝕管理人員關(guān)心的問(wèn)題，也是值得腐蝕工作者值得研究的課題。建議開(kāi)展基于腐蝕監(jiān)測(cè)結(jié)果與腐蝕要素的過(guò)程模擬研究和軟件開(kāi)發(fā)，并通過(guò)創(chuàng)新成果應(yīng)用使腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在煉油廠等領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用。