煉油裝置腐蝕監測技術應用

郭 雷

（中國石油化工股份有限公司天津分公司煉油部，天津 300270）

0 引言

目前國內煉油裝置規模越來越大，滿足加工量的原油不斷劣質化，變稠、變重、高硫、高酸、高鹽，對煉油裝置設備造成的腐蝕問題日益突出，對設備運行的穩定性造成嚴重影響，甚至發生安全事故。因此能夠在運行過程中，及時預判和發現腐蝕問題，再通過一些調整方法或預防泄漏手段防止泄漏和事故發生，成為煉油生產過程中的重要工作，需要進行防腐檢測和控制的技術探索，思考可以借助哪些技術或者生產工藝提高防腐效果，減少腐蝕影響。

1 煉油裝置典型腐蝕類型

1.1 硫化物的腐蝕

原油中的硫化物分為活性硫化物和非活性硫化物，活性硫化物包括硫、硫化氫及硫醇等，這些成分能直接和金屬發生作用，非活性硫化物包括硫醚、噻吩等在高溫下能分解生產活性硫，總之硫腐蝕就是活性硫的與金屬直接作用，與溫度有關。

（1）t≤120℃，硫化物未分解，無水情況不發生腐蝕，當含水時，則形成H2S-H2O腐蝕環境；

（2）120℃＜t≤240℃，原油中活性硫化物未分解，固對設備腐蝕不嚴重；

（3）240℃＜t≤340℃，硫化物開始分解，生成硫化氫對設備開始腐蝕，并隨著溫度升高而加重；

（4）340℃＜t≤400℃，硫化氫開始分解，所生成的FeS膜具有防止進一步腐蝕作用，但有酸存在時（如鹽酸或環烷酸），酸和FeS反應破壞了保護膜，使腐蝕進一步發生；

（5）400℃＜t≤430℃，高溫硫對設備腐蝕最快；

（6）t＞450℃，硫化物近于完全分解，腐蝕速率下降。

1.2 無機鹽的腐蝕

原油開采中會帶有一部分油田水，經過脫水可以脫除大部分，但仍有少量水分與乳化液懸浮在原油中，這些水分都含有鹽類，主要成分是氯化鈉、氯化鎂和氯化鈣，在生產加工過程中，氯化鎂、氯化鈣很容易受熱水解，生成具有強烈腐蝕性的氯化氫，有些部位形成鹽酸，造成局部腐蝕嚴重。

1.3 環烷酸的腐蝕

環烷酸（RCOOH）是石油中一些有機酸總稱，腐蝕溫度起始于220℃，隨溫度上升腐蝕逐漸增加，在270～280℃時腐蝕達到最大，溫度再提高腐蝕下降，400℃以上沒有腐蝕，因為環烷酸已經氣化完全。

1.4 氮化物的腐蝕

石油中含氮化合物主要為吡啶、吡咯及其衍生物，在深加工如催化、焦化等裝置由于溫度高和催化劑作用，分解成氨和氰化氫（HCN），形成銨鹽（NH4Cl），造成塔盤或冷換設備管束垢下腐蝕。

上述幾種典型原油中腐蝕介質在煉油過程中往往交互作用，形成一系列腐蝕環境。其中最典型的是常減壓裝置的蒸餾塔頂低溫系統存在HCl-H2S-H2O腐蝕環境，由于HCl的促進作用，造成了塔頂換熱器接管下、法蘭焊縫、出口彎頭嚴重減薄，是腐蝕監控和腐蝕控制的重點。

2 腐蝕監測技術

腐蝕監測技術是應對煉油裝置設備腐蝕問題產生的，能實時或周期性檢測易腐蝕部位的腐蝕速率。隨著技術進步出現了很多優秀方法。

2.1 介質腐蝕速率監測技術

腐蝕介質監測是利用檢測探頭直接和腐蝕介質接觸，反饋介質在設備管道中真實腐蝕速率的技術。技術有多種，主要包括腐蝕掛片法、電阻探針法、電化學法、Microcor電感阻抗法、CEIONTM失重法等。不同的腐蝕監測技術具有各自的優缺點，并依其測量原理的不同而使用于不同的腐蝕監測場合。幾種方法的比較如表1所示。

表1 （續）

表1 幾種介質腐蝕率檢測技術

結論：掛片失重法由于每次取數據需要現場拆裝探針，有較大風險，數據人為誤差大，目前應用較少；電化學法只適用于水介質，油類乳濁液沾染電極，使測量不能進行，應用有限制；電阻探針高低溫部位都能應用，技術基本成熟，但試片表面導電性腐蝕產物使測量結果出現偏差，受溫度影響大，數據響應時間稍長，不適用于腐蝕變化快的環境；電感法檢測數據靈敏準確，適用環境廣泛，目前介質監測采用較多，但探針壽命短極易很快失效更換； CEIONTM失重法也能做到數據靈敏準確，適用環境廣泛，但技術資源相對少。

2.2 壁厚監測技術

壁厚監測是對腐蝕部位的設備管道腐蝕減薄情況進行實時數據反饋，以及時發現變化采取措施。這與選點的經驗，準確度有很大關系。

2.2.1 基于超聲波測厚-高溫管線壁厚在線監測

GE通用電氣公司的GE Rightrax 壁厚監測系統，高溫探頭最高檢測溫度可達350°C，測厚精度0.1mm，厚度范圍3～19mm，探頭電纜最長5m；低溫探頭為14個晶片，最高檢測溫度可達120 °C，測厚精度0.1mm，厚度范圍5～100mm，電纜可由高空引至低處，方便定期采集數據。

圖1 GE Rightrax 壁厚監測傳感器探頭

2.2.2 電場式在線壁厚監測-電場矩陣在線腐蝕監測系統

在設備外壁按照一定矩陣方式布置測量電極，把每一個電極間的金屬等效為一個電阻，監測區域電極間構成一個電阻矩陣網絡，在被監測的設備表面定時施加恒定的低頻交流激勵電流（AC）。由于外加激勵電流的流過，矩陣電阻上就會產生電壓降，電極間形成電位差值。由于腐蝕的發生，矩陣電阻增大，那么每一次測量結果與基準電位比較，從而得出矩陣網絡電阻的變化量，進一步等效為厚度的變化。電場矩陣壁厚測量原理如圖2所示。

圖2 電場矩陣壁厚測量原理圖

金屬電阻的大小除了與厚度有關，還受溫度變化的影響，就是電阻率是隨溫度變化的。在施加的電流回路串接一個與監測設備相同材質的參考試片，與監測區域環境溫度相同，將參考試片作為參照的基準，消除溫度對測量的影響。

特點：具有直接檢測局部典型范圍內在役設備的均勻腐蝕、坑蝕、沖蝕的能力。可靠性好，耐高、低溫，與被檢測區域內的流體無接觸，安全性好，與設備壽命相當。測量精度較高，使用壽命長，無后續費用。安裝方式靈活，不能焊接的情況下，可以采用壓接方式安裝。分辨率0.1mm，測量范圍2～50mm。

2.2.3 permasense在線壁厚監控技術工作原理

permasense在線壁厚監控技術是利用波導進行雙層超聲波反射探測壁厚的一種技術，通過發出超聲波波導的探頭來計算壁厚，可在高溫環境下使用，探頭通過無線網絡傳輸數據。整個探頭由電氣元件、壓電晶片、金屬桿、天線和電池組成，探頭和管道表面用螺柱焊接連接（無需耦合劑）。波導桿耐高溫原理圖如圖3所示。

圖3 波導桿耐高溫原理圖

性能：監測最薄厚度為3mm，管壁最厚的厚度50mm，管道可操作溫度-30～600℃。數據傳送間隔：默認配置是12h，可以由操作工遠程調控每個探頭，可以由5分鐘到幾天。監測溫度100℃以上時，數據比常溫正偏差大。

3 電阻探針技術與在線測厚技術的聯合應用

通過將介質腐蝕監測的腐蝕探針和在線測厚同時應用到同一個部位，同時監測介質腐蝕，以及介質腐蝕造成設備管道腐蝕部位，可以指導工藝調整及時性，大大降低腐蝕事故發生。本實驗采用精密電阻探針和permasense在線壁厚監控系統在某常減壓裝置常壓塔頂進行同時應用。

3.1 精密電阻探針

介質監測采用ER-P100型精密電阻探針，該探針精確度0.0001mm/a，適用溫度≤240℃，探頭有效厚度：0.75mm，材質：20#。系統組成：將精密電阻探針安裝在管道上，探針試片與管道內介質接觸，將試片的信號傳送至精密電阻采集器上，再由通訊轉