腐蚀在线测厚技术在常减压蒸馏装置的应用

谢海兵,李家鹏,葛玉龙

(1.中海油宁波大榭石化有限公司,浙江 宁波 315812； 2.中海油东方石化有限公司，海南 东方 572600)

常减压蒸馏是原油加工的第一步，为以后的二次加工提供了原料，所以常减压蒸馏装置的处理量也就是炼油厂的加工规模。因此，常减压蒸馏装置高效率的正常运行，对整个炼油厂的生产至关重要。

1 常减压蒸馏装置的腐蚀监测

加工含酸原油常减压蒸馏装置的主要腐蚀是塔顶腐蚀及高温环烷酸腐蚀。一般常减压蒸馏装置使用在线腐蚀探针进行监测，腐蚀探针的监测点选在塔顶换热器或空冷入口处及减四蜡油首组换热器入口，根据腐蚀损耗曲线的变化进行助剂量的调整。精密电阻腐蚀探针在常顶换热器E1205/1—2入口和E1212/1—3入口管线部位的监测情况见图1和图2。

常减压蒸馏装置常顶循环管线腐蚀一般比较严重，精密电阻腐蚀探针的数据可决定塔顶工艺防腐蚀助剂量，可以达到减缓腐蚀的目的。但是，由于精密电阻腐蚀探针需要插入管道内部与介质接触才能得到有效数据，易损耗。对于腐蚀速率在0.5 mm/a以上的常顶循环管线来说，有效厚度只有0.75 mm的腐蚀探针工作一年左右就会消耗殆尽，需要在线更换新探针。由于阀门内漏须拆装，因此，运用一种能够直接测量、非侵入式的高精度监测技术已经成为装置防腐蚀工作急切的现实需要。

图1 常顶换热器入口腐蚀损耗曲线

图2 减四换热器入口腐蚀损耗

2 Permasense在线测厚系统的技术原理

该高精度在线测厚系统的传感器(探头)安装在现场各监测部位，数据通过无线网络传输至网关，再通过企业局域网将数据传输至系统服务器的数据库中进行存储及分析，同时，局域网中所有电脑都可以对数据库进行访问。系统的原理示意见图3。

图3 Permasense在线测厚系统原理示意

2.1 硬耦合连接

该系统探头用波导杆传递超声波,波导杆与被测设备采用硬耦合方式，通过抱箍(见图4)安装在被测设备表面，通过抱箍上螺柱和螺母的配合将波导杆压紧到被测设备表面，无需耦合剂，从而避免了高温测厚耦合剂失效问题。通过抱箍方式安装，避免在管道上焊接作业，降低了作业风险。抱箍安装拆装方便，还可以改变测量位置。

图4 抱箍结构示意

抱箍安装的传感器(探头)有如下特点：

(1)消除人工检测带来的多种误差。包括每次测量位置偏差、使用不同设备带来的差异和不同人员操作方法上的差异，进而实现更加准确的壁厚测量。

(2)可频繁地进行壁厚测量。每一个传感器的测量频率均可随时从桌面进行重新设置，实现实时传输、系统生成数据库。

该在线监测技术成功应用在常减压蒸馏装置低温油气管线和高温环烷酸腐蚀部位等，总共设置了5个测厚点，具体位置见表1。

表1 常减压装置在线测厚监测点位

2.2 波导杆设计

Permasense在线测厚系统采用波导杆设计，将超声波传感器与被测管线隔离(如图5所示)，因此可在高温(温度最高可达600 ℃)、高压、临氢等危险环境下使用。

在高温管线外壁，波导杆通过固定螺栓压紧，超声波的激发和接收装置都设置在波导杆末端，与管道外壁通过管线外保温以及隔热片进行隔离，保证仪表可以在常温区域工作，超声波可以通过波导杆传输至管道并经过另一个波导杆传输回仪表。

图5 波导杆适用温度范围及信号特征

2.3 无线传输设计

Permasense在线测厚系统采用无线传输技术，依据IEEE802.15.4标准协议，操作频率2.4 GHz，乃全球免许可证频段。网关和探头之间以及探头和探头之间只要距离小于50 m就可以实现通讯，探头作为数据采集终端的同时也作为数据传输中继。无线传输方式避免了现场大量的电缆敷设工作，减少了检修工作量同时也节约了布线成本,具体见图6。

采集频率为每12 h采集1个数据，与人工测厚相比，测量频率大大提升，可以极大地提高在线测厚数据对设备的监控效果，降低安全风险。

探头采用电池供电模式，在当前采集频率下可支持3～4 a的供电，因此，基本实现了装置运行周期内的免维护。

图6 无线数据传输网络

2.4 长寿命设计

Permasense在线测厚系统中的探针、网关和服务器等安装调试运行正常之后，除探针所用电池5～6 a需更换新的之外，其他零部件免于维护，减少了现场直接作业环节，也减少了人工维护成本。

2.5 经济和社会效益

与现有浸入式的腐蚀探针技术相比，Permasense在线测厚技术具有明显的优势。普通浸入式腐蚀探针为损耗品，在炼油装置一个检修周期内，一般需要更换一到两次腐蚀探针，而且浸入式安装的腐蚀探针，还需要开孔布线等工程施工、材料费和设计费用。因此，同比在炼油装置的一个检修周期内，一个腐蚀探针监测点的设备材料施工费、设计费用需8万元至10万元，而一个高温在线测厚点不需要开孔布线安装，无损耗品备件，无维护费，只需要一次性投入设备费用 3～4万元，安装简易，免维护，可长寿命运行使用。另外，高温在线测厚点可安装在在线腐蚀监测探针难以安装的部位，监测范围更广，可明显节省投资和维护费用。

Permasense在线测厚技术克服浸入式监测探针施工风险大、监测数据不准确、维护不方便且成本较高的缺点，实现了对炼油企业管线厚度的不间断准确监测，准确给出所监测管线的剩余厚度和腐蚀速率，为及时发现管线腐蚀减薄和避免企业发生泄漏着火、人身伤亡以及环保事故等提供了可靠解决方案；另外该技术有利于对管线做到预知维修，降低检测人员劳动强度，使检修计划更科学合理。因此，Permasense高温在线测厚技术的应用能产生巨大的社会效益。

2.6 Permasense在线测厚系统数据处理技术

常顶循塔壁抽出管线测厚数据见图7。从图7可以看出，2018年8月至11月管道壁厚的变化情况。通过对数据的放大，可以清楚地看到每12 h监测的壁厚数据(见图8)。由图8识别管线壁厚的细微变化，同时在图谱下方列出了PSI®内部形态指示，表明测试时间内内表面较粗糙，局部腐蚀的趋势明显。

图7 常顶循抽出管线测厚数据

图8 常顶循抽出管线测厚数据

另外，通过对测厚数据表特定时间段内数据选取，可以计算出这段时间内的管道额腐蚀速率(见图9)。

图9 抽出管线特定时间段内腐蚀速率

3 结 语

在线测厚系统微米级的数据精度，为制定防腐策略、快速发现腐蚀问题提供基础数据。其数据反应如此迅速、灵敏，可以和工艺变化快速地建立联系，从而评估工艺调整、处理方案调整、原油加工量变化、助剂品种和剂量调整等对于装置设备的影响。Permasense在线测厚系统高质量数据，使腐蚀管理人员实时掌握关键点腐蚀状况，实现了从被动腐蚀防护到主动腐蚀控制的飞跃。为企业提升经济效益，实现产能最大化、原油多样化、优化工艺处理方案等提供基于数据科学决策的依据。