γ 射线扫差在减压塔填料腐蚀评估中的应用

金波 JIN Bo

（中海石油宁波大榭石化有限公司，宁波 315812）

0 引言

随着原油资源的枯竭，原油自身的品质在逐年下降，目前原油的性质与装置设计之初的性质对比存在较大差异，原油的酸值、盐含量显著上升。本文所述装置加工海油原油，设计时参照原油的酸值为2.58mgKOH/g，当前如单炼海洋重质原油，酸值最高达到2.8~3.0mgKOH/g，减压塔存在严重的环烷酸腐蚀。

减压塔的腐蚀部位主要集中在减三线及以下部分的塔壁、塔内件。塔壁复合层的腐蚀减薄，存在塔壁穿孔，空气倒吸至塔内，严重影响装置的安全生产。塔内件的腐蚀，影响减压塔的分离效果及气液相均匀分布，并局部加速塔壁腐蚀。减压塔塔壁的腐蚀状况目前主要采用高温测厚及涡流扫查的办法进行评估，但是测厚数据误差大，很难直观地反映腐蚀状况；而减压塔内填料层的完整性及腐蚀状况，我们装置尝试采用了γ 射线扫描检测技术对填料的腐蚀情况进行评估，通过二次检测数据对比，以及产品化验数据分析佐证，取得了一定的效果。

1 γ 射线扫查检测技术介绍

1.1 基本原理介绍

γ 射线是一种高频高能电磁波，穿透能力很强，当γ射线穿过物质后，其能量强度由于物质的吸收被衰减，但还是可以被接收器接收到。γ 射线穿透物质后的衰减服从Lambert-Beer 定律[1]：

式中μm——吸收物质对γ 射线的质量吸收系数，m2/kg；

l——透过介质的厚度，m；

I——射线透过吸收物质后的强度，Bq；

Io——射线透过无吸收物质后的强度，Bq。

从（1）式中可以看出，射线透过障碍物后的强度，与障碍物的厚度、密度及待测物质的质量吸收系数有关。待测物质的质量吸收系数可以预先通过实验确定[2]，从（1）式可知，只需测量射线强度就可以得到已知待测物质厚度的密度（或相对密度）。针对某一段填料所在位置的减压塔直径是一定的，射线穿过塔设备后的辐射强度只与塔内的混相的密度相关。正常运行的塔设备其内部密度分布是有一定规律的，如塔内件有明显的损坏、堵塞等情况，则塔内的气液相分布势必会出现异常。塔设备的射线扫描检测，就是利用射线扫描得到塔内介质密度变化情况的扫描图谱，分析塔内气液相分布情况，找出气液相运行的异常现象与位置等，推测塔器出现故障的原因。

1.2 γ 射线扫描检测系统

根据γ 射线穿透性强、规律性衰减的特点，结合炼油装置塔类设备及现场情况，本次检测采用了中石化长岭分公司、岳阳长岭设备研究所有限公司、石油大学（北京）一起开发了应用于炼化塔类设备过程故障检测的γ 射线扫描检测系统，由岳阳长岭设备研究所有限公司负责现场检测。

该系统由硬件和软件两部分组成，其中硬件包括射线源、探测器、移动机构、射线扫描仪；软件包括数据采集处理及系统控制两项内容。

2 γ 射线扫描检测方法

本次在减压塔检测过程中，将放射源与辐射信号接收探头分别放置在塔体两侧，保证放射源与探头在同一水平面上，填料层检测过程中，探头接收到射线穿过塔后的辐射强度数据，将放射源与探头自塔顶至塔底同步向下移动，探头即能接收到射线穿过塔体后的所有辐射信号数据。

出科考试成绩显示实验组学生在专业理论知识、临床操作技能、临床思维方面均优于对照组，差异均具有统计学意义（P＜0.01），见表2。

依据减压塔T-1204 的结构、现场情况及相关检测要求，在当前的工况下，填料层按照图1（右）所示的线1 方位～线8 方位等8 个检测方位对减压塔T-1204 进行全面检测，对第六段填料层按照图2 所示的线9 方位～线17 方位等9 个检测方位进行精细检测。

图1 射线检测分布示意图

图2 重点部位填料精准扫查

3 本次检测的实施背景

2022 年5 月在检修减压塔侧线泵期间，在机泵过滤器内发现发现大量填料碎末及残片，在对该侧线所对应的换热器检修过程中，也发现了填料碎末，初步判断减压塔填料存在腐蚀。同年7 月，委托岳阳长岭设备研究所有限公司采用γ 射线扫描方式对全塔填料进行检测，首次检测完成时间为2022 年8 月5 日，2023 年1 月11 日完成了第二次检测。

4 检测数据分析

参照图3 所示，右侧为对应位置的检测图谱，图谱中X轴表示辐射数据的大小，Y 轴与塔高度相对应。辐射数据越大表示射线穿过路径上的密度越小，反之，密度越大[3]。

图3 第一段填料检测图谱

通检测图谱分析，第一段填料层整体完整，未发现明显的填料损坏现象。

通过同样方法，对全塔七段填料进行腐蚀分析，得出以下结论：

第二段填料线4 方位（西北方位）密度相对偏小，相比于其它三个方位低11.6%，根据介质腐蚀性推测填料被腐蚀的可能性较小，填料层内气液相分布不均，液相负荷偏低，形成气相通道的可能性较大。

第三段～第五段填料层内存在气液相分布不均的现象，其中东北侧的气相负荷偏大，建议检修期间检查填料层及的结垢情况和腐蚀损坏情况。

第六段填料层东北侧存在有孔洞及塌陷现象，腐蚀明显。

第七段填料层内存在气液相分布不均的现象，其中东北侧的气相负荷偏大，也不排除存在腐蚀损坏情况。

为了精准判断第六段填料的腐蚀程度，检测单位增加射线密度，具体检测结果见图4。

图4 第六段填料精确扫查图谱

检测发现线1 方位（东北方位）填料层密度偏小，线1方位（东北方位）填料层应存在有孔洞及塌陷现象，经过精细检测后，发现预计约体积8 个立方米左右填料层存在孔洞及塌陷现象，填料层密度相比于其它三个方位低34.9%，其它三个方位填料层整体完整，图5（右）为存在孔洞及塌陷的位置（预估的位置，斜线阴影部分为存在孔洞及塌陷的位置，其余阴影部位填料可能腐蚀减薄，不排除存在孔洞及塌陷）。

图5 减压塔2021 年填料塌陷形貌及分布位置

2023 年1 月，为了进一步根据减压塔腐蚀情况及第六段填料损坏情况，开展了第二次γ 射线扫查。以下重点分析第六段填料腐蚀程度变化情况。

从两次射线检测所得图谱（图6）分析，第六段填料发生腐蚀方位没发生变化（根据曲线的颜色进行判断），腐蚀范围没有扩散，填料层腐蚀深度增加0.3m（见波形对比），出现孔洞的体积的体积由8m3增加至10.4m3。相比于其它三方位密度，2022年7 月检测低30.4%，2023 年1 月检测40.8%，密度的变化，说明原先受损区域的填料存在脱落现象。

图6 第六段填料两次扫查对比

从射线扫描图谱分析，填料腐蚀为自下而上发展，在填料层中下部位置密度差最大，腐蚀孔洞最为严重，随着运行时间的增加，孔洞会继续增加，造成承载力不足，上部填料会继续塌陷，造成该方位填料层贯穿。填料层贯穿后，造成全塔气液相不均匀，该方位气相流速增加，对塔壁及上下层填料造成冲刷，加速腐蚀速率。计划2023 年3 月对减压塔填料进行第三次扫查，一方面继续跟踪第六段填料的腐蚀情况，同监控其它填料段的腐蚀情况，判断因第六段填料塌陷对全塔填料的影响程度。

5 数据检测准确性的预判

当前装置处于生产阶段，无法直观地验证射线检测的准确度，但是根据减压塔运行工况及历年检修情况判断，本次检测的结果具有一定的参考价值。

5.1 对腐蚀方位的判定

根据检测结果，第六段填料的腐蚀位置位于东北方位。在2021 年检修过程中发现该区域填料出现贯穿腐蚀，出现约2 平方左右贯穿整段填料的大洞。从腐蚀塌陷区域对比，与本次检测发现的腐蚀区域较吻合。2018 年也出现过类似情况，此处填料容易塌陷的主要原因为气液相分布不均，液体分布管由减压塔西侧穿入，东北侧及东南侧位于分布器的末端，存在分布不均现象。

5.2 对受损填料体积的评估

受损填料体积数评估是根据受损区域表面积与填料层深度进行计算得出。为了精确计算受损填料的表面积，检测时增加射线密度，在确定一个大致范围前提下，对该区域进行合围，得到一个相对精确的面积，填料层的腐蚀深度可以根据波形比较直观地得出，因此受损填料的体积数可以比较直观地进行计算得出。

根据两次检测对比数据，填料层的腐蚀深度由1m 增加到了1.3m，与其他三个方位密度比较，差值在上升。深度之所以会增加，主要是由于填料腐蚀是自下而上的，受损区域填料因腐蚀断裂脱后或填料碎片五支撑脱落造成，同时液相、气相的冲刷也会造成填料碎片的脱落，密度差值也随之上升。但随着时间的推移及防腐措施的改进，填料碎片脱落数量会逐步减少，可以从机泵入口过滤器清理情况得以说明，根据清理过滤器记录，在2023 年1 月对机泵过滤器的清理过程中几乎没有发现填料碎片，2021 年11 月以后，填料碎末减少，残片腐蚀不明显，进一步说明填料腐蚀得到了控制。

表1 减四线泵入口过滤器清理情况

5.3 对填料受损表面积的评估

通过两次检测数据对比，第六段填料受损区域的表面积未发生变化，可以从工艺防腐的调整情况及原油性质方面进行分析。

5.3.1 工艺防腐方面

2022 年8 月12 日开始，也就是第一次γ 射线检测后，减压塔减四减二中侧线、洗涤油注剂由无磷高缓蚀剂改加注磷含量为2%的高温缓蚀剂。

通过改加注低磷高温缓蚀剂后，减四、洗涤油铁离数据均呈下降趋势，见表2。

表2 不同阶段减四线铁离子数据表

5.3.2 原料酸值变化

目前装置常规加工原油为海洋高酸低硫原油，其中酸值最高达到3.17mgKOH/g，平均值在2.38KOH/g，单炼此类原油期间，减压塔减四线防腐压力很大。2022 年11 月至12 月装置多次掺炼加工低酸值中质原油，此举在很大程度上降低了装置供料酸值，平均值在2.07KOH/g，对减缓减压塔高温环烷酸腐蚀作用较大。

通过以上数据对比，说明减压塔运行工况得到了改善，各项检测指标趋于正常，对抑制腐蚀起到决定性作用，填料的腐蚀得到了控制。

6 结束语

γ 射线扫描是一项用于塔类设备过程故障诊断的新型检测技术，可以在装置运行状态下对填料层腐蚀状况的检测与评估，从检测结果结合装置实际运行工况及历史检修情况对照分析，其分析结果具有一定的可靠性，检测结果可作为减压塔工艺调整或检维修的依据。装置在本运行周期内，还会继续开展检测工作，将通过缩小射线扫描间距，提高扫描精度，跟踪填料腐蚀情况。