謝海兵,李家鵬,葛玉龍

(1.中海油寧波大榭石化有限公司,浙江 寧波 315812； 2.中海油東方石化有限公司，海南 東方 572600)

常減壓蒸餾是原油加工的第一步，為以后的二次加工提供了原料，所以常減壓蒸餾裝置的處理量也就是煉油廠的加工規(guī)模。因此，常減壓蒸餾裝置高效率的正常運(yùn)行，對(duì)整個(gè)煉油廠的生產(chǎn)至關(guān)重要。

1 常減壓蒸餾裝置的腐蝕監(jiān)測(cè)

加工含酸原油常減壓蒸餾裝置的主要腐蝕是塔頂腐蝕及高溫環(huán)烷酸腐蝕。一般常減壓蒸餾裝置使用在線腐蝕探針進(jìn)行監(jiān)測(cè)，腐蝕探針的監(jiān)測(cè)點(diǎn)選在塔頂換熱器或空冷入口處及減四蠟油首組換熱器入口，根據(jù)腐蝕損耗曲線的變化進(jìn)行助劑量的調(diào)整。精密電阻腐蝕探針在常頂換熱器E1205/1—2入口和E1212/1—3入口管線部位的監(jiān)測(cè)情況見(jiàn)圖1和圖2。

常減壓蒸餾裝置常頂循環(huán)管線腐蝕一般比較嚴(yán)重，精密電阻腐蝕探針的數(shù)據(jù)可決定塔頂工藝防腐蝕助劑量，可以達(dá)到減緩腐蝕的目的。但是，由于精密電阻腐蝕探針需要插入管道內(nèi)部與介質(zhì)接觸才能得到有效數(shù)據(jù)，易損耗。對(duì)于腐蝕速率在0.5 mm/a以上的常頂循環(huán)管線來(lái)說(shuō)，有效厚度只有0.75 mm的腐蝕探針工作一年左右就會(huì)消耗殆盡，需要在線更換新探針。由于閥門(mén)內(nèi)漏須拆裝，因此，運(yùn)用一種能夠直接測(cè)量、非侵入式的高精度監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為裝置防腐蝕工作急切的現(xiàn)實(shí)需要。

圖1 常頂換熱器入口腐蝕損耗曲線

圖2 減四換熱器入口腐蝕損耗

2 Permasense在線測(cè)厚系統(tǒng)的技術(shù)原理

該高精度在線測(cè)厚系統(tǒng)的傳感器(探頭)安裝在現(xiàn)場(chǎng)各監(jiān)測(cè)部位，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至網(wǎng)關(guān)，再通過(guò)企業(yè)局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存儲(chǔ)及分析，同時(shí)，局域網(wǎng)中所有電腦都可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)。系統(tǒng)的原理示意見(jiàn)圖3。

圖3 Permasense在線測(cè)厚系統(tǒng)原理示意

2.1 硬耦合連接

該系統(tǒng)探頭用波導(dǎo)桿傳遞超聲波,波導(dǎo)桿與被測(cè)設(shè)備采用硬耦合方式，通過(guò)抱箍(見(jiàn)圖4)安裝在被測(cè)設(shè)備表面，通過(guò)抱箍上螺柱和螺母的配合將波導(dǎo)桿壓緊到被測(cè)設(shè)備表面，無(wú)需耦合劑，從而避免了高溫測(cè)厚耦合劑失效問(wèn)題。通過(guò)抱箍方式安裝，避免在管道上焊接作業(yè)，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。抱箍安裝拆裝方便，還可以改變測(cè)量位置。

圖4 抱箍結(jié)構(gòu)示意

抱箍安裝的傳感器(探頭)有如下特點(diǎn)：

(1)消除人工檢測(cè)帶來(lái)的多種誤差。包括每次測(cè)量位置偏差、使用不同設(shè)備帶來(lái)的差異和不同人員操作方法上的差異，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的壁厚測(cè)量。

(2)可頻繁地進(jìn)行壁厚測(cè)量。每一個(gè)傳感器的測(cè)量頻率均可隨時(shí)從桌面進(jìn)行重新設(shè)置，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸、系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)庫(kù)。

該在線監(jiān)測(cè)技術(shù)成功應(yīng)用在常減壓蒸餾裝置低溫油氣管線和高溫環(huán)烷酸腐蝕部位等，總共設(shè)置了5個(gè)測(cè)厚點(diǎn)，具體位置見(jiàn)表1。

表1 常減壓裝置在線測(cè)厚監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

2.2 波導(dǎo)桿設(shè)計(jì)

Permasense在線測(cè)厚系統(tǒng)采用波導(dǎo)桿設(shè)計(jì)，將超聲波傳感器與被測(cè)管線隔離(如圖5所示)，因此可在高溫(溫度最高可達(dá)600 ℃)、高壓、臨氫等危險(xiǎn)環(huán)境下使用。

在高溫管線外壁，波導(dǎo)桿通過(guò)固定螺栓壓緊，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(guò)管線外保溫以及隔熱片進(jìn)行隔離，保證儀表可以在常溫區(qū)域工作，超聲波可以通過(guò)波導(dǎo)桿傳輸至管道并經(jīng)過(guò)另一個(gè)波導(dǎo)桿傳輸回儀表。

圖5 波導(dǎo)桿適用溫度范圍及信號(hào)特征

2.3 無(wú)線傳輸設(shè)計(jì)

Permasense在線測(cè)厚系統(tǒng)采用無(wú)線傳輸技術(shù)，依據(jù)IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，操作頻率2.4 GHz，乃全球免許可證頻段。網(wǎng)關(guān)和探頭之間以及探頭和探頭之間只要距離小于50 m就可以實(shí)現(xiàn)通訊，探頭作為數(shù)據(jù)采集終端的同時(shí)也作為數(shù)據(jù)傳輸中繼。無(wú)線傳輸方式避免了現(xiàn)場(chǎng)大量的電纜敷設(shè)工作，減少了檢修工作量同時(shí)也節(jié)約了布線成本,具體見(jiàn)圖6。

采集頻率為每12 h采集1個(gè)數(shù)據(jù)，與人工測(cè)厚相比，測(cè)量頻率大大提升，可以極大地提高在線測(cè)厚數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控效果，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

探頭采用電池供電模式，在當(dāng)前采集頻率下可支持3～4 a的供電，因此，基本實(shí)現(xiàn)了裝置運(yùn)行周期內(nèi)的免維護(hù)。

圖6 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

2.4 長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)

Permasense在線測(cè)厚系統(tǒng)中的探針、網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器等安裝調(diào)試運(yùn)行正常之后，除探針?biāo)秒姵?～6 a需更換新的之外，其他零部件免于維護(hù)，減少了現(xiàn)場(chǎng)直接作業(yè)環(huán)節(jié)，也減少了人工維護(hù)成本。

2.5 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

與現(xiàn)有浸入式的腐蝕探針技術(shù)相比，Permasense在線測(cè)厚技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。普通浸入式腐蝕探針為損耗品，在煉油裝置一個(gè)檢修周期內(nèi)，一般需要更換一到兩次腐蝕探針，而且浸入式安裝的腐蝕探針，還需要開(kāi)孔布線等工程施工、材料費(fèi)和設(shè)計(jì)費(fèi)用。因此，同比在煉油裝置的一個(gè)檢修周期內(nèi)，一個(gè)腐蝕探針監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)備材料施工費(fèi)、設(shè)計(jì)費(fèi)用需8萬(wàn)元至10萬(wàn)元，而一個(gè)高溫在線測(cè)厚點(diǎn)不需要開(kāi)孔布線安裝，無(wú)損耗品備件，無(wú)維護(hù)費(fèi)，只需要一次性投入設(shè)備費(fèi)用 3～4萬(wàn)元，安裝簡(jiǎn)易，免維護(hù)，可長(zhǎng)壽命運(yùn)行使用。另外，高溫在線測(cè)厚點(diǎn)可安裝在在線腐蝕監(jiān)測(cè)探針難以安裝的部位，監(jiān)測(cè)范圍更廣，可明顯節(jié)省投資和維護(hù)費(fèi)用。

Permasense在線測(cè)厚技術(shù)克服浸入式監(jiān)測(cè)探針施工風(fēng)險(xiǎn)大、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、維護(hù)不方便且成本較高的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煉油企業(yè)管線厚度的不間斷準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確給出所監(jiān)測(cè)管線的剩余厚度和腐蝕速率，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)管線腐蝕減薄和避免企業(yè)發(fā)生泄漏著火、人身傷亡以及環(huán)保事故等提供了可靠解決方案；另外該技術(shù)有利于對(duì)管線做到預(yù)知維修，降低檢測(cè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，使檢修計(jì)劃更科學(xué)合理。因此，Permasense高溫在線測(cè)厚技術(shù)的應(yīng)用能產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。

2.6 Permasense在線測(cè)厚系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)

常頂循塔壁抽出管線測(cè)厚數(shù)據(jù)見(jiàn)圖7。從圖7可以看出，2018年8月至11月管道壁厚的變化情況。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的放大，可以清楚地看到每12 h監(jiān)測(cè)的壁厚數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖8)。由圖8識(shí)別管線壁厚的細(xì)微變化，同時(shí)在圖譜下方列出了PSI?內(nèi)部形態(tài)指示，表明測(cè)試時(shí)間內(nèi)內(nèi)表面較粗糙，局部腐蝕的趨勢(shì)明顯。

圖7 常頂循抽出管線測(cè)厚數(shù)據(jù)

圖8 常頂循抽出管線測(cè)厚數(shù)據(jù)

另外，通過(guò)對(duì)測(cè)厚數(shù)據(jù)表特定時(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)選取，可以計(jì)算出這段時(shí)間內(nèi)的管道額腐蝕速率(見(jiàn)圖9)。

圖9 抽出管線特定時(shí)間段內(nèi)腐蝕速率

3 結(jié) 語(yǔ)

在線測(cè)厚系統(tǒng)微米級(jí)的數(shù)據(jù)精度，為制定防腐策略、快速發(fā)現(xiàn)腐蝕問(wèn)題提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)反應(yīng)如此迅速、靈敏，可以和工藝變化快速地建立聯(lián)系，從而評(píng)估工藝調(diào)整、處理方案調(diào)整、原油加工量變化、助劑品種和劑量調(diào)整等對(duì)于裝置設(shè)備的影響。Permasense在線測(cè)厚系統(tǒng)高質(zhì)量數(shù)據(jù)，使腐蝕管理人員實(shí)時(shí)掌握關(guān)鍵點(diǎn)腐蝕狀況，實(shí)現(xiàn)了從被動(dòng)腐蝕防護(hù)到主動(dòng)腐蝕控制的飛躍。為企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能最大化、原油多樣化、優(yōu)化工藝處理方案等提供基于數(shù)據(jù)科學(xué)決策的依據(jù)。