电场矩阵壁厚在线监测技术在闪蒸系统的应用

(中国石油化工股份有限公司洛阳分公司,河南 洛阳 471012)

中国石油化工股份有限公司某分公司(以下简称某分公司)原油蒸馏装置有两路流程，一路为原油进常减压蒸馏大流程，另外一路为原油闪蒸系统。闪蒸塔的塔顶油气组分并入大流程的常压炉转油线，进入常压塔，闪蒸塔底油去催化裂化装置深加工。

闪蒸系统是为了适应“分储分炼”的加工模式而设置的，自投用以来，一直加工低硫低酸原油。闪蒸系统除闪蒸炉内管线使用1Cr5Mo外，其他设备外部连接管线均为20号钢，硫设防值为0.5%(闪蒸塔为1.5%)，酸设防值为0.5 mgKOH/g。根据2014年8月中石化某分公司做出的2015年低负荷生产运行优化方案，闪蒸系统拟加工硫质量分数达2.1%的塔河混合原油，超出闪蒸系统设防值。由于检修工期及供货周期等客观原因又无法及时进行材质升级，传统的定点测厚等检测手段无法满足长周期安全运行需要，如何确保加工塔河高硫原油期间装置安全运行，监控腐蚀问题是关键。故于2014年12月在闪蒸系统安装了4套电场矩阵壁厚监测系统，用于监控闪蒸装置高温薄弱部位，确保了处理高含硫原油期间装置安全可控运行至2015年底大检修，为分公司降本增效做出了贡献。这是国产电场矩阵系统首次在中石化装置现场成功应用，取得了良好效果。

1 加工塔河高硫原油存在问题

1.1 原油硫含量超设防值

2008年10月,某分公司曾对塔河重混原油进行了综合评价，其一般性质分析见表1。从表1可以看出，该原油的密度大(953.0 kg/m3)，黏度大(50 ℃，808.4 mm2/s；80 ℃，104.4 mm2/s)，凝点高(11 ℃)，硫质量分数高(2.06%)，残炭值高(15.30%)，盐质量浓度高(589.8 mg/L)。塔河重混原油属重质高硫中间基原油。

表1 塔河重混原油一般性质

而闪蒸系统自2006年10月建成投用以来，其加工的原油硫含量及酸值都很低，以2014年7—11月份为例，其硫质量分数最大值为0.20%，平均0.12%，酸值最大0.23 mgKOH/g，平均0.09 mgKOH/g，为低硫低酸值原油，对设备的腐蚀轻微。具体见表2。

表2 闪蒸装置加工原油性质

由表1和表2可以看出，闪蒸系统加工流程优化后，加工原油硫含量将发生重大变化。因闪蒸系统硫设防值为0.5%(闪蒸塔为1.5%)，酸设防值为0.5 mgKOH/g，闪蒸系统加工塔河原油，硫含量将远超出设防值。

1.2 材质偏低

闪蒸系统在2008年投用至今，除闪蒸炉内管线使用1Cr5Mo外，其他各设备外部连接管线均为20号钢。根据SH/T 3096—2012《高硫原油加工装置设备和管道选材导则》表6.1.1加工高硫低酸原油蒸馏主要管道推荐用材表，介质温度高于240 ℃管道材质应选用1Cr5Mo。因此，目前的材质不符合加工塔河高硫原油的要求。需要对高温管线的材质进行升级，主要包括闪蒸炉出口至闪蒸塔转油线，闪蒸塔底抽出至闪蒸塔底油泵P1203以及闪蒸塔底油泵P1203至换热器E1058等管线。

1.3 无法在线监控

闪蒸系统加工高硫原油后，加大测厚频次、加强巡检是必要的监控措施。在闪蒸装置管线升级改造前，如何实现在线监控高温关键部位腐蚀状况成了问题的关键。

2 电场矩阵壁厚在线监测系统

电场矩阵壁厚在线监测工作原理为：在被监测的设备或管道外壁按照一定矩阵方式布置测量电极，监测系统在电极上产生低频电感信号，同时，系统实时地对各个矩阵不同时间的响应信号进行采集、放大、处理，通过运算模型给出管道腐蚀情况，绘出三维腐蚀减薄图。

由于属于直接测量，可以实现在同一个面实时、连续、在线监控高温管线壁厚，可避免人工测厚带来的较大误差，能够及时准确地反映管道的腐蚀情况。

3 在线监测及应对措施

3.1 对闪蒸单元腐蚀预测评估

为了做到有的放矢，查找闪蒸系统腐蚀薄弱环节，首先对闪蒸单元加工塔河高硫原油进行了腐蚀预测评估，也就是通过收集常减压蒸馏装置闪蒸单元运行数据和工艺流程，组织专家团队，依据设计选材导则、McConomy曲线、NACE和API相关标准对闪蒸系统装置设备和管线硫腐蚀和酸腐蚀进行核算。通过原油硫含量、酸值、介质温度和压力等腐蚀相关参数开展适应性评价，确定腐蚀回路，找出装置腐蚀薄弱部位及预测评估腐蚀速率。通过腐蚀预测评估，将设备管线进行风险分级，提出在闪蒸炉出口等4个关键部位采用电场矩阵壁厚在线监测系统，并另选99个点进行定点测厚，每月测厚一次，测厚结果与在线监测腐蚀速率进行对比。

3.2 电场矩阵壁厚在线监测系统应用

2014年12月，经过充分论证准备，在闪蒸单元关键部位安装了4套电场矩阵壁厚监测系统。具体安装部位及系统组成见表3和图1。

表3 电场矩阵壁厚监测系统安装位置

图1 电场矩阵壁厚监测系统

通过调试，目前该系统能够自动收集现场数据，具备数据库功能，提供便捷的数据显示及分析功能，提供腐蚀趋势分析、管线安全报警等功能，并且软件系统能够对管道腐蚀状况进行三维展示，获得管道的腐蚀深度与剩余壁厚信息，能判断和评估其寿命和运行风险。该系统软件采用远程浏览模式，用户可以在办公室通过软件实时查看现场管线剩余壁厚。

3.3 定期对腐蚀监测结果进行评价

根据电场矩阵壁厚监测系统监测情况及定点测厚记录及原料性质进行综合分析，每月初对闪蒸单元上一个月整体运行情况、设备及管道腐蚀情况进行评估，提出明确的诊断结果及整改建议，根据诊断结果及建议及时安排整改。

3.4 建立生产应急及特护体系

一是建立原油预警台账，加强对塔河原油原料性质的监控，发现异常并及时反馈生产调度处和技术质量处;二是建立闪蒸装置特护体系，对闪蒸装置特别是高温管线部位进行巡检，并签字确认;三是制定闪蒸装置紧急停工应急预案，并下发班组学习。如果发生高温管线泄漏，就启动该应急预案。

4 实施效果

4.1 实际加工原油性质

2015年2月13日11时闪蒸装置开始全部加工塔河混合油，2015年2月至9月闪蒸装置原油硫含量和酸值平均值如图2所示。由图2可以看出，2015年2月至9月闪蒸装置加工塔河混合油期间原油硫质量分数远超过设防值0.5%，均值也达到了1.94%，可以看出，实际加工原油与预期加工原油硫含量基本一致。

图2 闪蒸装置原油硫含量和酸值

4.2 矩阵壁厚在线监测实施效果

通过腐蚀在线监测和定点测厚发现，腐蚀结果与腐蚀评估预测基本一致。如塔底抽出一个部位的腐蚀监测如下：

图3为塔底抽出短接9月25日厚度立体图，图4为该部位4个矩阵组3月到9月厚度趋势曲线图。从图3可以看出,一些矩阵高度不同，说明管线上剩余厚度是不均匀的。各矩阵组的腐蚀趋势曲线见图4。

图3 塔底抽出短接9月25日厚度立体图

图4 塔底抽出部位的厚度趋势

由图4可以看出，2015年3月到9月该弯头不同区域腐蚀减薄分别为0.52,0.49,0.33和 0.32 mm等。平均腐蚀速率为0.71 mm/a，而该点附近测厚结果是0.66 mm/a。两种检测结果相近，也符合评估预测的结果。在6月初，由于监测到塔底油进、出E1058换热器管线弯头腐蚀超过设计腐蚀裕量后即刻进行了提前包盒子处理，而其他部位监测结果均在可控范围内，全部实现安全平稳运行到2015年9月底装置停工检修。

由此可见，通过电场矩阵壁厚在线腐蚀监测的应用，为常减压蒸馏装置闪蒸系统加工塔河原油生产决策提供了技术支持，确保了装置安全可控运行，实现了预知性维修，避免了事故发生。

5 经济效益和社会效益分析

5.1 经济效益分析

电场矩阵壁厚在线腐蚀监测的应用，为常减压蒸馏装置闪蒸系统给加工塔河原油生产决策提供了科学依据，确保了装置安全可控运行，实现了分公司提出的2015年低负荷生产运行优化方案的目标，为优化生产、提升效益做出了贡献。

5.2 社会效益分析

电场矩阵壁厚在线腐蚀监测技术的应用，使得设备管线做到了预知性维修，避免了薄弱部分泄漏事故发生，保证了安全平稳生产。同时也消除了泄漏着火爆炸带来的环境污染及对周围居民的影响。

6 结束语

电场矩阵壁厚在线监测技术是一种测量均匀腐蚀和局部腐蚀的创新性技术。在不停工、不开孔的条件下直接测量管道局部腐蚀状况、剩余壁厚，实现了高温连续测厚，降低了生产成本，提高了测量的稳定性和准确性。该技术实现了检测范围由点到面的突破，可以实现预知性维修，避免事故发生，因此具有非常广阔的应用前景。