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連續地環(huán)烷酸腐蝕監測增加原油巖板靈活性


    1.  導言

        當前,原油價(jià)格高度波動(dòng),使得煉油利潤率也存在較大差異,結果我們很難從原油巖板優(yōu)化方面精確地選擇原油和實(shí)現利潤最大化。煉油廠(chǎng)可接受的各種原油靈活性對實(shí)現利潤最大化十分重要,有些地區,甚至是某個(gè)煉油廠(chǎng)繼續生存的關(guān)鍵。市場(chǎng)大多數較低成本原油——即所謂“機會(huì )原油”——是在標志原油價(jià)格基礎上采取打折價(jià)格,這是因為它們具有難加工的屬性——最主要的是用TAN(總酸值)衡量的腐蝕性??偹嶂禍y量通常是實(shí)驗室用來(lái)確定原油易于造成環(huán)烷酸腐蝕特性的試驗方法。
 
        北美地區價(jià)格更加低廉的頁(yè)巖油和重油砂開(kāi)采不斷增加,導致煉油廠(chǎng)可加工進(jìn)料的需求靈活性上升。這些原油以及采用三次采油和油井刺激技術(shù)的舊傳統油田通常依賴(lài)于注入一種化學(xué)藥劑,這種藥劑殘留在煉油廠(chǎng)的原油進(jìn)料中。另外,大多數加拿大油砂本身總酸值就很高,同時(shí),采用火車(chē)運輸頁(yè)巖油需要添加硫化氫鈍化化學(xué)品,而這種鈍化化學(xué)品可能會(huì )給煉油廠(chǎng)帶來(lái)其他相關(guān)腐蝕性問(wèn)題,比如原油塔頂部氨化合物鹽化,最終可能會(huì )導致垢下腐蝕。北美地區采用的“啞鈴形”石油加工方法——一種將頁(yè)巖油和重油砂混合加工的方法——在促進(jìn)塔穩定性、作業(yè)性能以及產(chǎn)品質(zhì)量控制方面的作用得到大量宣傳,而這些原油混合物增加的腐蝕風(fēng)險卻很少宣傳,但是,這類(lèi)風(fēng)險卻越來(lái)越成為一種普遍現象。
 
        因此,提高可在煉油廠(chǎng)加工的各種原油質(zhì)量靈活性也潛在地增加了設備完整性風(fēng)險,造成腐蝕增加。這在大多數情況下表現為檢測到設備某些區域出現不可接受的高腐蝕時(shí),裝置會(huì )停工。盡管如此,如果被忽略而且不及時(shí)處理,這類(lèi)過(guò)量腐蝕會(huì )導致碳氫化合物泄漏,最糟糕情況下,甚至發(fā)生爆炸或火災,導致人類(lèi)悲劇,增加業(yè)務(wù)中止時(shí)間,造成秩序混亂,增加大量設備重建成本,同時(shí)也會(huì )導致公司品牌聲譽(yù)受損以及未來(lái)對公司監管力度加大。
 
        某些重要工藝裝置中產(chǎn)生的計劃外停工通常會(huì )耗盡從腐蝕性較高的煉油業(yè)務(wù)中賺取的利潤,因此,煉油廠(chǎng)不得不在利潤最大化和設備高開(kāi)工率管理之間走鋼絲。除此之外,各個(gè)煉油廠(chǎng)還面臨降低成本壓力(大多數情況下通過(guò)減少員工人數和減少使用承包商的頻度來(lái)實(shí)現,通常包括檢查部門(mén)資源),同時(shí),維護設備完整性適當監測水平的能力也面臨諸多挑戰。
 
        全世界石油天然氣工廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)者們正在通過(guò)積極部署規?;谰眯园惭b的持續式壁厚監測器跟蹤關(guān)鍵位置腐蝕情況,解決這類(lèi)問(wèn)題。更加嚴謹的監測不但能夠以高性?xún)r(jià)比方式跟蹤相關(guān)區域的腐蝕情況,而且讓煉油廠(chǎng)具體找到導致不斷腐蝕率加快的進(jìn)料或工藝運行——從而進(jìn)一步優(yōu)化在線(xiàn)腐蝕降低策略以及驗證其有效性,最終可以作出及時(shí)的、循證的完整性管理決策。

    2.  原油加工靈活性需求說(shuō)明: C:\Users\Administrator\Desktop\圖片15.png圖片15

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圖1:市場(chǎng)上出現的新原油TAN和API對比 [數據由 KBC Energy Economics提供]

        圖1中由KBC Energy Economics提供的最近數據表明,市場(chǎng)出現的大多數新型原油也面臨著(zhù)加工特性方面的挑戰,尤其是酸性或總酸值方面的挑戰。全世界大多數現有煉油廠(chǎng)設計主要考慮加工總酸值0.3 mgKOH/g或以下的原油,但是,上圖顯示全球原油總酸值為1 mgKOH/g或以上的產(chǎn)量增加了/正在增加3%左右。這些原油通常以比諸如Brent 或WTI這樣的標志原油低幾美元/桶的價(jià)格出售。如果機會(huì )原油以低于標準原油巖板0.5美元/桶的價(jià)格出售,那么一個(gè)一般產(chǎn)量20萬(wàn)桶/天(1000萬(wàn)噸/年)的煉油廠(chǎng)的利潤能夠增加3500萬(wàn)美元/年,遠遠地超出增量化學(xué)抑制和監測成本,意味著(zhù)抑制/監測項目實(shí)施的回報時(shí)間通常是幾個(gè)月。

        在決定加工更具腐蝕性原油時(shí),原油規劃人員通常會(huì )“考慮”到完整性影響,這樣的考慮將以未來(lái)發(fā)展過(guò)程中某些重要設備項目的估算更換成本為依據。除非煉油廠(chǎng)擁有幾年和幾個(gè)循環(huán)周期加工這類(lèi)高酸性原油的經(jīng)驗,這些考慮將只不過(guò)是一些“有依據的推測”,因為缺少將特定原油類(lèi)型同相對應腐蝕率聯(lián)系起來(lái)的硬性數據。

    3.  環(huán)烷酸腐蝕

        高總酸值原油會(huì )造成環(huán)烷酸腐蝕,這種腐蝕極具侵略性,通常屬于局部腐蝕機理,具有“橘皮”效果特點(diǎn),如下文圖片(圖2)所示。雖然這種問(wèn)題大多數集中在原油和減壓蒸餾裝置上,但是,進(jìn)入下游轉換和加氫裝置的氣油和殘余產(chǎn)品也呈現一定水平的總酸值,也是使用碳鋼制作的進(jìn)料部分設備的問(wèn)題所在。

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圖2:環(huán)烷酸腐蝕 [數據由 Nalco Champion公司提供]
 
        設備內,環(huán)烷酸腐蝕的侵略性是由裝置中的四個(gè)關(guān)鍵參數決定的:

        3.1- 溫度——環(huán)烷酸侵蝕開(kāi)始在溫度大約超過(guò)200-220?C (390-430?F)的原油和減壓蒸餾裝置的一些區域出現——從預熱系統熱端開(kāi)始,通過(guò)進(jìn)料加熱盤(pán)管,對原油蒸餾塔的下部、輕/重氣油側拉力以及殘余品消減產(chǎn)生影響,直到這些裝置被冷卻到低于該臨界溫度閾值。真空裝置中的危險區域也是一樣的。
 
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圖3:環(huán)烷酸腐蝕溫度差異性[數據由 Nalco Champion公司提供]
 
原油蒸餾塔
 
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圖4:原油和真空蒸餾塔中環(huán)烷酸腐蝕高風(fēng)險位置
         
        3.2-冶金學(xué)特點(diǎn) ——環(huán)烷酸腐蝕對碳鋼具有最強侵蝕性,據記載,溫度超過(guò)300?C (572?F)時(shí),3 mgKOH/g或以上總酸值的原油的腐蝕率達到40-50毫米/年(1600-2000密耳/年)。盡管不同等級的不銹鋼在一定溫度范圍內抵抗環(huán)烷酸腐蝕能力存在差異,但是總體上不銹鋼表現出良好耐環(huán)烷酸腐蝕性,如下表中所示:

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圖5:環(huán)烷酸腐蝕冶金差異性[數據由 Nalco Champion公司提供]
 
        3.3-速度——本質(zhì)上環(huán)烷酸分子相對懶惰,只有在高剪切速度的“激活”下才改變這種狀態(tài)——比如我們所發(fā)現的減速器和膨脹器所導致的斷流,彎頭和彎管以及T形件造成的斷流,或者發(fā)生流動(dòng)擾動(dòng)的下游,比如泵抽送量、噴嘴或侵入探頭。這導致這些區域存在環(huán)烷酸腐蝕的概率比較大。

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圖6:烷酸腐蝕流速差異性[數據由 Nalco Champion公司提供]
 
        3.4-原油硫含量——另外,也有現場(chǎng)證據表明,高總酸值酸性原油的腐蝕性不及高總酸值低硫原油的強,這是因為前者形成了一層保護金屬表面的硫化鐵鈍化層。市場(chǎng)上可買(mǎi)到的幾種環(huán)烷酸抑制化學(xué)品也是利用同一鈍化原理工作的。盡管如此,也需要記住一點(diǎn),硫化鐵層的形成也會(huì )以化學(xué)方式永久地侵蝕設備壁金屬。另外,這也是一種不穩定的現象,比如,當裝置關(guān)閉時(shí)或者當流速發(fā)生重大變化時(shí),所形成的硫化鐵鈍化層也會(huì )消失。

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圖7:環(huán)烷酸腐蝕硫含量差異性[數據由 Nalco Champion公司提供]
 
        3.5- 按沸點(diǎn)區分環(huán)烷酸——原油總酸值近似的不同原油會(huì )含有不同形式的環(huán)烷酸分子,這些分子在不同沸點(diǎn)分離。比如下圖中,Gryphon、 Captain和 Cerro Negro原油的環(huán)烷酸腐蝕主要集中在原油蒸餾裝置,而Doba原油的環(huán)烷酸腐蝕主要集中在減壓裝置。了解環(huán)烷酸分離溫度對確定監測策略十分重要。 說(shuō)明: C:\Users\Administrator\Desktop\圖片19.png圖片19

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圖8:不同類(lèi)型原油沸點(diǎn)溫度總酸值差異性 [數據由 Nalco Champion公司提供]
 
    4.  環(huán)烷酸腐蝕管理

        各個(gè)煉油廠(chǎng)主要采取兩種策略減輕環(huán)烷酸腐蝕影響——首先,他們對各個(gè)裝置的大多數/全部脆弱區域的冶金學(xué)特性進(jìn)行升級,其次,他們利用化學(xué)抑制劑——這兩種策略都需要在主要區域進(jìn)行更加嚴密監測,以核實(shí)抑制劑的分布以及冶金學(xué)特性升級情況。這些選項的選擇往往會(huì )涉及到資本預算可用性問(wèn)題——當前形勢下,預算在不斷被消減,許多經(jīng)營(yíng)者正在化學(xué)抑制和冶金學(xué)特性升級監測之間做出選擇,尤其是可在不關(guān)閉設備的情況下在線(xiàn)優(yōu)化抑制劑和安裝完整性監測系統以來(lái),這種趨勢越愈發(fā)明顯。
 
說(shuō)明: C:\Users\Administrator\Desktop\圖片20.png圖片20
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圖9:減輕環(huán)烷酸腐蝕的冶金特性升級和化學(xué)抑制選擇
 
    5.  腐蝕監測一般使用的技術(shù)

        傳統上用來(lái)監測煉油廠(chǎng)腐蝕的儀器有幾種類(lèi)型。其中最常用的兩種是腐蝕探頭和手持超聲儀。

        5.1-腐蝕(或電阻)探頭——上個(gè)世紀60年代起,人們就開(kāi)始使用腐蝕探頭。這些探頭主要依賴(lài)于一個(gè)帶有消耗端的侵入元件,將消耗端放入工藝流體中,通常消耗端制作所使用的材料同周邊設備的材料一樣。隨著(zhù)消耗端腐蝕,其電阻會(huì )發(fā)生變化,發(fā)生變化的電阻記錄在外部?jì)x器(通常是一個(gè)局部安裝的數據記錄器)上,但是,人們現在不斷地使用無(wú)線(xiàn)連接方式記錄相關(guān)數據。消耗端的腐蝕液用來(lái)推斷周邊設備經(jīng)歷的腐蝕水平。雖然用起來(lái)很簡(jiǎn)單,但是腐蝕探頭存在諸多缺點(diǎn):
 
        •  由于存在前面描述的剪切速度,中心線(xiàn)測量腐蝕率可能會(huì )與墻壁測量腐蝕率不同。

        •  兩到三四年(或如果是“高敏感度”應用環(huán)境下,時(shí)間甚至會(huì )更短)后,消耗端通常會(huì )被腐蝕殆盡,而大多數煉油廠(chǎng)現在每個(gè)經(jīng)營(yíng)周期一般超過(guò)5年。因此,通常需要在線(xiàn)更換腐蝕探頭。為了避免給工作人員帶來(lái)危險,通常需要采用非常嚴謹的安全程序以及進(jìn)行大量技術(shù)人員培訓。盡管這樣,據記載,還是發(fā)生了因探頭在殘壓作用下被高速彈出造成的幾次安全事件。國際上有幾家石油公司已禁止在設備運轉時(shí)將腐蝕探頭拆除,這樣一來(lái),到了經(jīng)營(yíng)周期最關(guān)鍵的最后一兩年,從腐蝕角度來(lái)說(shuō),這些設備都只能“盲目”地工作。

        •  這些探頭的侵入性質(zhì)意味著(zhù)正常經(jīng)營(yíng)期間,不能安裝這些探頭,因為它們需要將特制的安裝法蘭打孔,并焊接到管道上。
 
        •  侵入性探頭會(huì )造成流體流速擾動(dòng),從而會(huì )造成下游環(huán)烷酸腐蝕。
 
        •  大多數基于數據記錄器的舊型腐蝕探頭需要工程師到設備那里去下載數據。因此,工程師需要親自進(jìn)入到探頭位置,數據收取效率極低。
 
        5.2-手持超聲儀波儀器——超聲儀用于石油天然氣行業(yè)已經(jīng)有了50年左右的歷史,被證明是一種可靠的技術(shù)。這種技術(shù)涉及到直接安裝在金屬表面變頻器生成的超聲波。超聲波通過(guò)金屬設備傳播,最后被背面內壁反射回來(lái)。 反射回來(lái)的超聲波信號(或者超聲掃描信號)被記錄下來(lái),發(fā)送信號和反射信號之間的時(shí)間差(“飛行時(shí)間”)可用來(lái)測量壁厚。雖然這種技術(shù)比較可靠,但是要完成一個(gè)腐蝕測量點(diǎn)超過(guò)80000個(gè)的中等規模煉油廠(chǎng)的全部測量工作非常耗時(shí),需要大量人力才能完成,因此,單個(gè)低等風(fēng)險度-中等風(fēng)險度的測量點(diǎn)的壁厚可能2-3年才測量一次。因此,要高頻率、有信心地測量主要位置的腐蝕率或者將高度壁損耗各個(gè)期間與具體的進(jìn)料或工藝作業(yè)(需要按天進(jìn)行各種有用測量)結合起來(lái),是非常困難的。
 
        另外,除了簡(jiǎn)單易操作之外,手持超聲儀器方法也存在下列缺點(diǎn):
 
        •  重復性和再現性誤差——讓同一無(wú)損檢測技術(shù)員使用同一設備連續對同一位置進(jìn)行精確測量是不可能的。因為手持儀器需要進(jìn)行仔細的校準,同時(shí)解釋超聲波形也需要具備一定技術(shù)能力,這就造成了厚度測量誤差。下圖所示為1984年-2013年期間對單個(gè)(名義)位置進(jìn)行的手工測量結果。很明顯,對于每項測量結果,不同時(shí)間壁厚和腐蝕率的測量結論不同。從這些數據可以推測出手持超聲儀的精確度是+/- 0.5 -1 毫米(+/- 20-40密耳)。
 
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圖10:使用手持超聲儀對固定位置進(jìn)行測量(按時(shí)間順序) [數據由Chevron提供]
 
        •  易受金屬內表面粗糙度(比如局部化銹蝕)影響——超聲物理學(xué)特性存在一種局限性,那就是金屬內表面上非常細小的缺陷也會(huì )導致超聲波發(fā)散,造成反射信號的扭曲。這體現在與之前讀數相比,壁厚竟然增加了,這根本是不可能的事情。人性使然,人們會(huì )拋棄這樣的測量結果,操作員一般會(huì )將探頭輕輕地移到一側或者其他位置,直到獲得所謂“正常”的讀數(等于或低于前一讀數)。因此,將儀器放在內表面粗糙位置時(shí),這類(lèi)局限性可能獲得有價(jià)值的信息,但是也意味著(zhù)錯過(guò)對那些真正出現腐蝕活動(dòng)位置的測量。下圖所示為安裝永久性傳感器時(shí)這種現象的圖例:
 
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圖11:局部化腐蝕機理影響下永久安裝超聲傳感器測量的壁厚趨勢
    
        上圖中紅圈標注期間,是受內表面粗糙度影響最大的時(shí)間,由于該超聲分散效應,實(shí)際厚度無(wú)從知曉。
 
        •  高溫——大約超過(guò)100?C (212?F)的溫度可能會(huì )對超聲探頭的電子器件造成永久性損壞。另外,超過(guò)該級別的溫度或者可能產(chǎn)生環(huán)烷酸的其他類(lèi)型的溫度下,檢查人員靠近熱金屬件工作,即使穿戴保護設備,也是不安全的。
 
        •  親身進(jìn)入——檢查人員需要能夠靠近相關(guān)測量位置的設備,因此需要采用腳手架(可能需要永久安裝),需要去除隔熱層手工測量裸露的金屬器件,這需要付出高昂成本和導致能源損失。

    6.  現代永久性安裝連續腐蝕監測技術(shù)

        當前有幾種現代化且經(jīng)過(guò)驗證可靠的腐蝕測量技術(shù),這些技術(shù)試圖要克服侵入式探頭和手持超聲儀的缺點(diǎn)。這些技術(shù)主要分為兩類(lèi):
 
        •  永久安裝局部/點(diǎn)式測量技術(shù);
 
        •  永久安裝區域測量技術(shù)。
 
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圖12:測量技術(shù)分類(lèi)——靈敏度與測量頻率
 
        上圖所示為各種技術(shù)的分類(lèi),這些技術(shù)包括前一章節描述的侵入式(ER)腐蝕探頭和手持超聲儀(UT),分類(lèi)是根據是否使用篩選或測量技術(shù)以及是否可用來(lái)檢查或監測進(jìn)行的。

        在確定某一特定系統中是否存在腐蝕活動(dòng)以及全部金屬損耗大體程度方面,區域測量方法為我們提供了一種有價(jià)值的途徑。盡管如此,測量區域的擴大卻相應地降低了這些測量的分辨率或靈敏度。如果這些儀器顯示整個(gè)測量區域發(fā)生1%的金屬耗損量,則需要技術(shù)精湛并經(jīng)過(guò)嚴格培訓的專(zhuān)業(yè)人士解釋金屬損耗是整個(gè)區域一致的金屬耗損還是單個(gè)銹斑金屬損耗,這些金屬損耗都可能穿透整個(gè)壁厚。

        實(shí)踐中,區域測量工具是篩選的最佳工具。這些系統收集到的數據通常會(huì )定期發(fā)送給專(zhuān)業(yè)人士進(jìn)行解釋?zhuān)M(jìn)行處理并在晚些時(shí)候返回,這就會(huì )造成額外數據加工成本和延遲。大多數情況下,這類(lèi)設備結構復雜,采用精密金屬表面連線(xiàn)耦合器,從而造成購買(mǎi)和安裝成本高,容易在工業(yè)環(huán)境中損壞。大多數這類(lèi)系統需要檢查人員親臨現場(chǎng)取回數據,從而需要親自靠近設備。一旦部署,如果接下來(lái)發(fā)生設備更換,這些系統是不能移動(dòng)位置的。
 
        當今可用的點(diǎn)式測量方法大多數以超聲波為基礎,存在之前描述的兩種缺點(diǎn):
 
        •  因電子器件靈敏性,不適于高溫應用環(huán)境;
 
        •  粗糙內表面會(huì )造成超聲波反射變形,從而混淆壁厚趨勢。
 
        圖12中的紅框表示有效環(huán)烷酸腐蝕測量所需測量頻率和靈敏度。這意味著(zhù)手持超聲儀、“區域”方法和侵入式探頭都能提供部分解決方案,但沒(méi)有一種技術(shù)能夠滿(mǎn)足全部要求。

    7.  永感™技術(shù)概述

        永感™永久安裝超聲無(wú)線(xiàn)壁厚檢測傳感器克服了這兩種局限性,成為環(huán)烷酸腐蝕監測的理想技術(shù)——除了大規模安裝簡(jiǎn)單和性?xún)r(jià)比高之外,既具備反映壁厚細小變化的靈敏度,也具備適應極端裝置條件的堅固耐用性。
 
        7.1-能靈活適應高溫環(huán)境——傳感器的設計納入了下圖所示獲得專(zhuān)利的獨特“波導”設計。波導采用導熱性能差的不銹鋼制成,因此,電子器件就能安全地避開(kāi)熱金屬表面(溫度高達600?C (1100?F))的影響。這種技術(shù)是目前市場(chǎng)唯一可以購買(mǎi)得到的點(diǎn)式測量技術(shù),能夠在300?C (572?F)以上的溫度條件下工作。
 
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圖13:永感™專(zhuān)利波導技術(shù)保護電子器件不受高溫影響的效力
 
        超聲波從“發(fā)送”變頻器發(fā)出,沿著(zhù)波導傳送,反射信號沿著(zhù)另一波導傳送,到達“接收”變頻器上。與手持超聲儀一樣,“表面波”信號和內部金屬面第一次反射之間的“飛行時(shí)間”差提供壁厚測量結果,如下圖所示。
 
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圖14:永感™ 超聲傳感器的信號及波徑
 
        7.2-粗糙度效應分辨率——Permasense最近宣告了采用一種獲得專(zhuān)利的專(zhuān)有AXC(自適應交叉相關(guān))超聲信號處理方法后,他們的技術(shù)獲得了巨大進(jìn)步。不同于掃描內表面第一超聲反射峰值,AXC使用前波形結構改進(jìn)第一次反射探測的可靠性,甚至改進(jìn)粗糙內表面發(fā)生的信號扭曲。AXC能夠將壁厚測量與內表面發(fā)生的粗糙區分開(kāi)來(lái)——盡管如此,現在發(fā)生的粗糙度使用色帶加以區分,所謂色帶就是Permasense形狀指標(PSI)。使用AXC方法重新處理圖11中數據的結果,如下圖所示:

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圖15:環(huán)烷酸腐蝕機理永感™ AXC處理壁厚數據
說(shuō)明: 圖片26
 
        因此,本次案例研究中,原油總酸值上升到一個(gè)相對適度范圍(0.3- 0.35 mgKOH/g),PSI標尺顏色很快地變成黃色,表明內表面變得粗糙。一旦獲得穩定的腐蝕率(大約一周后),PSI標尺變?yōu)榧t色,表明內反射金屬表面形狀快速發(fā)生變化。壁厚測量結果表明腐蝕率明顯地從0.2毫米/年上升到0.5毫米/年。這種改進(jìn)后處理方法能夠更容易地解釋超聲數據。

    8.  局部測量/區域覆蓋

        永感™系統的設計通過(guò)使用無(wú)線(xiàn)通信和電池供電,避免后續使用鎧裝和電纜槽裝置進(jìn)行布線(xiàn),達到了低安裝成本的目的。這種安裝簡(jiǎn)化方式可讓傳感器成為用于那些僅在經(jīng)營(yíng)期間進(jìn)入的遠端位置監測的理想品。
 
        與手持超聲儀類(lèi)似,每個(gè)傳感器的測量覆蓋區面積大約為1平方厘米。因此,使用單個(gè)傳感器進(jìn)行監測,探測到局部化腐蝕(比如環(huán)烷酸腐蝕)的概率較低。為了提高探測概率,需要在了解溫度、冶金學(xué)特性、設備幾何形狀以及原油類(lèi)型酸的沸程分布的基礎上,安裝多點(diǎn)陣列傳感器。每個(gè)陣列所需傳感器數根據歷史檢查記錄確定,或者按照當前監測的受腐蝕影響的區域所占比例確定——受影響區域所占整個(gè)被監測設備面積比例越小,要達到局部化腐蝕活動(dòng)探測90%可信度需要使用越多傳感器。
 
說(shuō)明: C:\Users\Administrator\Desktop\永感案例中文\圖片9.png圖片9
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圖16:根據腐蝕區域和探測概率確定的傳感器數差異
 
        圖16所示為英國帝國理工大學(xué)無(wú)損檢測工程中心的數學(xué)分析結果,這些結果表明了陣列規模、腐蝕活動(dòng)區域占整個(gè)受監測區域比例以及探測概率之間的關(guān)系。
 
        該分析成為圖17中系統地顯示用于可能遭受環(huán)烷酸腐蝕的原油加熱器傳輸線(xiàn)路的26個(gè)傳感器系統以及彎管監測使用的14個(gè)傳感器列陣的傳感器布置理論來(lái)源:
 
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圖17:原油加熱器至塔的傳輸線(xiàn)路點(diǎn)式傳感器監測列陣布局實(shí)際安裝示意圖
 
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圖18:彎管監測列陣布局實(shí)際安裝示意圖
 
 
    9.  點(diǎn)式測量分辨率及工藝溫度變化效應

        由于音速通過(guò)金屬會(huì )產(chǎn)生變化,因此所有基于超聲波的測量都會(huì )受到工藝溫度變化的影響。

說(shuō)明: C:\Users\Administrator\Desktop\永感案例中文\圖片10 (2).png圖片10 (2)
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圖19:?jiǎn)蝹€(gè)位置隨時(shí)間變化的壁厚測量和壁溫度變化
 
        圖19所示為使用永感™永久安裝超聲傳感器測量的壁厚變化情況。如圖所示,放大時(shí),如果工藝溫度波動(dòng)為20?C (40?F),壁厚變化程度為0.05毫米(2密耳)。這種變化程度很小,不適于用來(lái)確定腐蝕率的短期變化,從而促使某些經(jīng)營(yíng)者繼續使用“高靈敏性”的侵入式探頭,盡管他們明白這種探頭存在各種問(wèn)題(如上文所述)。最新一代的永感™傳感器(WT210)利用集成熱電偶測量金屬表面溫度,能夠自動(dòng)地補償工藝溫度變化時(shí)的壁厚數據,如圖20所示,相關(guān)數據與圖19中數據相同。
 
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說(shuō)明: C:\Users\Administrator\Desktop\永感案例中文\圖片11.png圖片11
 
圖20:經(jīng)溫度補償處理的壁厚測量數據
 
        經(jīng)過(guò)溫度補償處理的數據的差異低于10微米(0.2密耳)。這樣的精度可能探測到更小、更短期的腐蝕率,且可行度更高。盡管如此,需要注意的是,經(jīng)校正數據表明腐蝕在該位置并未連續發(fā)生,其中還發(fā)生兩個(gè)毫無(wú)關(guān)聯(lián)的腐蝕事件,兩者都被原數據的工藝溫度變化效應所掩蓋。使用永感™傳感器和自動(dòng)化數據處理技術(shù)所能夠達到的精度可與高靈敏度侵入式探頭相媲美,但不存在后者內在的安全問(wèn)題和其他問(wèn)題。

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            說(shuō)明: C:\Users\Administrator\Desktop\圖片33.png圖片33
圖21:永感™ 技術(shù) —— 靈敏度與測量頻率比較以及環(huán)烷酸腐蝕監測適用性
 
        圖21復制了圖12,但是顯示了上述永感™技術(shù)的適用性,該技術(shù)加入了最新的技術(shù)進(jìn)步,能夠補償內表面粗糙度和工藝溫度變化,完全滿(mǎn)足和甚至超過(guò)有效環(huán)烷酸腐蝕監測各項要求。如果該圖采用3維方式呈現,其中溫度為Z軸,可以看出,用于高總酸值原油相關(guān)的環(huán)烷酸腐蝕監測,永感™技術(shù)具有獨特性。

    10.  結論:

        10.1-市場(chǎng)狀況正促使煉油廠(chǎng)尋求各種新方法提高獲利能力。這包括加工更具腐蝕性和質(zhì)量更不穩定的原油(亦即所謂“機會(huì )原油”)。這樣一來(lái),腐蝕導致的故障風(fēng)險上升,而且所處環(huán)境是一個(gè)成本有限的環(huán)境,是一個(gè)檢查人數和合同資源有限的環(huán)境。
 
        10.2-高總酸值原油越來(lái)越多,加上北美地區頁(yè)巖油和重油砂開(kāi)采不斷增加(各自都存在與完整性相關(guān)的加工問(wèn)題),導致煉油廠(chǎng)在冶金學(xué)特性升級和化學(xué)抑制/腐蝕監測之間作出選擇。由于預算局限,許多石油公司選擇化學(xué)抑制和更加嚴格監測。抑制/加強型監測測量的回報時(shí)間通常為幾個(gè)月。
           
        10.3-環(huán)烷酸腐蝕是一種高溫條件下產(chǎn)生的局部化現象。環(huán)烷酸腐蝕主要集中在某些幾何形狀類(lèi)型的金屬,包括壁面出現剪應力的金屬。要實(shí)現有效監測,需要一種可以處理高溫問(wèn)題的技術(shù);這種技術(shù)對內表面粗糙度細微變化很敏感,從而能夠探測銹蝕,另外,這種技術(shù)可實(shí)現大規模傳感器的簡(jiǎn)單安裝,性?xún)r(jià)比高。
 
        10.4- 雖然侵入式探頭具備所需靈敏度和響應能力,但是安裝和維護復雜,在更換消耗端時(shí)存在安全隱患。這種探頭屬于單點(diǎn)測量,然后根據單點(diǎn)測量結果推出整個(gè)工藝流體對設備壁造成的腐蝕影響。手持超聲儀因測量位置、操作人員和設備之間測量結果差異而存在重復性/再現性問(wèn)題。盡管如此,跟所有基于超聲波技術(shù)一樣,超聲波信號可能會(huì )被內表面局部粗化造成的散射效應畸變。區域和掃描類(lèi)技術(shù)不能實(shí)現所需局部分辨率或者不能輕易地解釋數據,因此不適于環(huán)烷酸監測。
 
        10.5- 永感™技術(shù)以陣列方式布局傳感器,能夠抵抗高溫,能夠提供所需局部分辨率精度以及能夠提供所需監測范圍覆蓋,是用于環(huán)烷酸監測的完美解決方案。加入專(zhuān)有的自適應交叉相關(guān)(AXC)超聲波信號處理技術(shù)后,能夠可靠地探測局部粗糙度和銹蝕以及確定環(huán)烷酸腐蝕特點(diǎn),另外,這類(lèi)技術(shù)也能避免所有其他超聲波方法所存在的超聲波分散問(wèn)題。最新一代永感™傳感器通過(guò)使用自動(dòng)化溫度補償,能夠提供“高靈敏”侵入式探頭一樣的精確度,從而能夠可靠地測量短期變化。這樣一來(lái),這種技術(shù)就成為短期石油加工活動(dòng)腐蝕監測和跟蹤的理想選擇。
 
        10.6-過(guò)去5年,永感™傳感器已在全世界60多家煉油廠(chǎng)安裝使用,這些煉油廠(chǎng)包括國際石油公司、獨立經(jīng)營(yíng)公司以及國家石油公司。在過(guò)去5年中,這些傳感器已自動(dòng)提供了超過(guò)1000萬(wàn)個(gè)在線(xiàn)測量數據給那些需要利用數據作出更好運營(yíng)和資產(chǎn)完整性管理決策的人士。



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