电场矩阵监测技术在炼化企业中的应用

万泽贵,程前进,于晓鹏,杨永宽,郑丽群

(1.沈阳中科韦尔腐蚀控制技术有限公司,辽宁 沈阳 110180；2.中国石化股份有限公司洛阳分公司,河南 洛阳 471012)



电场矩阵监测技术在炼化企业中的应用

万泽贵1,程前进2,于晓鹏2,杨永宽1,郑丽群1

(1.沈阳中科韦尔腐蚀控制技术有限公司,辽宁 沈阳 110180；2.中国石化股份有限公司洛阳分公司,河南 洛阳 471012)

中国石化股份有限公司洛阳分公司闪蒸系统的硫设计值为0.5%(闪蒸塔为1.5%)，酸设计值为0.5 mgKOH/g。根据生产需要在闪蒸系统加工硫质量分数达2.1%的塔河混合原油。为了确保装置的安全运行，分别对装置的硫腐蚀和酸腐蚀进行了评估，并依据评估结果在腐蚀薄弱部位采用了电场矩阵在线监测技术和定点测厚相结合的方法进行腐蚀状况的实时监测。应用结果表明，在腐蚀分析及腐蚀速率评估预测的指导下，采用超声波定点测厚与电场矩阵技术，点与面相结合的监测形式，较好地解决了炼油厂腐蚀安全问题。

电场矩阵 腐蚀监测 闪蒸系统腐蚀

油气管道腐蚀有均匀腐蚀、冲刷腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀和裂纹等，近年来，利用超声波的反射原理测量金属管道剩余测厚可以很快测量到均匀腐蚀减薄，基本解决了因均匀减薄引起的安全事故。点腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀成为设备管道安全大敌，如不能及时排除隐患，易造成安全事故。因此，对局部腐蚀监测研究显得尤为重要。

中国石化股份有限公司洛阳分公司闪蒸系统一直加工低硫低酸原油，除闪蒸炉内管线使用1Cr5Mo外，其他各设备外部连接管线均为碳钢，硫设计值质量分数为0.5%(闪蒸塔为1.5%)，酸设计值为0.5 mgKOH/g。根据生产需要，在闪蒸系统加工硫质量分数达2.1%的塔河混合原油,通过对闪蒸系统设备和管线硫腐蚀和酸腐蚀进行评估，预测出了装置的腐蚀薄弱部位及腐蚀速率，提出了加工塔河高硫原油的防腐蚀策略。结合评估结果，分别设置了定点测厚和电场矩阵(FSM)监测点，确定了点和面相结合的监控模式，目的是实时监控装置的腐蚀状况，确保装置的安全运行。

1 电场矩阵监测技术简介

电场矩阵监测技术是一种以欧姆定律和电场分布为理论基础，基于电位列阵的金属设备、管道在线腐蚀监测的方法，在待检测区域通入电流形成电场，然后测量区域内矩阵方式排列的电极两端电压的微小变化(用测得的电压值与初始设定的测量值进行比较)来检测由于腐蚀引起的金属损失。随着应用于监测沿海钢套焊接区域裂纹的发生和发展，目前已经具有直接监测管道的腐蚀量/腐蚀速率、坑蚀、焊缝腐蚀、冲刷腐蚀、脆性裂纹的能力。监测区域大小和矩阵电极数量可以根据实际需要进行调整，管道、测量电极和参考试片在现场布置方式见图1。

图1 电场矩阵现场安装照片

与传统的腐蚀检测方法相比较，电场矩阵监测技术有以下显著优点：

(1)适用于管道弯头、T型接头等复杂几何体以及高温高压部位的腐蚀监测;

(2)不仅可以监测均匀腐蚀减薄，还可以监测冲刷腐蚀、坑蚀、脆性裂纹等局部腐蚀;

(3)非开孔表面安装，低功耗，可以实现电池供电、数据无线传输，施工安装方便;

(4)电极仅作导电作用，不受力，可以采用焊接或捆绑免焊接方式，对管道无损;

(5)实现一个矩阵面的监测，敏感性高，能够反映管壁发生腐蚀的真实状况。

2 电场矩阵监测方案

通过腐蚀评估，在4个关键腐蚀流程部位设置电场矩阵监测，位置见表1，系统采用电池供电、无线传输方式安装，数据实现远程监控、网页方式浏览。通过关键部位电场矩阵的面监测和超声波测厚的点检测相结合，在节约成本的同时，兼顾局部腐蚀等破坏因素，实现对管线的完整监控。

表1 电场矩阵测点位置

3 监测结果与分析

3.1 弯头高温腐蚀存在不均匀性

以闪蒸炉西出口弯头监测数据为例(见图2)，由图2监测数据第1行、第2列可看出，从2016年6月5日起有明显的减薄趋势，至6月30日厚度值为6.47 mm，较月初6.54 mm减薄0.07 mm，减薄

图2 第1行第2列和第2行第4列监测数据

量为1.0%，腐蚀速率为0.84 mm/a。其它矩阵组如第2行、第4列厚度变化缓慢，无明显腐蚀，说明存在腐蚀不均匀现象。

3.2 腐蚀数据综合分析

以塔底抽出管线监测数据为例(见图3)，从图3监测数据三维图能够看到矩阵高度不同，说明管线上厚度是不均匀的。结合各矩阵组的腐蚀趋势曲线(见图4)可看出，2016年3月到9月四个矩阵组监测的腐蚀发生过程，其腐蚀减薄分别为：0.52，0.49，0.33和0.32 mm。四个矩阵组监测的平均腐蚀速率为0.71 mm/a，该点测厚结果是0.66 mm/a，两种检测结果相对误差为10%，说明电场矩阵监测的结果是比较可靠的。两种监测手段相结合的结果同时表明,高含硫介质对高温碳钢管线的腐蚀比较严重的，符合以往的研究，与之前的腐蚀评估预测数据相吻合。

图3 电场矩阵监测数据三维显示

图4 矩阵组腐蚀减薄监测数据

4 结论及建议

(1)事先做腐蚀机理分析及腐蚀速率评估预测，同时采用电场矩阵和超声波定点测厚相结合的监测技术可以最大程度的监控并预防管线安全隐患。

(2)电场矩阵监测可以真实完整地反映管线监测区域的平均腐蚀速率、局部腐蚀及局部腐蚀位置。

(3)电场矩阵安装方便，无需开孔及布线，电极成本低廉，管线更换后可以重新快速布置电极，值得推广应用。

(编辑 寇岱清)

Application of Electric Field Matrix Monitoring Technology in SINOPEC Petrochemical Industry

WanZegui1,ChenQianjin2,YuXiaopeng2,YangYongkuan1,ZhengLiqun1

(1.ShenyangZKwellCorrosionControlTechnologyCo.,Ltd.,Shenyang110180,China;2.SINOPECLuoyangCompany,Luoyang471012,China)

Sulfur fortification value is 0.5% (1.5% in flash tower) and acid fortification value is 0.5 mgKOH/g in the flash system in SINOPEC Luoyang Company. Tahe mixed crude oil with sulfur mass fraction of 2.1% needed to be processed in the flash system due to production requirement. In order to ensure the safe operation of the device, sulfur corrosion and acid corrosion were evaluated respectively, and real-time monitoring of the positions subjecting to corrosion easily was carried out, based on the evaluation results, by combining the methods of electric field matrix online monitoring technology and the fixed-point thickness measurement method. The application results demonstrated that, under the guidance of corrosion flow analysis and corrosion rate prediction, the corrosion safety problem of refinery could be solved approximately by using the technologies of ultrasonic thickness measurement and electric field matrix, and the monitoring form of point-surface combination.

Electric field matrix, corrosion monitoring, corrosion in flash system

2016-11-07；修改稿收到日期：2017-01-20。

万泽贵(1982-)，2003年毕业于沈阳理工大学金属材料工程专业，目前主要从事腐蚀监测技术研究工作。E-mail：wanzegui@163.com