顏祥富，汪李勝，劉其光

(岳陽長嶺設備研究所有限公司 湖南 岳陽 414000)

為了提高經(jīng)濟效益，許多煉油廠大量加工劣質(zhì)原油，同時開發(fā)了一系列的深加工技術，如減壓深拔技術[1]，因此，許多減壓塔處于介質(zhì)高酸、高速的運行狀態(tài)，導致部分減壓塔腐蝕問題嚴重，少量的減壓塔不得不臨時非計劃停工進行檢修處理，影響煉油廠的經(jīng)濟效益。

減壓塔的腐蝕部位分為兩類，一類為塔壁的腐蝕減薄，影響減壓塔的安全生產(chǎn)，另一類是塔內(nèi)件的腐蝕，影響減壓塔的分離效果；減壓塔塔壁的腐蝕狀況主要采用高溫測厚的辦法。嘗試采用本公司開發(fā)的γ射線掃描檢測技術對減壓塔填料層的完整性及腐蝕狀況進行檢測及評估，以期為減壓塔的操作調(diào)整或檢查維修提供依據(jù)。

1 γ射線掃描檢測技術簡介

1.1 基本原理

γ射線是一種高頻高能電磁波，具有很強的穿透能力，當γ射線穿過物質(zhì)后，其強度由于物質(zhì)的吸收被衰減。γ射線在物質(zhì)中的衰減服從Lambert-Beer定律[2]：

I=Ioe-μmρl

(1)

式中，μm為吸收物質(zhì)對γ射線的質(zhì)量質(zhì)量衰減系數(shù)，m2/kg；ρ為介質(zhì)(指吸收物質(zhì))密度，kg/m3；l為透過介質(zhì)的厚度，m；I為射線透過吸收物質(zhì)后的活度, Bq；Io為射線穿過吸收物質(zhì)前的活度，Bq。

由(1)式中可以看出，射線透過物體后的強度，與物體的厚度、密度及待測物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)有關。物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)可以預先通過實驗確定[3]，由(1)式可知，只需測量射線活度就可以得到厚度已知的待測物質(zhì)密度(或相對密度)。減壓塔在檢測過程中塔徑是一定的，因此，射線掃描所得的圖譜就能反映塔內(nèi)各層或各個方向的密度變化情況，從而對減壓塔內(nèi)填料層的情況進行檢測及評估。

1.2 γ射線掃描檢測系統(tǒng)

根據(jù)γ射線穿透力強、規(guī)律性衰減的特點，結合煉化塔類設備及現(xiàn)場情況，開發(fā)了應用于煉化塔類設備過程故障檢測的γ射線掃描儀，示意圖示于圖1，實物圖示于圖2[4-5]。

γ射線檢測系統(tǒng)流程圖示于圖3。γ射線掃描系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件包括射線源、探測器、移動機構、射線掃描儀；軟件包括數(shù)據(jù)采集處理及系統(tǒng)控制兩項內(nèi)容。

圖1 γ射線探測儀示意圖 Fig.1 Main composition of γ-ray detector

圖2 γ射線探測儀實物圖Fig.2 Picture of γ-ray detector

圖3 γ射線檢測系統(tǒng)流程圖Fig.3 γ-ray detection system diagram

1.3 技術特點

1.3.1檢測簡單、方便、快速

射線掃描儀經(jīng)過多次更新，重量約1 kg，探測器采用φ40的碘化鈉晶體閃爍探頭，射線源采用點狀60Co，外部采用高密度合金材料屏蔽，目前射線源及屏蔽體總重量約為3 kg，移動機構采用高強輕型合金材料，現(xiàn)場組合。整個掃描系統(tǒng)約13 kg，方便攜帶?，F(xiàn)場檢測時無特殊要求，實施簡單，一般情況下，掃描一個減壓塔只需6～8 h，幾個小時內(nèi)就可提交初步結果。

1.3.2設備體外掃描、不影響生產(chǎn)

經(jīng)過大量實驗，對于某一活度的射線源，當塔徑超過一定值時，塔外的保溫層(主要指輕質(zhì)保溫層)，對測試結果影響極小，可以忽略，因此測試過程中不需拆除保溫層，同時，檢測時采用體外掃描，對裝置的正常生產(chǎn)沒有影響。

1.3.3使用安全、對環(huán)境無影響[6]

通過儀器的改進，目前使用的射線源活度很小，視減壓塔直徑大小而定，一般為1～100 GBq，只有常用探傷射線源的幾十到幾百分之一，同時，通過獨特的設計，掃描時射線的輻射影響范圍為幾米到十幾米，因此，只要按照射線檢測相關規(guī)范及要求作業(yè)，可避免人員損傷。同時，射線源為密閉的固體點源，無泄漏隱患，對環(huán)境無影響。

2 減壓塔γ射線掃描檢測的應用

2.1 檢測方法

減壓塔射線掃描示意圖示于圖4。利用射線掃描系統(tǒng)，從塔頂?shù)剿装凑請D4b所示四個方向?qū)p壓塔進行掃描，得到塔內(nèi)四個方向的掃描密度分布圖，對圖譜進行分析，可得到塔內(nèi)填料層的運行狀況，進而對填料層進行評估。

a——減壓塔示意圖；b——四個方向的密度分布圖圖4 減壓塔射線掃描示意圖 Fig.4 Ray scanning diagram of vacuum tower

2.2 現(xiàn)場應用

案例1:

某常壓裝置進行擴能改造，處理能力由每年250萬噸提高到350萬噸，其中減壓塔采用“微濕式”減壓蒸餾技術，并使用了高效、高通量的規(guī)整填料來滿足生產(chǎn)操作彈性、拔出率、產(chǎn)品質(zhì)量等各項要求。裝置改造后開工投產(chǎn)效果良好，但隨著加工原油的性質(zhì)變化，原料油中的酸值及硫含量不斷升高，運行約2年后，發(fā)現(xiàn)減壓塔蠟油收率下降，側線油中鐵含量較高，為了解塔內(nèi)填料層的情況，于2006年1月對該塔進行了第一次掃描，掃描結果圖譜示于圖5。

圖5掃描結果發(fā)現(xiàn)，該塔減二填料層整體完整，南邊填料略有腐蝕減薄，減三填料層腐蝕嚴重，大部分填料已腐蝕掉，減四填料層整體完整，但上部填料有腐蝕減薄現(xiàn)象。為了解腐蝕趨勢，重點對減二填料層進行監(jiān)控。圖6～圖8為2006年3個不同時期的掃描圖譜，從圖譜中可以看出，減二填料層處于逐步腐蝕的過程，先是東邊方向填料層由于腐蝕出現(xiàn)上下貫穿的空洞，然后是西北方向填料層中下部腐蝕，最后，整個填料出現(xiàn)腐蝕損壞。

填料層的腐蝕主要是環(huán)烷酸高溫腐蝕，減三溫度處于環(huán)烷酸腐蝕范圍之內(nèi)，所以減三最先開始腐蝕，當減三填料層腐蝕損壞后，腐蝕逐步上移至減二，導致減二填料的損壞。

圖5 某減壓塔中下部掃描圖譜Fig.5 Scanning atlas of the middle and lower part of a vacuum tower

圖6 2006年3月減二掃描密度分布圖譜Fig.6 Scanning density distribution atlas at second line of vacuum tower，2006,3

圖7 2006年6月減二掃描密度分布圖譜Fig.7 Scanning density distribution atlas at second line of vacuum tower，2006,6

該塔于2006年10進行停工檢修，密度分布圖譜示于圖8，對該塔進行腐蝕調(diào)查發(fā)現(xiàn)：減二段填料大面積腐蝕脫落，構件均勻腐蝕減薄，二線集油箱層升氣孔壁及上蓋板腐蝕減薄嚴重，部分焊逢裂開，底層沉積大量的填料碎片，見照片9和照片10；減三段填料幾乎全部腐蝕脫落，構件均勻腐蝕減薄，三線集油箱層升氣孔壁腐蝕減薄嚴重及上蓋板全部腐蝕消失，底層沉積大量的填料碎片，見照片11和照片12；減四填料及內(nèi)部構件基本保持完整，但均勻腐蝕減薄嚴重。該塔填料層的實際情況與檢測結果基本吻合。

圖8 2006年10月減二掃描密度分布圖譜Fig.8 Scanning density distribution atlas at second line of vacuum tower，2006,10

圖9 減二段填料腐蝕照片F(xiàn)ig.9 the corrosion photo of filler layer at second line of vacuum tower line of vacuum tower

圖11 減三填料層腐蝕照片F(xiàn)ig.11 The corrosion photo of filler layer bottom at third line of vacuum tower

圖10 減二集油箱腐蝕填料碎片F(xiàn)ig.10 corrosive filler shreds of the oil sump tank bottom at second

圖12 減三集油箱底腐蝕填料碎片F(xiàn)ig.12 Corrosive filler shreds of the oil sump tankat third line of vacuum tower

案例2：

某350萬噸/年常減壓裝置擬進行停工大檢修，為了了解減壓塔內(nèi)填料的情況，以便做好備料準備工作，委托本公司對減壓塔進行了一次掃描檢測，掃描圖譜如圖13所示。通過對圖譜的分析認為：該塔2、3、4段填料層比較完整，無明顯損壞，5、6、7段填料層上部分存在腐蝕塌陷，其中6段填料腐蝕損壞最為嚴重。

檢測后三個月，該塔進行了停工檢修，調(diào)查時發(fā)現(xiàn)：5～7段填料層存在腐蝕塌陷故障，其中6段填料層損壞最為嚴重，圖14和圖15為填料腐蝕塌陷形貌。

案例3：

某石化公司350萬噸/年常減壓裝置減壓塔已運行20余年，近期對減壓塔塔壁測厚發(fā)現(xiàn)，該塔塔壁局部腐蝕減薄嚴重，所測最薄處只剩3.5 mm，已嚴重影響減壓塔的安全生產(chǎn)。為了確保減壓塔的安全運行，擬對該塔腐蝕減薄的局部進行加強處理。為了進一步了解塔內(nèi)填料層的狀況，特委托本公司對該塔進行了一次掃描檢測，以便根據(jù)檢測結果，合理地制定臨時檢修方案。圖16為該塔中下部的掃描圖譜，通過對圖譜的分析認為，該塔填料層比較完整，無明顯損壞故障，因此，臨時檢修時對塔內(nèi)填料無需處理。

圖13 某減壓塔中下填料層掃描密度分布圖譜Fig.13 Scanning density distribution atlas of the middle and lower part of packing layer of a vacuum tower

圖14 填料腐蝕塌陷形貌Fig.14 Morphology of corrosion collapse of filler

圖15 填料腐蝕塌陷形貌Fig.15 Morphology of corrosion collapse of filler

圖16 某減壓塔中下填料層掃描密度分布圖譜Fig.16 Scanning density distribution atlas of the middle and lower part of packing layer of a vacuum tower

3 結 語

γ射線掃描是一項用于塔類設備故障診斷的新技術[7-11]，通過對部分減壓塔的現(xiàn)場檢測應用證明，該技術用于減壓塔填料層的檢測與評估是可行的，檢測結果可作為減壓塔工藝調(diào)整或檢維修的依據(jù)。

為了減少干擾，減壓塔掃描時最好將γ射線源與探頭在塔壁兩側同時下放，但目前現(xiàn)場減壓塔許多平臺與塔壁外部保溫層連在一起，往往使γ射線不能穿過，對減壓塔局部檢測造成一定影響，同時也增加了檢測的難度，延長了檢測作業(yè)的時間。如果減壓塔在設計或現(xiàn)場施工時在有平臺的地方預留部分檢測孔(φ80 mm～φ100 mm)，可大大縮短掃描檢測時間，同時也避免受現(xiàn)場條件限制形成檢測盲區(qū)，影響檢測精度。

參考文獻：

[1] 吳俊生，邵惠鶴.精餾設計、操作和控制[M].北京：中石化出版社，1997.

[2] 高同泰，高曉東.放射物質(zhì)的安全管理[M].北京：原子能出版社，1993：10.

[3] 魏偉勝, 趙志學, 鮑曉軍. 射線衰減法測量混相密度[J].過程工程學報, 2003,3(6):512-517.

Wei Weisheng，Zhao Zhixue，Bao Xiaojun. Measuring Mixed density by ray attenuation method [J]. The Chinese Journal of process engineering，2003,3(6):512-517(in Chinese).

[4] 魏偉勝，鮑曉軍. 一種γ射線測試儀：中國，01115891.3[P],2004-11-3.

[5] 鮑曉軍，顏祥富，魏偉勝，等.一種用于塔故障診斷工業(yè)掃描移動裝置.中國，01115892.1[P].2004-9-22.

[6] 顏祥富，周麗純.γ射線掃描技術用于煉油廠塔設備故障診斷及安全性研究[J].石油化工安全技術,2000,(2):1-4.

Yan Xiangfu，Zhou Lichun.γ-ray scanning technique used for oil refinery tower equipment fault diagnosis and its security research[J].Petrochemical safety technique,2000,(2):1-4(in Chinese).

[7] 吳湘麗，顏祥富.γ射線掃描技術在乙烯工業(yè)分餾塔故障診斷中的應用[J].石油化工設備技術，2010,31(2):61-63.

Wu Xiangli，Yan Xiangfu. γ-ray scanning technique used for ethylene industrial fractionating tower fault diagnosis[J]. Petrochemical equipment technology ,2010,31(2):61-63(in Chinese).

[8] Wang Z,Afacan A ,Nandakumar K,et al.Porosity distribution in random packed columns by gamma ray tomography[J].Chem Eng prog, 2001,40(3):209-219.

[9] Bowman JD.Troubleshoot towers with radiosotopes[J].Chem Eng Prog,1993,89(9):34-41.

[10] Boyer C,Fanget B.Measurement of liquid flow distribution in trick bed reactor of large diameter with a new gamma ray tomography[J].Chem Eng Sci,2002,57(7);1 079-1 089.

[11] Patel AK,Waje SS,Thorat BN ,et al.Tomographic disgnosis of gas maldistribution in gas solid fluidized beds[J].Powder technology,2008,185(3):239-250.