金波 JIN Bo

（中海石油寧波大榭石化有限公司，寧波 315812）

0 引言

隨著原油資源的枯竭，原油自身的品質(zhì)在逐年下降，目前原油的性質(zhì)與裝置設(shè)計之初的性質(zhì)對比存在較大差異，原油的酸值、鹽含量顯著上升。本文所述裝置加工海油原油，設(shè)計時參照原油的酸值為2.58mgKOH/g，當前如單煉海洋重質(zhì)原油，酸值最高達到2.8~3.0mgKOH/g，減壓塔存在嚴重的環(huán)烷酸腐蝕。

減壓塔的腐蝕部位主要集中在減三線及以下部分的塔壁、塔內(nèi)件。塔壁復(fù)合層的腐蝕減薄，存在塔壁穿孔，空氣倒吸至塔內(nèi)，嚴重影響裝置的安全生產(chǎn)。塔內(nèi)件的腐蝕，影響減壓塔的分離效果及氣液相均勻分布，并局部加速塔壁腐蝕。減壓塔塔壁的腐蝕狀況目前主要采用高溫測厚及渦流掃查的辦法進行評估，但是測厚數(shù)據(jù)誤差大，很難直觀地反映腐蝕狀況；而減壓塔內(nèi)填料層的完整性及腐蝕狀況，我們裝置嘗試采用了γ 射線掃描檢測技術(shù)對填料的腐蝕情況進行評估，通過二次檢測數(shù)據(jù)對比，以及產(chǎn)品化驗數(shù)據(jù)分析佐證，取得了一定的效果。

1 γ 射線掃查檢測技術(shù)介紹

1.1 基本原理介紹

γ 射線是一種高頻高能電磁波，穿透能力很強，當γ射線穿過物質(zhì)后，其能量強度由于物質(zhì)的吸收被衰減，但還是可以被接收器接收到。γ 射線穿透物質(zhì)后的衰減服從Lambert-Beer 定律[1]：

式中μm——吸收物質(zhì)對γ 射線的質(zhì)量吸收系數(shù)，m2/kg；

l——透過介質(zhì)的厚度，m；

I——射線透過吸收物質(zhì)后的強度，Bq；

Io——射線透過無吸收物質(zhì)后的強度，Bq。

從（1）式中可以看出，射線透過障礙物后的強度，與障礙物的厚度、密度及待測物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)有關(guān)。待測物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)可以預(yù)先通過實驗確定[2]，從（1）式可知，只需測量射線強度就可以得到已知待測物質(zhì)厚度的密度（或相對密度）。針對某一段填料所在位置的減壓塔直徑是一定的，射線穿過塔設(shè)備后的輻射強度只與塔內(nèi)的混相的密度相關(guān)。正常運行的塔設(shè)備其內(nèi)部密度分布是有一定規(guī)律的，如塔內(nèi)件有明顯的損壞、堵塞等情況，則塔內(nèi)的氣液相分布勢必會出現(xiàn)異常。塔設(shè)備的射線掃描檢測，就是利用射線掃描得到塔內(nèi)介質(zhì)密度變化情況的掃描圖譜，分析塔內(nèi)氣液相分布情況，找出氣液相運行的異?，F(xiàn)象與位置等，推測塔器出現(xiàn)故障的原因。

1.2 γ 射線掃描檢測系統(tǒng)

根據(jù)γ 射線穿透性強、規(guī)律性衰減的特點，結(jié)合煉油裝置塔類設(shè)備及現(xiàn)場情況，本次檢測采用了中石化長嶺分公司、岳陽長嶺設(shè)備研究所有限公司、石油大學(xué)（北京）一起開發(fā)了應(yīng)用于煉化塔類設(shè)備過程故障檢測的γ 射線掃描檢測系統(tǒng)，由岳陽長嶺設(shè)備研究所有限公司負責現(xiàn)場檢測。

該系統(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(gòu)、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。

2 γ 射線掃描檢測方法

本次在減壓塔檢測過程中，將放射源與輻射信號接收探頭分別放置在塔體兩側(cè)，保證放射源與探頭在同一水平面上，填料層檢測過程中，探頭接收到射線穿過塔后的輻射強度數(shù)據(jù)，將放射源與探頭自塔頂至塔底同步向下移動，探頭即能接收到射線穿過塔體后的所有輻射信號數(shù)據(jù)。

出科考試成績顯示實驗組學(xué)生在專業(yè)理論知識、臨床操作技能、臨床思維方面均優(yōu)于對照組，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01），見表2。

依據(jù)減壓塔T-1204 的結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場情況及相關(guān)檢測要求，在當前的工況下，填料層按照圖1（右）所示的線1 方位～線8 方位等8 個檢測方位對減壓塔T-1204 進行全面檢測，對第六段填料層按照圖2 所示的線9 方位～線17 方位等9 個檢測方位進行精細檢測。

圖1 射線檢測分布示意圖

圖2 重點部位填料精準掃查

3 本次檢測的實施背景

2022 年5 月在檢修減壓塔側(cè)線泵期間，在機泵過濾器內(nèi)發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)大量填料碎末及殘片，在對該側(cè)線所對應(yīng)的換熱器檢修過程中，也發(fā)現(xiàn)了填料碎末，初步判斷減壓塔填料存在腐蝕。同年7 月，委托岳陽長嶺設(shè)備研究所有限公司采用γ 射線掃描方式對全塔填料進行檢測，首次檢測完成時間為2022 年8 月5 日，2023 年1 月11 日完成了第二次檢測。

4 檢測數(shù)據(jù)分析

參照圖3 所示，右側(cè)為對應(yīng)位置的檢測圖譜，圖譜中X軸表示輻射數(shù)據(jù)的大小，Y 軸與塔高度相對應(yīng)。輻射數(shù)據(jù)越大表示射線穿過路徑上的密度越小，反之，密度越大[3]。

圖3 第一段填料檢測圖譜

通檢測圖譜分析，第一段填料層整體完整，未發(fā)現(xiàn)明顯的填料損壞現(xiàn)象。

通過同樣方法，對全塔七段填料進行腐蝕分析，得出以下結(jié)論：

第二段填料線4 方位（西北方位）密度相對偏小，相比于其它三個方位低11.6%，根據(jù)介質(zhì)腐蝕性推測填料被腐蝕的可能性較小，填料層內(nèi)氣液相分布不均，液相負荷偏低，形成氣相通道的可能性較大。

第三段～第五段填料層內(nèi)存在氣液相分布不均的現(xiàn)象，其中東北側(cè)的氣相負荷偏大，建議檢修期間檢查填料層及的結(jié)垢情況和腐蝕損壞情況。

第六段填料層?xùn)|北側(cè)存在有孔洞及塌陷現(xiàn)象，腐蝕明顯。

第七段填料層內(nèi)存在氣液相分布不均的現(xiàn)象，其中東北側(cè)的氣相負荷偏大，也不排除存在腐蝕損壞情況。

為了精準判斷第六段填料的腐蝕程度，檢測單位增加射線密度，具體檢測結(jié)果見圖4。

圖4 第六段填料精確掃查圖譜

檢測發(fā)現(xiàn)線1 方位（東北方位）填料層密度偏小，線1方位（東北方位）填料層應(yīng)存在有孔洞及塌陷現(xiàn)象，經(jīng)過精細檢測后，發(fā)現(xiàn)預(yù)計約體積8 個立方米左右填料層存在孔洞及塌陷現(xiàn)象，填料層密度相比于其它三個方位低34.9%，其它三個方位填料層整體完整，圖5（右）為存在孔洞及塌陷的位置（預(yù)估的位置，斜線陰影部分為存在孔洞及塌陷的位置，其余陰影部位填料可能腐蝕減薄，不排除存在孔洞及塌陷）。

圖5 減壓塔2021 年填料塌陷形貌及分布位置

2023 年1 月，為了進一步根據(jù)減壓塔腐蝕情況及第六段填料損壞情況，開展了第二次γ 射線掃查。以下重點分析第六段填料腐蝕程度變化情況。

從兩次射線檢測所得圖譜（圖6）分析，第六段填料發(fā)生腐蝕方位沒發(fā)生變化（根據(jù)曲線的顏色進行判斷），腐蝕范圍沒有擴散，填料層腐蝕深度增加0.3m（見波形對比），出現(xiàn)孔洞的體積的體積由8m3增加至10.4m3。相比于其它三方位密度，2022年7 月檢測低30.4%，2023 年1 月檢測40.8%，密度的變化，說明原先受損區(qū)域的填料存在脫落現(xiàn)象。

圖6 第六段填料兩次掃查對比

從射線掃描圖譜分析，填料腐蝕為自下而上發(fā)展，在填料層中下部位置密度差最大，腐蝕孔洞最為嚴重，隨著運行時間的增加，孔洞會繼續(xù)增加，造成承載力不足，上部填料會繼續(xù)塌陷，造成該方位填料層貫穿。填料層貫穿后，造成全塔氣液相不均勻，該方位氣相流速增加，對塔壁及上下層填料造成沖刷，加速腐蝕速率。計劃2023 年3 月對減壓塔填料進行第三次掃查，一方面繼續(xù)跟蹤第六段填料的腐蝕情況，同監(jiān)控其它填料段的腐蝕情況，判斷因第六段填料塌陷對全塔填料的影響程度。

5 數(shù)據(jù)檢測準確性的預(yù)判

當前裝置處于生產(chǎn)階段，無法直觀地驗證射線檢測的準確度，但是根據(jù)減壓塔運行工況及歷年檢修情況判斷，本次檢測的結(jié)果具有一定的參考價值。

5.1 對腐蝕方位的判定

根據(jù)檢測結(jié)果，第六段填料的腐蝕位置位于東北方位。在2021 年檢修過程中發(fā)現(xiàn)該區(qū)域填料出現(xiàn)貫穿腐蝕，出現(xiàn)約2 平方左右貫穿整段填料的大洞。從腐蝕塌陷區(qū)域?qū)Ρ?，與本次檢測發(fā)現(xiàn)的腐蝕區(qū)域較吻合。2018 年也出現(xiàn)過類似情況，此處填料容易塌陷的主要原因為氣液相分布不均，液體分布管由減壓塔西側(cè)穿入，東北側(cè)及東南側(cè)位于分布器的末端，存在分布不均現(xiàn)象。

5.2 對受損填料體積的評估

受損填料體積數(shù)評估是根據(jù)受損區(qū)域表面積與填料層深度進行計算得出。為了精確計算受損填料的表面積，檢測時增加射線密度，在確定一個大致范圍前提下，對該區(qū)域進行合圍，得到一個相對精確的面積，填料層的腐蝕深度可以根據(jù)波形比較直觀地得出，因此受損填料的體積數(shù)可以比較直觀地進行計算得出。

根據(jù)兩次檢測對比數(shù)據(jù)，填料層的腐蝕深度由1m 增加到了1.3m，與其他三個方位密度比較，差值在上升。深度之所以會增加，主要是由于填料腐蝕是自下而上的，受損區(qū)域填料因腐蝕斷裂脫后或填料碎片五支撐脫落造成，同時液相、氣相的沖刷也會造成填料碎片的脫落，密度差值也隨之上升。但隨著時間的推移及防腐措施的改進，填料碎片脫落數(shù)量會逐步減少，可以從機泵入口過濾器清理情況得以說明，根據(jù)清理過濾器記錄，在2023 年1 月對機泵過濾器的清理過程中幾乎沒有發(fā)現(xiàn)填料碎片，2021 年11 月以后，填料碎末減少，殘片腐蝕不明顯，進一步說明填料腐蝕得到了控制。

表1 減四線泵入口過濾器清理情況

5.3 對填料受損表面積的評估

通過兩次檢測數(shù)據(jù)對比，第六段填料受損區(qū)域的表面積未發(fā)生變化，可以從工藝防腐的調(diào)整情況及原油性質(zhì)方面進行分析。

5.3.1 工藝防腐方面

2022 年8 月12 日開始，也就是第一次γ 射線檢測后，減壓塔減四減二中側(cè)線、洗滌油注劑由無磷高緩蝕劑改加注磷含量為2%的高溫緩蝕劑。

通過改加注低磷高溫緩蝕劑后，減四、洗滌油鐵離數(shù)據(jù)均呈下降趨勢，見表2。

表2 不同階段減四線鐵離子數(shù)據(jù)表

5.3.2 原料酸值變化

目前裝置常規(guī)加工原油為海洋高酸低硫原油，其中酸值最高達到3.17mgKOH/g，平均值在2.38KOH/g，單煉此類原油期間，減壓塔減四線防腐壓力很大。2022 年11 月至12 月裝置多次摻煉加工低酸值中質(zhì)原油，此舉在很大程度上降低了裝置供料酸值，平均值在2.07KOH/g，對減緩減壓塔高溫環(huán)烷酸腐蝕作用較大。

通過以上數(shù)據(jù)對比，說明減壓塔運行工況得到了改善，各項檢測指標趨于正常，對抑制腐蝕起到?jīng)Q定性作用，填料的腐蝕得到了控制。

6 結(jié)束語

γ 射線掃描是一項用于塔類設(shè)備過程故障診斷的新型檢測技術(shù)，可以在裝置運行狀態(tài)下對填料層腐蝕狀況的檢測與評估，從檢測結(jié)果結(jié)合裝置實際運行工況及歷史檢修情況對照分析，其分析結(jié)果具有一定的可靠性，檢測結(jié)果可作為減壓塔工藝調(diào)整或檢維修的依據(jù)。裝置在本運行周期內(nèi)，還會繼續(xù)開展檢測工作，將通過縮小射線掃描間距，提高掃描精度，跟蹤填料腐蝕情況。