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炼油管线在线高温测厚技术

时间:2016-07-25     【转载】   阅读

严守奎 庄新会

(山东省特种设备检验研究院临沂分院,山东 临沂 276000)

摘 要管道高温定点测厚过程中存在测量数据偏大以及耦合剂选用不当引起的无法读数的问题。通过试验,研究了高温耦合剂的性能,筛选出高温状态下性能稳定的高温耦合剂。进行高温定点测厚试验研究,将试验数据以温度与该温度下测厚所调整后的声速进行线性回归,得出高温测厚的温度-声速线性方程。该方程用于管道高温定点测厚,有效解决了测量数据偏大的问题。将测厚数据转换处理,计算出平均腐蚀速率和剩余寿命,有效地预测了腐蚀隐患。

关键词高温测厚;高温耦合剂;线性回归方程;剩余寿命

1 易腐蚀高温管线在线测厚技术的研究分析与建立

根据炼油装置腐蚀机理特征,其腐蚀速率受温度和压力的影响非常大,在高温部位表现尤其突出,对装置的安全运行造成影响。目前,常用的腐蚀监测方法(如腐蚀探针、挂片监测和介质分析等)在高温高压部位应用时都存在一定的局限性。高温在线测厚方法在高温下直接测量寻找管线最小厚度,具有装置不停车、简单、直接等优点,是生产实际最需要的安全控制手段之一。测厚所获得的数据经过处理后,可以定量地分析判断设备及管道的腐蚀状况,进行剩余寿命评估,评估的结果既能指导安全生产,又能准确合理地安排检维修计划。

2 测厚点的选择

炼油装置高温管道的壁厚减薄主要是由腐蚀和冲刷引起的,主要发生在弯头、变径和三通等部位。这些部位不但有物料本身的腐蚀,也有物料的冲刷腐蚀。此外,管道焊缝两侧的管壁也容易发生腐蚀减薄。因此,在选择测厚点时,应以介质、运行工况、现场管线布置为依据,优先选择。由于高温测厚难度大、成本高,测厚点的选择要综合考虑,提高最薄点测出率。管件测厚点位置如图1。

3 耦合剂的选择

常温下,超声波测厚过程中耦合剂的选择相对容易,普通甘油便可达到良好的耦合效果。高温下,管道表面状况较复杂,在测厚过程中,高温测厚仪对耦合剂的依赖性较强。但是,在温度较高的情况下,耦合剂的理化性能会发生改变,特别是在300℃以上,绝大多数耦合剂会出现汽化或结焦等现象,难以达到良好的耦合效果。因此,选取高温下性能稳定的耦合剂成为高温测厚的关键因素之一。试验中共选取了德国KK公司的ZGM系列、美国SONOTECH公司的SONO系列及山东济宁鲁科公司的GW系列耦合剂,结果见表1。

可见,高温测厚在120~200℃时可以选择ZGM、GW-Ⅱ及SONO600;在200~300℃时可选择SONO600和SONO900,但SONO900性能更加稳定;在300~420℃可选择SONO900和SONO1100。

4 测厚数据转换处理

实验室内对高温下测得的试验厚度与常温下测得的试板厚度进行比较,求得高温下的校正声速,再进行校正声速对温度的回归计算,就可获得线性回归方程。测厚时根据回归方程调整测厚仪在任一温度下的校正声速就可进行高温管道测厚。由于管道材质不同声速也不同,为了获得较准确的测量值,减小偏差,针对炼油装置常用的16Mn、18-8、316L、20号钢和Cr5Mo等材质的高温管道均通过试验得出了回归方程:

υ=-RT+K(1)

式中:υ——校正声速,m/s;T——高温管道温度,℃;R——回归曲线斜率;K——声速常数。对于不同材质的管道,其R和K稍有变化。

也有学者提出了用常-高温转换公式获得常温实际剩余厚度的方法,即通过测量不同厚度的碳钢及不锈钢试件在不同温度下的厚度数据,并在此基础上推导出常-高温转换式(2)和式(3),可将高温厚度值换算成常温厚度值,并且对碳钢及不锈钢的测厚数据进行了计算对比,其相对误差≤3%,绝对误差≤0.4mm。

式中:Ht0——碳钢的常温计算厚度值,mm;Hb0——不锈钢的常温计算厚度值,mm;Ht1——碳钢高温厚度值,mm;Hb1——不锈钢高温厚度值,mm;Tt——碳钢温度值,℃;Tb——不锈钢温度值,℃。

5 平均腐蚀速率和剩余寿命的计算

一般在一固定小区域,工艺运行条件很少变动,它的腐蚀规律也比较固定,所以其腐蚀分布也基本上固定, 每次检测最小厚度点,达到对最易腐蚀点的逼近,在一定意义上,可以认定是最易腐蚀同一点的厚度值。所以依据于此,计算出的腐蚀速率是一个平均参考值,不是真值。依据最小厚度和最大腐蚀速率,可以进行下一次检修管线厚度的设计计算,以及管线目前剩余寿命预测计算,指导检修,向提倡的预知维修发展方向迈进。

对于平均腐蚀速率的计算,依据腐蚀概念及相关理论,确定其计算公式如下:

式中:h1-h2为2次测量值的差值,mm;t1-t2为2次测量值的时间间隔,h;k为单位转换常数;υ为所测设备具体某一部位的平均腐蚀速率,mm/a。

进行剩余寿命可以判定管线上的危险点,确定是否需要检修。对此,根据式(5)可以计算剩余寿命,在所测定剩余寿命数据中,同一管线上剩余寿命最短的就是危险点。计算公式为:

L=(S-Smin)/υn(5)

式中:L为剩余寿命,a;S为有效厚度(所测高温数据转换后的常温值),mm;Smin为理论上设计最小允许厚度,mm;υn为最近一次测厚的腐蚀速率,mm/a。

6 结论

(1)高温测厚技术主要包括测厚点设计、耦合剂选择、测厚数据转换处理,平均腐蚀速率和剩余寿命计算几部分。

(2)通过试验找出了对高温测厚检测数据影响较大的两个因素,即温度和高温耦合剂。

(3)利用温度与该温度下测厚所调整后的声速进行线性回归,得出不同材质的温度-声速线性方程,能够准确用于管道高温定点测厚。测量数据准确,方法简便,可解决高温测厚数据偏大的问题。

(4)管道高温测厚过程中建议选择性能稳定的SONO600 和SONO900 耦合剂。

(5)高温测定的数据需要经过数据转换计算,才可以作为平均腐蚀速率和剩余寿命的计算的依据。

(6)管线高温测厚是一种有效的高温管线腐蚀监控的手段,对炼油装置长周期安全运行意义重大。

参考文献

[1]任有才,张德印.炼油装置主要设备及管道定点测厚研究与数据处理[J].石油化工腐蚀与防护,2000,17(2):47-56.

[2]孙家孔.设备腐蚀与防护手册[M].北京:化学工业出版社,1984:60-65.

[3]袁军国.腐蚀监测技术在镇海炼化公司的应用[J].石油化工腐蚀与防护,2000,19(6):49-53.


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