如何確定煉化裝置是否出現保溫層下腐蝕？來學習一下保溫層下腐蝕檢測技術！
2022-03-04 00:09:45
changyuan
在石油化工(gong)行(xing)業中，出于節能和(he)工(gong)藝考慮，多數設備和(he)管(guan)道(dao)需(xu)要(yao)采取(qu)絕(jue)熱保溫(wen)層(ceng)措施。然而，設備和(he)管(guan)道(dao)運行(xing)過(guo)程中，會發生(sheng)保溫(wen)層(ceng)下腐蝕（CUI）。特別是沿海(hai)企業，CUI問題更為突(tu)出，嚴(yan)重(zhong)時甚至發生(sheng)腐蝕泄(xie)漏，導致非(fei)計劃停工(gong)，嚴(yan)重(zhong)威脅了裝置的安全穩定(ding)長周期(qi)運行(xing)，影響企業的經濟效益(yi)。
由(you)于(yu)CUI具有一定的(de)(de)偶然(ran)性和隱蔽性，很難在第一時(shi)間發現。傳統的(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)方法(fa)是拆除(chu)保溫層結(jie)構(gou)，進行(xing)目視檢(jian)(jian)(jian)查、滲透檢(jian)(jian)(jian)測(ce)和超聲波測(ce)厚(hou)等，但這些(xie)方法(fa)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)效(xiao)率低(di)，且拆除(chu)保溫層結(jie)構(gou)成(cheng)本較高，難以滿(man)足(zu)企業的(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)需求。今天給(gei)大家解讀一下不(bu)同(tong)CUI監檢(jian)(jian)(jian)測(ce)方法(fa)，對比分析不(bu)同(tong)方法(fa)的(de)(de)應用(yong)情況和優缺點，為石油(you)化工企業CUI檢(jian)(jian)(jian)測(ce)提供借鑒。
CUI成(cheng)因分析
采用了保(bao)(bao)溫(wen)層結構(gou)的(de)(de)設備或管(guan)道，由于水分(fen)的(de)(de)滲(shen)入而又無法及(ji)時(shi)揮(hui)發(fa)導致保(bao)(bao)溫(wen)層下(xia)金屬(shu)發(fa)生的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕現(xian)象稱(cheng)為保(bao)(bao)溫(wen)層下(xia)腐(fu)(fu)(fu)蝕，簡稱(cheng)CUI。CUI分(fen)為兩種(zhong)類型：一種(zhong)是碳鋼或低合(he)金鋼發(fa)生的(de)(de)均(jun)勻(yun)腐(fu)(fu)(fu)蝕或坑蝕，其腐(fu)(fu)(fu)蝕產物(wu)(wu)通常為松散的(de)(de)片(pian)狀腐(fu)(fu)(fu)蝕產物(wu)(wu)結構(gou)；另一種(zhong)是奧氏體不銹鋼的(de)(de)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕開裂(lie)。
01 腐蝕機理(li)
在裝置運行(xing)中(zhong)，保(bao)溫(wen)(wen)層的結構(gou)被(bei)破壞導致(zhi)水分進入(ru)，保(bao)溫(wen)(wen)材料(liao)的多孔結構(gou)對(dui)水分起到一(yi)定(ding)的滯留作(zuo)用，從而在保(bao)溫(wen)(wen)層下形成電(dian)化學(xue)腐蝕環境。同時保(bao)溫(wen)(wen)材料(liao)中(zhong)含(han)有一(yi)定(ding)量的Cl和(he)S等元素，加劇了腐蝕，其電(dian)化學(xue)腐蝕反應方程(cheng)式如(ru)下：
陽(yang)極(ji)和(he)陰(yin)極(ji)反應的Fe2+和(he)OH-生成(cheng)Fe（OH）2，在氧氣作用下(xia)進一步生成(cheng)Fe（OH）3和(he)Fe3O4，腐蝕產物(wu)疏松易脫落，缺(que)乏保(bao)護性(xing)，從而進一步加劇腐蝕。
02 影響因素(su)
CUI主要受水(shui)分、溫(wen)度和保(bao)(bao)溫(wen)材(cai)料類型等因素的(de)影(ying)響。保(bao)(bao)溫(wen)層結(jie)構中(zhong)水(shui)分的(de)滯留是導致CUI發生的(de)直接原因，水(shui)分的(de)來(lai)源(yuan)主要包括(kuo)保(bao)(bao)溫(wen)層結(jie)構被(bei)破壞(huai)后(hou)雨水(shui)的(de)滲入和金屬表面產生的(de)冷凝水(shui)。
保溫(wen)(wen)層下水(shui)分的(de)滯留(liu)和氧含量受溫(wen)(wen)度影(ying)響較大(da)，碳鋼(gang)(gang)和低(di)合(he)金鋼(gang)(gang)CUI的(de)敏(min)感溫(wen)(wen)度區(qu)間為(wei)-12~175℃，奧氏體不銹鋼(gang)(gang)保溫(wen)(wen)層下應力腐蝕(shi)(shi)開(kai)(kai)裂的(de)敏(min)感溫(wen)(wen)度區(qu)間為(wei)60~205℃，而雙相不銹鋼(gang)(gang)應力腐蝕(shi)(shi)開(kai)(kai)裂敏(min)感性較低(di)。下圖為(wei)碳鋼(gang)(gang)在水(shui)中的(de)腐蝕(shi)(shi)速率與溫(wen)(wen)度的(de)關(guan)系。
可(ke)以看出：在(zai)(zai)開放系統(tong)中，溫(wen)(wen)度(du)升高，水中氧含量降低，在(zai)(zai)80℃以上時，碳(tan)鋼(gang)的腐蝕速(su)率(lv)(lv)開始明(ming)顯降低；但(dan)是在(zai)(zai)封閉(bi)系統(tong)中，隨著溫(wen)(wen)度(du)的升高，碳(tan)鋼(gang)的腐蝕速(su)率(lv)(lv)持續增大直(zhi)至(zhi)達到水分可(ke)以快(kuai)速(su)蒸(zheng)發的溫(wen)(wen)度(du)為(wei)止。
保溫材料具有一定的(de)吸水(shui)(shui)性，其中含有的(de)氯化物、硫(liu)酸鹽等可溶(rong)(rong)性鹽類(lei)增加了(le)水(shui)(shui)溶(rong)(rong)液的(de)導電性，且(qie)金屬(shu)鹽類(lei)的(de)水(shui)(shui)解會導致溶(rong)(rong)液pH值降低，這(zhe)些(xie)均對電化學(xue)腐(fu)蝕過程具有促(cu)進作用。在(zai)大(da)量水(shui)(shui)分存在(zai)的(de)區域，CUI的(de)溫度(du)上(shang)限也會隨之升高(gao)。此外(wai)，設備或(huo)管道在(zai)冷熱(re)循環、干濕交替(ti)等工況(kuang)下運行也會加速CUI。
CUI監測技術(shu)的應用
01 目視檢查
目視檢(jian)查是通過拆除(chu)設備或管道的(de)(de)外保(bao)(bao)溫層(ceng)(ceng)結(jie)構，直接(jie)觀察并配合超聲波(bo)測(ce)厚獲得(de)保(bao)(bao)溫層(ceng)(ceng)下(xia)金屬材料的(de)(de)腐蝕(shi)及裂紋狀況(kuang)的(de)(de)檢(jian)測(ce)方法。該(gai)方法的(de)(de)突(tu)出特點是簡單、直接(jie)、有效；但是，由于拆除(chu)保(bao)(bao)溫層(ceng)(ceng)結(jie)構工作周期長、工作量(liang)大導致成本(ben)較高，且恢復(fu)后的(de)(de)保(bao)(bao)溫層(ceng)(ceng)質(zhi)量(liang)也難以(yi)得(de)到保(bao)(bao)證(zheng)，易發生二次腐蝕(shi)。
鑒于以上原因，該(gai)方法在(zai)實(shi)(shi)施過程中通(tong)常又適宜于進行局(ju)部的(de)單點檢(jian)測，難以實(shi)(shi)現全面檢(jian)查，檢(jian)查結果存在(zai)片面性，不(bu)能真實(shi)(shi)地(di)反映(ying)保溫層(ceng)下(xia)腐蝕狀(zhuang)況。因此，該(gai)方法更適合于企業生產管(guan)理人員的(de)日常巡(xun)檢(jian)，針對發現保溫層(ceng)結構破(po)損的(de)部位實(shi)(shi)現快速篩查。
02 滲透檢測技(ji)術
滲透檢(jian)測(ce)技術是利(li)用毛細作用的(de)(de)原理，將溶有熒光(guang)染料和(he)(he)著色染料的(de)(de)液體(ti)涂覆到(dao)管道或設備表面，形成(cheng)放大了(le)的(de)(de)缺陷，有效地實現檢(jian)測(ce)的(de)(de)方法(fa)。滲透檢(jian)測(ce)技術可用于不銹(xiu)鋼保(bao)溫層下應(ying)力腐蝕(shi)開裂（ESCC）檢(jian)測(ce)，具有操作簡便(bian)、快速和(he)(he)檢(jian)測(ce)結(jie)果直觀等特點，成(cheng)本較低。
然(ran)而，實施滲透檢測技術前需要拆除保(bao)溫層(ceng)結構，適用于(yu)局部小范圍檢查，若用于(yu)大面積檢查則效率偏低。此外，該方法(fa)僅(jin)能(neng)檢測出(chu)表面的(de)裂紋分布，難以確定裂紋深(shen)度并做(zuo)出(chu)定量評價。
03 紅外熱成像技術
紅外熱成(cheng)像(xiang)的(de)(de)(de)原理是(shi)將不同溫(wen)度物體輻射出(chu)的(de)(de)(de)不可見(jian)紅外能量(liang)以(yi)熱圖像(xiang)的(de)(de)(de)形式呈現(xian)(xian)出(chu)來，可精(jing)準(zhun)識別保(bao)溫(wen)層(ceng)結(jie)構中異(yi)常的(de)(de)(de)溫(wen)度區(qu)域。保(bao)溫(wen)層(ceng)進水后，其導熱系數(shu)會明顯提高，與未(wei)發生進水部位的(de)(de)(de)溫(wen)差明顯增大，通過紅外圖像(xiang)可以(yi)直(zhi)觀地發現(xian)(xian)進水部位，針(zhen)對異(yi)常部位及早檢查處理，防患于(yu)未(wei)然。
紅(hong)外(wai)熱成像(xiang)儀便(bian)于(yu)攜帶、操作簡(jian)單、檢測(ce)(ce)效(xiao)率高，且不受(shou)檢測(ce)(ce)距離的(de)(de)限制(zhi)，避免了高處保溫(wen)層結(jie)(jie)構(gou)(gou)檢測(ce)(ce)耗時耗力的(de)(de)缺(que)點(dian)，檢測(ce)(ce)范圍較廣(guang)，可實現對設備和管道的(de)(de)大面積(ji)掃查(cha)，有(you)效(xiao)避免局部疏漏。紅(hong)外(wai)熱成像(xiang)法屬于(yu)間接檢測(ce)(ce)，通過發(fa)現保溫(wen)層結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)溫(wen)度異常點(dian)，拆除保溫(wen)結(jie)(jie)構(gou)(gou)，并結(jie)(jie)合(he)目視檢查(cha)進一步確定腐(fu)蝕狀(zhuang)況。紅(hong)外(wai)熱成像(xiang)法不適合(he)用于(yu)埋(mai)地(di)保溫(wen)層結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)檢測(ce)(ce)。
04 脈沖渦(wo)流檢測技術
脈(mo)沖(chong)渦流(liu)檢(jian)測的(de)原理是對被(bei)(bei)測物(wu)(wu)體施加一個具有(you)(you)一定占空比的(de)脈(mo)沖(chong)方波(bo)信號(hao)(hao)，當(dang)迅(xun)速切(qie)斷(duan)方波(bo)信號(hao)(hao)時(shi)，被(bei)(bei)測物(wu)(wu)體周圍(wei)的(de)磁(ci)(ci)場(chang)會(hui)迅(xun)速衰(shuai)減(jian)，被(bei)(bei)測物(wu)(wu)體在衰(shuai)減(jian)的(de)磁(ci)(ci)場(chang)中感應出(chu)脈(mo)沖(chong)渦流(liu)，脈(mo)沖(chong)渦流(liu)進(jin)而(er)產(chan)生二次(ci)磁(ci)(ci)場(chang)，此時(shi)切(qie)斷(duan)激勵電(dian)流(liu)產(chan)生的(de)一次(ci)磁(ci)(ci)場(chang)為(wei)零，如果(guo)被(bei)(bei)測物(wu)(wu)體表面(mian)(mian)有(you)(you)缺(que)陷(xian)，就會(hui)反映出(chu)二次(ci)磁(ci)(ci)場(chang)的(de)變化(hua)，通過檢(jian)測線圈將二次(ci)磁(ci)(ci)場(chang)的(de)變化(hua)轉換為(wei)電(dian)壓信號(hao)(hao)，可以判(pan)斷(duan)出(chu)被(bei)(bei)測物(wu)(wu)體表面(mian)(mian)的(de)缺(que)陷(xian)狀況。
05 X射線(xian)成像技術
X射(she)線成(cheng)像(xiang)技術的原理是利用X射(she)線對(dui)(dui)不同(tong)材(cai)料(liao)的穿(chuan)透(tou)能力(li)不同(tong)（對(dui)(dui)保(bao)(bao)溫材(cai)料(liao)穿(chuan)透(tou)能力(li)強、對(dui)(dui)金屬材(cai)料(liao)穿(chuan)透(tou)能力(li)弱），通過激(ji)發的X射(she)線將管道(dao)及(ji)其保(bao)(bao)溫層結構進行投影成(cheng)像(xiang)，獲得保(bao)(bao)溫層滲水和管道(dao)表面(mian)腐蝕情況等(deng)直觀圖像(xiang)信息，達到CUI無損(sun)檢測(ce)的目的。
X射線(xian)成像技(ji)(ji)術在不(bu)(bu)拆除保(bao)溫層(ceng)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)情況(kuang)下，可以快速(su)、真實、直觀地反映設(she)備或管道表面的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)以及保(bao)溫層(ceng)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)滲水情況(kuang)，是(shi)一種直觀、高效的(de)(de)(de)無損檢測(ce)技(ji)(ji)術。但(dan)是(shi)，由于(yu)X射線(xian)穿(chuan)透能(neng)力較強，該方法僅能(neng)針對(dui)小(xiao)范圍區域進行(xing)檢測(ce)，不(bu)(bu)適(shi)用于(yu)大面積(ji)的(de)(de)(de)篩查。并且X射線(xian)對(dui)人體有一定(ding)的(de)(de)(de)輻射傷害，操作人員應當進行(xing)適(shi)當的(de)(de)(de)防(fang)護。
06 超聲導波(bo)檢(jian)測技術
超(chao)聲(sheng)導波檢測技術的原理是將磁性鐵鈷薄條粘貼(tie)在(zai)被測物(wu)體(ti)(ti)表(biao)面上(shang)并施加(jia)超(chao)聲(sheng)波，該(gai)超(chao)聲(sheng)波沿被測物(wu)體(ti)(ti)傳播并被其(qi)表(biao)面的形(xing)狀所約(yue)束。當(dang)被測物(wu)體(ti)(ti)表(biao)面存在(zai)缺(que)陷(xian)時(shi)會反射回相應的信號(hao)，并在(zai)接收(shou)線圈上(shang)產生變(bian)化(hua)的電(dian)壓，從而實現對(dui)缺(que)陷(xian)部位的定位。
超(chao)聲(sheng)導(dao)波檢(jian)測(ce)(ce)設備價格(ge)較高，雖然能(neng)夠(gou)提供被測(ce)(ce)物體(ti)的整體(ti)腐蝕(shi)狀況（平均壁厚），但檢(jian)測(ce)(ce)結果(guo)不能(neng)區(qu)分出(chu)內外(wai)壁的缺(que)陷(xian)(xian)(xian)，且對點蝕(shi)等(deng)孤(gu)立缺(que)陷(xian)(xian)(xian)的檢(jian)出(chu)率較低。因此(ci)，在采用超(chao)聲(sheng)導(dao)波檢(jian)測(ce)(ce)前應進(jin)行綜合分析，設置(zhi)(zhi)合理的閾(yu)值，從而(er)更高效地檢(jian)測(ce)(ce)出(chu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)的位置(zhi)(zhi)和大(da)小。
07 基于金(jin)屬電位差的在線監測(ce)技術
基(ji)于(yu)金(jin)屬電(dian)位差的在(zai)線監測技術是根據電(dian)化(hua)學原(yuan)理(li)，如下圖(tu)所示(shi)，兩種金(jin)屬材料之(zhi)間(jian)存在(zai)電(dian)位差，將其(qi)同(tong)時浸(jin)入電(dian)解質溶(rong)液中時，二(er)(er)者與(yu)溶(rong)液之(zhi)間(jian)形(xing)成了電(dian)極電(dian)位。該(gai)技術通過將設備或(huo)管(guan)道與(yu)金(jin)屬保(bao)護層(ceng)用(yong)導線連(lian)接，采用(yong)萬用(yong)表定期監測二(er)(er)者之(zhi)間(jian)電(dian)位的變化(hua)，實(shi)現(xian)對保(bao)溫層(ceng)結構進水情況的監測。
基于(yu)金(jin)屬電位差的(de)在線監(jian)測技術實施方法簡單，在不破壞(huai)保(bao)溫(wen)層(ceng)結構的(de)前提下，僅需要使用導線將其引出，節約了監(jian)測成本(ben)，而且(qie)該(gai)技術響應快(kuai)、檢(jian)測靈(ling)敏度高，可(ke)以(yi)在第(di)一時間發現保(bao)溫(wen)層(ceng)進(jin)水情況，并(bing)配合目視檢(jian)查進(jin)一步確認。但(dan)是，該(gai)技術無法對已經(jing)進(jin)水的(de)保(bao)溫(wen)層(ceng)進(jin)行進(jin)水程度量(liang)化評(ping)定，因此(ci)更適合用于(yu)石油(you)化工企(qi)業保(bao)溫(wen)層(ceng)下腐蝕的(de)日常(chang)監(jian)測。
檢測技術對比分析
上面(mian)對保溫層下(xia)(xia)腐蝕(shi)的(de)各(ge)種(zhong)檢(jian)(jian)測方(fang)法進行了較為詳細(xi)的(de)分析和評價，從可操(cao)作(zuo)性、工作(zuo)量、效(xiao)率、效(xiao)果、成(cheng)本費用及安全等方(fang)面(mian)對不同CUI檢(jian)(jian)查方(fang)法的(de)優(you)缺點進行對比(bi)，具體如(ru)下(xia)(xia)：