胡 洋，劉志梅，肖 陽(yáng)，呂玉璽

（1.北京安泰信科技有限公司，北京 100089；2.恩迪檢測(cè)技術(shù)（青島）有限公司，山東 青島 266500）

1 煉化裝置腐蝕檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

腐蝕檢測(cè)，就是利用各種儀器、工具和分析方法，對(duì)材料在所處環(huán)境或所處工藝介質(zhì)中的腐蝕因素、腐蝕過(guò)程及腐蝕結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)與分析，及時(shí)為工程技術(shù)人員反饋腐蝕相關(guān)信息，從而采取有效防護(hù)措施，避免腐蝕損失加重和腐蝕事故發(fā)生。

腐蝕檢測(cè)是腐蝕完整性管理體系中的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)預(yù)知性防腐維修維護(hù)的有力支撐。2017年，NACE STAG P72（美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)非美洲區(qū)煉化防腐專家委員會(huì)）對(duì)中國(guó)25家煉化企業(yè)腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行了調(diào)研，結(jié)果見圖1。

圖1 2017年腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用情況

從圖1可以看出，25家煉化企業(yè)普遍采用了常規(guī)腐蝕監(jiān)測(cè)和檢測(cè)技術(shù)。所有企業(yè)都開展了循環(huán)水的水質(zhì)分析，除1家企業(yè)外，24家企業(yè)均開展了人工定點(diǎn)測(cè)厚、在線腐蝕探針系統(tǒng)、腐蝕介質(zhì)分析（油品和水）、裝置停工腐蝕檢查。此外，循環(huán)水監(jiān)測(cè)換熱器、在線pH值檢測(cè)系統(tǒng)、循環(huán)水腐蝕掛片檢測(cè)和煙氣露點(diǎn)腐蝕檢測(cè)等技術(shù)應(yīng)用也比較普遍。有一半左右的企業(yè)采用了紅外熱成像、在線壁厚檢測(cè)系統(tǒng)和其他腐蝕檢測(cè)技術(shù)，如超聲導(dǎo)波、渦流檢測(cè)、氫通量、聲發(fā)射和電磁超聲等也逐步得到推廣應(yīng)用。

表1列出了目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的主要腐蝕檢測(cè)技術(shù)及其適用的損傷類型。由表1可以看出，減薄類的腐蝕檢測(cè)方法最多，開裂類腐蝕檢測(cè)方法也逐步成熟，但材質(zhì)劣化類的腐蝕檢測(cè)方法較少。

表1 主要腐蝕檢測(cè)技術(shù)

2 煉化裝置腐蝕檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

隨著科技的進(jìn)步，腐蝕檢測(cè)技術(shù)不斷推陳出新，技術(shù)也逐步成熟，低成本儀器檢測(cè)開始取代人工檢測(cè)，腐蝕檢測(cè)向著精準(zhǔn)、可靠、高效、安全的方向發(fā)展。目前煉化裝置腐蝕檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用熱點(diǎn)主要集中在脈沖渦流、超聲導(dǎo)波、數(shù)字射線、交流電磁場(chǎng)檢測(cè)、電磁超聲、聲發(fā)射、紅外熱成像和貼片式無(wú)源測(cè)厚等方面。以下主要介紹脈沖渦流檢測(cè)、交流電磁場(chǎng)檢測(cè)和貼片式無(wú)源測(cè)厚三種技術(shù)。

2.1 脈沖渦流

脈沖渦流技術(shù)（Pulsed Eddy Current）屬于半定量無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)鐵磁性材料（碳鋼等）和非鐵磁性材料（不銹鋼等）壁厚損傷的快速掃查和定位，無(wú)需進(jìn)行表面處理或拆除保溫，并可在高溫條件下在役使用，特別是針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)在役（或在線）管道內(nèi)壁的體積型腐蝕缺陷或腐蝕隱患（主要是局部腐蝕）掃查，具有高效掃查和快速定位的優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)為評(píng)估設(shè)備管道缺陷和安全隱患提供了可靠的數(shù)據(jù)支持［1-2］。

脈沖渦流檢測(cè)基本原理是通過(guò)在探頭加載瞬間關(guān)斷電流，激勵(lì)出快速衰減的脈沖磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)可以穿過(guò)一定厚度的保護(hù)層和保溫層而誘發(fā)被檢構(gòu)件表面產(chǎn)生渦流，所誘發(fā)的渦流會(huì)從上表面向下表面擴(kuò)散。同時(shí)，在渦流擴(kuò)散過(guò)程中又會(huì)產(chǎn)生與激勵(lì)磁場(chǎng)方向相反的二次磁場(chǎng)，在探頭的接收傳感器中會(huì)輸出這個(gè)感應(yīng)電壓（脈沖渦流信號(hào)）［3］。如果管道上有缺陷，則會(huì)影響加載管道上脈沖渦流狀況，繼而影響接收傳感器上的感應(yīng)電壓。二次磁場(chǎng)感應(yīng)的電壓包含了被測(cè)構(gòu)件本身的一些特性，如：厚度、尺寸和電磁特性等綜合信息。采取合適的方法和檢測(cè)元件對(duì)二次磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，分析測(cè)量信號(hào)，即可得到被測(cè)構(gòu)件信息。脈沖渦流技術(shù)原理見圖2。

圖2 脈沖渦流技術(shù)原理示意

脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)目前還不能實(shí)現(xiàn)細(xì)小裂紋、夾雜物和氣泡等缺陷的掃查。不拆保溫進(jìn)行掃查時(shí)，受探頭直徑、提離距離影響和穿透能力限制，磁場(chǎng)投影金屬總量比較大，掃查精度變差，因此對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)部位，建議拆除保溫進(jìn)行精確檢測(cè)。

自2019年在中石化推廣應(yīng)用以來(lái)，企業(yè)通過(guò)脈沖渦流檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了大量的腐蝕隱患，極大程度地降低了因點(diǎn)檢測(cè)部位選擇不當(dāng)而造成的漏檢問(wèn)題。為了指導(dǎo)各企業(yè)全面開展脈沖渦流隱患排查工作，中石化煉油事業(yè)部專門下發(fā)了《煉油裝置脈沖渦流掃查實(shí)施指導(dǎo)意見》。圖3為某廠丁辛醇裝置污水汽提塔脈沖渦流掃查結(jié)果。脈沖渦流掃查發(fā)現(xiàn)，該汽提塔塔壁多處部位存在局部缺陷。對(duì)掃查出的缺陷部位采用超聲波測(cè)厚進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)7 mm厚管壁蝕坑最深為2.2 mm，腐蝕減薄嚴(yán)重。而單純采用密集測(cè)厚的方法，不僅效率低，也很難發(fā)現(xiàn)局部的腐蝕減薄。

圖3 污水汽提塔脈沖渦流掃查結(jié)果

2.2 交流電磁場(chǎng)檢測(cè)

交流電磁場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)（Alternating Current Field Measurement，ACFM）是在交流電壓降法（ACPD）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新興的電磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)所有金屬結(jié)構(gòu)物（包括鐵磁性材料和非鐵磁性材料）表面/近表面缺陷快速非接觸檢測(cè)［4］。其原理是探頭在工件中感應(yīng)出的均勻交變電流，在裂紋、腐蝕等缺陷位置產(chǎn)生擾動(dòng)，引起空間磁場(chǎng)畸變，利用檢測(cè)傳感器測(cè)量空間磁場(chǎng)畸變信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)缺陷的檢測(cè)與評(píng)估。交流電磁場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)原理見圖4。

圖4 交流電磁場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)原理示意

ACFM技術(shù)屬于非接觸檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程中探頭不需與被檢工件直接接觸，無(wú)需清除被檢工件表面涂層等附著物，如噴涂層、油漆層、環(huán)氧樹脂膠層和瀝青層等，最大距離可達(dá)10 mm（即允許有不超過(guò)10 mm的非導(dǎo)電附著物），與磁粉、滲透等表面檢測(cè)技術(shù)相比可節(jié)省大量檢測(cè)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，尤其適用于金屬裝備的在役檢測(cè)［5］。圖5為ACFM技術(shù)在儲(chǔ)罐焊縫檢測(cè)上的應(yīng)用。通過(guò)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)焊趾部位有長(zhǎng)達(dá)3 m的貫穿裂紋，但因?yàn)閮?chǔ)罐表面有涂層，外觀檢查未發(fā)現(xiàn)任何裂紋。除去涂層后，采用磁粉測(cè)試，證實(shí)裂紋沿焊趾存在，并向槽底板母材擴(kuò)展。

圖5 ACFM技術(shù)在儲(chǔ)罐焊縫檢測(cè)的應(yīng)用

ACFM技術(shù)可適用于高溫、水下等惡劣環(huán)境，檢測(cè)過(guò)程中無(wú)任何耗材、介質(zhì)和耦合劑，檢測(cè)無(wú)后效性，無(wú)需退磁或其他后處理，且可連接編碼器實(shí)時(shí)記錄并存儲(chǔ)檢測(cè)數(shù)據(jù)，可對(duì)缺陷進(jìn)行記錄和回放，并對(duì)缺陷尺寸（長(zhǎng)度和深度）進(jìn)行高精度定量計(jì)算，缺點(diǎn)是只能檢測(cè)表面開裂及淺表下3 mm的金屬開裂，對(duì)于復(fù)合材料以及大壁厚設(shè)備內(nèi)部深埋缺陷存在檢測(cè)盲區(qū)［6］。

2.3 貼片式無(wú)源測(cè)厚技術(shù)

貼片式無(wú)源測(cè)厚技術(shù)屬于超聲波測(cè)厚技術(shù)，是人工定點(diǎn)測(cè)厚的提升和替代［7］。該技術(shù)主要包含貼片式傳感器、延長(zhǎng)線、手持探測(cè)儀和配套解析軟件。

貼片式傳感器采用高精度超薄壓電超聲晶片、信號(hào)采集和供電線圈等組成，采用分體式結(jié)構(gòu)，其中超薄壓電超聲晶片采用專用保護(hù)材料粘貼到被測(cè)設(shè)備管道表面，信號(hào)采集和供電線圈通過(guò)延長(zhǎng)線引出到保溫層外或安全位置，便于實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。該技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)安裝部分沒有任何外加電源，綠色環(huán)保，用電是在測(cè)量過(guò)程中通過(guò)手持儀的電磁耦合技術(shù)提供，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸讀取，檢測(cè)精度達(dá)到0.05 mm，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備管道壁厚的非接觸式高精度無(wú)損無(wú)源檢測(cè)。圖6為貼片式無(wú)源測(cè)厚技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)安裝及測(cè)試示意圖。

圖6 測(cè)厚技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)安裝及測(cè)試示意

貼片式無(wú)源測(cè)厚技術(shù)的特點(diǎn)是探頭輕薄、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)電源、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)和操作安全。該技術(shù)通過(guò)傳感器、延長(zhǎng)線及專用延長(zhǎng)桿的組合，適用于高空、懸空、高風(fēng)險(xiǎn)部位的壁厚測(cè)量，可免于搭設(shè)腳手架及拆裝保溫工作，降低常規(guī)定點(diǎn)測(cè)厚的操作風(fēng)險(xiǎn)，并適用于埋地管道、涂層或包覆材料下設(shè)備管道的壁厚檢測(cè)［8］。

貼片式傳感器采用粘合的方式固定安裝，并通過(guò)RFID芯片識(shí)別位置，可消除人工定點(diǎn)測(cè)厚時(shí)的人為誤差及因測(cè)厚部位偏離造成的數(shù)據(jù)偏差，實(shí)現(xiàn)測(cè)厚數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可追溯性和重復(fù)性，以便于腐蝕速率和壽命評(píng)估的計(jì)算。受超聲波壓電晶片限制，貼片式無(wú)源測(cè)厚技術(shù)只能適用于外徑大于50 mm、表面溫度不大于130℃的設(shè)備及管線。

3 煉化裝置腐蝕檢測(cè)的幾點(diǎn)問(wèn)題及建議

3.1 腐蝕檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)

雖然煉化裝置腐蝕檢測(cè)技術(shù)近年來(lái)取得了很大的進(jìn)步，但是對(duì)于一些特殊工況現(xiàn)有檢測(cè)手段仍不能滿足要求，需要進(jìn)一步加強(qiáng)以下幾方面工作：

（1）設(shè)備管道深埋裂紋的在役檢測(cè)方法；

（2）不拆保溫的高精度腐蝕檢測(cè)掃查方法；

（3）冷換設(shè)備管束及空冷管束腐蝕缺陷的快速、精準(zhǔn)檢測(cè)技術(shù)；

（4）埋地管道腐蝕缺陷的長(zhǎng)距離檢測(cè)方法。

針對(duì)這些特殊的應(yīng)用場(chǎng)景，需要進(jìn)一步開發(fā)適合的腐蝕檢測(cè)技術(shù)，提升組合腐蝕檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用水平。應(yīng)盡可能滿足現(xiàn)場(chǎng)安全環(huán)保的要求，降低檢測(cè)人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和操作難度，包括避免高處作業(yè)、避免動(dòng)火作業(yè)（如打磨）等，可開發(fā)智能爬行機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、管道豬等腐蝕檢測(cè)技術(shù)，并不斷提升檢測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)細(xì)小裂紋、小蝕坑等局部缺陷的精準(zhǔn)檢測(cè)。

3.2 腐蝕檢測(cè)部位選點(diǎn)的優(yōu)化

由于檢測(cè)部位選點(diǎn)不準(zhǔn)確，造成檢測(cè)的部位無(wú)腐蝕，而未檢測(cè)到的部位卻發(fā)生腐蝕泄漏。造成這種現(xiàn)象的主要原因是缺乏有效的腐蝕檢測(cè)部位選點(diǎn)技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)有效布點(diǎn)，可以通過(guò)腐蝕理論分析和腐蝕實(shí)踐分析兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。腐蝕理論分析包括腐蝕機(jī)理識(shí)別、腐蝕回路分析、腐蝕模擬計(jì)算和腐蝕評(píng)估等技術(shù)，其中腐蝕機(jī)理識(shí)別是整個(gè)腐蝕管理的核心。腐蝕實(shí)踐分析包括腐蝕案例分析、異常檢測(cè)分析和異常操作分析。目前在布點(diǎn)優(yōu)化技術(shù)方面，腐蝕機(jī)理有效識(shí)別、腐蝕模型建立、腐蝕精細(xì)評(píng)估和腐蝕風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)等技術(shù)仍需要深入研究。

3.3 腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效利用

腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)目前存在的問(wèn)題是散、亂、利用率低，多數(shù)檢測(cè)數(shù)據(jù)只是以表格或文件的形式存在，且缺乏有效的分析，不能充分指導(dǎo)生產(chǎn)裝置腐蝕防護(hù)工作，如定點(diǎn)測(cè)厚數(shù)據(jù)，很多企業(yè)都存在數(shù)據(jù)波動(dòng)較大的問(wèn)題，并且測(cè)厚數(shù)據(jù)報(bào)告只體現(xiàn)了壁厚減薄情況，未進(jìn)行短期腐蝕速率、長(zhǎng)期腐蝕速率和剩余壽命的計(jì)算。

腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效利用可以分四步，具體如下：

（1）對(duì)腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、核對(duì)、糾錯(cuò)，去除無(wú)效數(shù)據(jù)，對(duì)關(guān)鍵異常數(shù)據(jù)要進(jìn)行復(fù)核檢測(cè)。

（2）依據(jù)API RP 579—2007《合于使用》和相關(guān)腐蝕模型，根據(jù)腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)腐蝕速率、剩余壽命、腐蝕分級(jí)等的計(jì)算。

（3）參考API RP 584—2021《完整性操作窗口》，建立腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)的完整性操作窗口，通過(guò)腐蝕完整性管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)腐蝕的預(yù)警。

（4）通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科結(jié)合，深度挖掘腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)之間的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)腐蝕數(shù)據(jù)從 “已知”到 “未知”、從 “過(guò)去”到 “未來(lái)”的預(yù)測(cè)，指導(dǎo)企業(yè)更有效地防控腐蝕。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著原料劣質(zhì)化和裝置運(yùn)行周期的延長(zhǎng)，腐蝕已經(jīng)成為煉化裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行的主要影響因素。要想實(shí)現(xiàn)腐蝕的有效防控，必須在裝置運(yùn)行期間采取適合的腐蝕檢測(cè)技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)腐蝕隱患，從而避免腐蝕事故的發(fā)生。目前煉化裝置已經(jīng)采用了多種腐蝕檢測(cè)方法，但仍存在很多技術(shù)難題需要進(jìn)一步研究解決。未來(lái)，腐蝕檢測(cè)技術(shù)將朝著低成本、小型化和智能化的方向發(fā)展。