石油炼制设备湿硫化氢腐蚀监测技术与现场应用研究

摘要

在炼油行业中，设备的腐蚀一直是影响生产装置正常运行的重要问题。由于炼油工艺形成的特殊工况条件，装置承受着高温、高压下腐蚀性介质的侵蚀，尤其是近年来原油含硫高、酸值高的趋势。在炼制含硫原油的过程中，原油中的硫化物随着加工过程产生对设备有害的硫化氢，硫化氢腐蚀设备产生的原子氢吸附在钢表面，再扩散侵入到钢内部，日集月累使钢中的氢浓度不断增加，钢中达到一定的临界浓度后就有发生氢损伤的可能，严重影响安全生产。 本文应用Devanathan—Stachurski渗氢检测原理，设计腐蚀监测系统，该硬件系统由钯合金膜氢传感器、CP5型恒电势仪、电脑及三芯屏蔽线等部分构成，该软件系统采用C语言作为开发工具，具有人机交换界面，主菜单包括“文件”、“监测”、“选项”、“工具”和“帮助”五项。 原子氢在钢中的扩散服从Fick第二定律，论文从氢脆、氢鼓泡及氢腐蚀三个方面论述钢质材料的氢损伤机理，讨论钢材料氢损伤的电化学判断方法。根据Dcvanathan-Stachurski电化学渗氢实验测定得到了原子氢在A3、16MnR、20G和08F钢中的低温扩散系数，由四种钢样低温氢扩散系数的Arrhcnius关系，可计算出任意测量温度下的它们的扩散系数。用不同浓度的硫化氢溶液腐蚀充氢，最终获得不同浓度下的钢壁容器硫化氢的腐蚀速率随稳态渗氢电流密度变化的对应方程。通过钢的腐蚀速率随稳态氢渗透电流密度变化的方程，计算设备内壁湿硫化氢腐蚀速率。 现场试验表明该监测系统采用0.5 mm<'2>的屏蔽线在400 m内对直接传输氢渗透电流信号的强度无损失。因此，电脑、恒电势仪安放在距石油炼制设备180 m的中央控制室里是完全可行的。 对中石化茂名分公司的现场监测结果表明：研制的JMH-1型氢传感器测量的信号稳定可靠，可以实时监测设备腐蚀后产生的氢渗透电流密度，显示硫化氢腐蚀速率及设备器壁中可移动原子氢的浓度分布。根据在线监测设备内部渗氢的速率，由系统软件分析监测结果，判定设备运行是否安全。若为不安全的运行状态，则需要采取相应措施，调整工艺参数，防止事故的发生，避免重大的人员伤亡和巨大的经济损失。因此，该腐蚀监测系统可用于预示石油炼制设备内壁湿硫化氢腐蚀的速率和评估设备运行的安全状态。

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论文说明：图表目录

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第1章绪论

1.1本课题的研究背景

1.1.1炼油设备腐蚀的现状

1.1.2炼油设备腐蚀的形成原因

1.1.3炼油设备腐蚀的分类

1.2炼油设备的腐蚀形态以及发生部位

1.2.1高温硫腐蚀

1.2.2低温下的湿硫化氢腐蚀

1.2.3连多硫酸腐蚀

1.2.4高温烟气露点腐蚀

1.3炼油设备硫化氢腐蚀对设备的破坏与产生的事故

1.4在炼油设备腐蚀渗氢的监测与监测研究进展

1.4.1压力型氢传感器

1.4.2真空型氢传感器

1.4.3电化学氢传感器

1.5钢铁中原子氢渗透的检测方法

1.5.1试验充氢方法

1.5.2炼油设备中氢的提取方法

1.5.3炼油设备中氢的定量分析

1.6本课题研究的基本思路与内容

第2章钢铁中氢渗透规律与氢致裂开机理

2.1原子氢在钢中的扩散

2.1.1原子氢的扩散方程

2.1.2氢渗透速率的电化学检测原理

2.1.3测量氢扩散系数的方法

2.1.4表观扩散系数与氢陷阱

2.1.5氢在A3、16MnR、20G和08F钢中的低温扩散

2.2氢损伤的电化学判断方法

2.3氢伤损机理

2.3.1氢脆机理

2.3.2氢鼓泡机理

2.3.3氢腐蚀机理

2.4影响氢损伤的因素

2.4.1氢含量影响

2.4.2温度的影响

2.4.3溶液pH值的影响

2.4.4合金成分的影响

2.5氢损伤的控制措施

2.5.1选用耐氢脆合金

2.5.2添加缓蚀剂或抑制剂

2.5.3合理的加工和焊接工艺

2.6 16MnR钢硫化氢腐蚀速率与氢渗透电流方程

2.7小结

第3章氢传感器的性能及其防爆安全设计

3.1氢传感器的工作原理

3.2氢传感器的性能测试

3.2.1氢传感器的底电流

3.2.2温度的影响

3.2.3响应时间、稳态时间和稳态电流密度

3.2.4氢传感器其它性能

3.3原子氢浓度对钢体的渗透影响

3.4氢传感器防爆标准

3.5小结

第4章湿硫化氢腐蚀监测系统的硬软件设计

4.1硬件系统

4.1.1硬件系统组成

4.1.2工作流程

4.2软件系统

4.3距离对信号传输影响

4.4小结

第5章工业试验结果分析

5.1工业试验方案

5.1.1润滑油三车间丙烷罐的基本情况

5.1.2汽煤油加氢器气提塔顶回流罐(容104)

5.1.3球罐区的丙烷卧罐(2401/4)

5.1.4信号传输电缆

5.2氢传感器的布局与安装

5.3试验过程与结果

5.2.1试验程序与时间

5.3.2检测系统运行及结果

5.4经济与社会效益分析

5.4.1经济效益分析

5.4.2社会效益分析

5.5小结

结论

参考文献

附录

致谢