Повышение надежности и эксплуатационной готовности нефтеперерабатывающих заводов

Джейк Дэвис
19.10.2020 566

Управление целостностью объектов имеет большое значение для обеспечения безопасной, надежной и рентабельной работы. Однако традиционные методы ручного контроля требуют больших затрат на обеспечение доступа, подвергают риску персонал службы технического контроля, поэтому такой контроль выполняется не очень часто. Эти проверки не дают полноценной информации о целостности объекта для обнаружения признаков коррозии в режиме реального времени.

Если периоды быстрого истончения стенок вовремя не обнаружены, это может повлечь серьезные последствия, такие как внеплановое отключение, вред для окружающей среды или даже смертельная опасность для персонала.

В данной статье рассматриваются факторы риска возникновения коррозии и общие принципы применения коррозионного мониторинга, то есть коррозии в точке росы системы верхнего погона установки первичной переработки нефти НПЗ.

Информация о целостности объекта в реальном времени позволяет оптимизировать регулируемые параметры в процессе эксплуатации, например, стратегию ингибирования коррозии и график проведения технического обслуживания, чтобы максимально повысить производительность и при этом держать под контролем внутреннюю коррозию и интенсивность эрозии. Работа нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) сопряжена со множеством негативных факторов, вызывающих развитие внутренней коррозии.

Скорость коррозии быстро меняется, например, при изменении источника сырья или условий производственного процесса.

Опять же, традиционные методы контроля не могут предоставить полноценную картину целостности объекта для раннего обнаружения периодов быстрого износа, оптимизации и проверки стратегии предупреждения коррозии в процессе эксплуатации.

МОНИТОРИНГ КОРРОЗИИ В ТОЧКЕ РОСЫ НА НПЗ

В то время как коррозия в точке росы в системе верхнего погона четко задокументирована, различные нестандартные виды сырья на НПЗ могут увеличить риск целостности завода из-за возрастающего развития коррозии на большой площади системы верхнего погона.

Это может привести к внеплановым отключениям, вызванным недопустимо высокой коррозионной активностью. Если вовремя не обнаружить и не предотвратить повышенный уровень коррозии, это может повлечь за собой утечку углеводорода, а в худшем случае – взрыв или пожар. Это может привести к человеческим жертвам, длительному приостановлению деятельности предприятия и потере клиентов. Более того, может потребоваться капитальный ремонт оборудования, а также может быть спровоцировано негативное влияние на репутацию компании и дополнительное внимание со стороны регулирующих органов в будущем.

Нефтегазовые компании по всему миру решают эту проблему, предусмотрительно внедряя системы непрерывного мониторинга толщины стенок, чтобы отслеживать коррозию в критических зонах.

Рисунок 1. Зоны повышенного риска воздействия кислотной точки росы в верхних частях нефтеперегонных колонн показаны облаками.

Более строгий мониторинг позволяет не только экономически выгодно отслеживать коррозию в проблемных участках, но и точно определять конкретное сырье или технологические операции, вызывающие повышение скорости развития коррозии.

Это способствует оптимизации стратегий снижения коррозии в режиме реального времени и облегчает проверку эффективности этих стратегий, благодаря чему можно своевременно и обоснованно принимать решения по управлению целостностью.

КОРРОЗИЯ В ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ НЕФТЕПЕРЕГОННОЙ КОЛОННЫ

Коррозия в верхней части нефтеперегонных колонн регистрируется и исследуется на протяжении многих лет. Агрессивное коррозионное воздействие в системе верхнего погона зависит от количества хлорида, присутствующего в системе, что, в свою очередь, зависит от эффективности обессоливающей установки. Недостаточное обессоливание приводит к высокому содержанию хлорида (соли) в неочищенной нефти на выходе обессоливающей установки. Хлорид-ионы гидролизуются в печи и образуют хлористый водород, который конденсируется в системе верхнего погона. Наиболее опасная ситуация возникает, когда конденсируется первая капля соляной кислоты, поскольку в этом состоянии значение pH очень низкое, что также называется кислотной точкой росы.

Если в системе присутствует аммиак или аминосодержащие соли, а технологические условия благоприятствуют образованию соли, эти соединения могут создать защитный слой над конденсированной соляной кислотой и позволить ей непрерывно разъедать металл подложки. Точка росы соляной кислоты может смещаться внутри системы в зависимости от изменений рабочей температуры, давления и скорости потока, что обычно затрудняет ее контроль.

Кожухотрубные конденсаторы системы верхнего погона традиционно разрабатываются таким образом, чтобы дистиллят находился в межтрубном пространстве.

Поэтому воздействие соляной кислоты происходит снаружи труб и на самом кожухе теплообменника. В то время как трубные пучки можно относительно легко заменить, чрезмерная коррозия кожуха теплообменника приведет к разгерметизации и утечке углеводорода. Замена кожуха – не такая простая операция, обычно для этого требуется полная остановка работы оборудования, что приводит к снижению производительности и большим затратам на проведение технического обслуживания, особенно если эти работы не были заранее запланированы.

Переработка сланцевой нефти сопряжена с еще одной проблемой коррозии для НПЗ: использование аминных ингибиторов коррозии H2S может привести к образованию соли в верхней секции нефтеперегонной колонны, внутри стенок колонны на тарелках, в контуре верхнего циркуляционного орошения и на тарелках отбора продукта. Затем эти соли могут образовать защитный слой над соляной кислотой, что позволит развиться очень агрессивной локализованной коррозии.

В попытке нейтрализовать эти амины и предотвратить дополнительное образование солей владельцы заводов переходят на новые программы обработки, включающие подкисление на этапе обессоливания. Однако небрежное применение этого метода может привести к образованию кислотной коррозии в системе водной промывки обессоливателя и в самой обессоливающей установке.

В большинстве нефтеперерабатывающих компаний для систем верхнего погона применяют программу химической обработки, а также тщательно контролируют работу обессоливающей установки. Для обработки обычно используют два компонента:

  1. Нейтрализатор: часто аминосодержащее соединение или аммиак, который способствует повышению pH в системе верхнего погона и реагирует с соляной кислотой с образованием инертного амино-хлоридного соединения.
  2. Пленочный ингибитор коррозии: также обычно аминное соединение, которое вводится, чтобы покрыть поверхности внутри системы верхнего погона, обеспечивая, таким образом, барьерный слой, предотвращающий контакт соляной кислоты с металлом.

Чтобы разбавить соляную кислоту, образованную в системе верхнего погона, во многих установках первичной переработки нефти также применяется процесс непрерывной водной промывки.

Однако зачастую системы управления на этих установках водной промывки имеют только базовую комплектацию и не обеспечивают равномерное распределение воды по всем трубам теплообменника.

Это может вызвать у оператора ложное чувство безопасности в отношении управления коррозией.

ДАТЧИКИ КОРРОЗИИ

Применение датчиков коррозии – это хорошо зарекомендовавшая себя технология, которая используется с 1960-х годов.

Она основана на использовании интрузивного элемента, который находится в технологической жидкости и обычно изготавливается из того же материала, что и окружающее производственное оборудование.

Рисунок 2. Беспроводные ультразвуковые датчики коррозии стационарно установлены на линии верхнего продукта нефтеперегонной колонны. После этого вокруг опор датчика устанавливается изоляция.

По мере того, как «жертвенный» элемент корродирует, его электрическое сопротивление меняется.

Это изменение регистрируется обычно с помощью локально установленного регистратора данных (также в последнее время эти датчики все чаще снабжаются беспроводными устройствами сбора данных). Коррозия «жертвенного» элемента используется для экспериментального определения уровня коррозии окружающего оборудования.

Однако простые в эксплуатации датчики коррозии обладают и некоторыми недостатками, поэтому вместо них часто используют другие методы ручного контроля или постоянного мониторинга.

РУЧНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ

Ультразвуковая дефектоскопия применяется в нефтегазовой отрасли на протяжении последних 50 лет; это хорошо отработанный метод измерения толщины стенок металла. Метод предполагает возбуждение ультразвуковых волн с помощью преобразователя, размещенного непосредственно на внешней поверхности металла.

Ультразвук проходит через металл до тех пор, пока не отразится внутри металлической поверхности (донная поверхность). Отраженный ультразвуковой сигнал (или развертка типа A) регистрируется, а измерение толщины стенки выполняется, исходя из разницы во времени (время распространения) между исходным и отраженным сигналами.

Хотя это и надежный метод, однако, выполнение полного набора измерений для среднего нефтеперерабатывающего завода с более чем 80 000 точками измерения коррозии требует очень много времени и трудозатрат, поэтому толщина стенок с низкой и средней степенью риска измеряется только каждые 4-6 лет.

Поэтому довольно сложно проводить измерения на ключевых позициях с достаточной частотой, чтобы достоверно определить скорость коррозии или соотнести периоды интенсивного истончения стенки с конкретным сырьем или технологической операцией, поскольку для этого измерения должны проводиться с суточной периодичностью.

К тому же, несмотря на то, что ручной ультразвуковой контроль является относительно простым методом, он имеет следующие недостатки:

  • Повреждения из-за высоких температур: как правило, температура выше 100°C может привести к необратимым повреждениям преобразователя (или технического специалиста).
  • Проблема физического доступа, при которой затраты, как правило, намного превышают расходы на фактическое измерение.
  • Погрешность повторяемости измерений: крайне маловероятно, что последовательные измерения будут выполняться точно в одном и том же месте и тем же самым специалистом. Кроме того, используемое оборудование и профессиональный уровень специалистов может поменяться между измерениями, повышая степень непостоянства.

НЕПРЕРЫВНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ КОРРОЗИИ

Таким образом, лучшим выбором для мониторинга коррозии в точке росы системы верхнего погона являются стационарные беспроводные ультразвуковые датчики контроля толщины стенок.

Установка ультразвуковых датчиков стоит немного, поскольку они неинтрузивные и поэтому могут устанавливаться в любом месте.

Беспроводной сбор данных позволяет использовать бескабельную установку, что дополнительно снижает затраты на установку и исключает любые текущие эксплуатационные расходы.

Блоки питания датчиков обычно рассчитаны на работу до следующего капитального ремонта (как правило, 9 лет), поэтому в межремонтный период техническое обслуживание не требуется.

Простота установки делает ультразвуковые датчики вполне пригодными для использования в удаленных точках, которые доступны только во время проведения капитального ремонта.

Для защиты ультразвуковой электроники от высоких температур в датчиках используются волноводы из нержавеющей стали, чтобы электронные устройства находились на безопасном расстоянии от горячих металлических поверхностей, температура которых может достигать 600°C.

Ультразвук передается от «излучающего» преобразователя вниз по одному волноводу, а отраженный сигнал передается вверх по другому волноводу в “приемный” преобразователь.

Как и в случае с ручным ультразвуковым контролем, измерение толщины стенки базируется на разнице во времени распространения между сигналом поверхностной волны и первым отраженным сигналом от внутренней металлической поверхности.

Беспроводные датчики коррозии отправляют зарегистрированные ультразвуковые сигналы посредством беспроводного шлюза и проводной локальной сети или с помощью других средств связи в IT-систему, имеющуюся на заводе.

Программное обеспечение, которое позволяет обрабатывать зарегистрированные данные о коррозии, сохранять их в базе данных для анализа статистики, просматривать и анализировать данные, устанавливается в рамках системы сетевой защиты предприятия для обеспечения полной безопасности.

Усовершенствованная программа обработки данных может повысить воспроизводимость измерений, а значит, можно обнаруживать даже минимальную степень коррозии за считанные дни.

Эта программа позволяет отдельно выполнять измерение толщины стенки и обнаружение шероховатости внутренней поверхности, наличие которой отдельно фиксируется в виде цветной полосы, называемой PSI (индикатор формы, установленный в датчике), что значительно упрощает и ускоряет интерпретацию полученных данных.

Рисунок 3. Данные передаются через беспроводной концентратор на главный шлюз, который отправляет их в IT-систему завода. Данные доступны для просмотра и анализа на ПК или ЧМИ.

МНОЖЕСТВЕННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ УВЕЛИЧИВАЮТ ЗОНУ ОХВАТА

Каждый отдельный датчик имеет площадь поверхности измерения приблизительно 1 см2, как и в случае с ручным ультразвуковым контролем. Таким образом, вероятность обнаружения локализованной коррозии в точке росы с помощью одного датчика будет небольшой.

Чтобы увеличить вероятность обнаружения, датчики можно устанавливать многоточечными группами в позиции с максимальной степенью риска, исходя из понимания температуры точки росы, металлургии и геометрии оборудования.

Количество датчиков в группе определяется по данным предыдущих проверок или по размеру контролируемой зоны, в которой предполагается локализованное коррозионное воздействие.

Чем больше зона предполагаемого воздействия, тем меньше датчиков необходимо.

РЕШЕНИЯ ПО КОНТРОЛЮ СИСТЕМ ВЕРХНЕГО ПОГОНА НЕФТЕПЕРЕГОННЫХ КОЛОНН

Типичная система мониторинга (рисунок 4) будет содержать 20-30 точек измерения и от 2 до 5 датчиков на каждую точку, что дает в общей сложности 40 – 150 датчиков (в зависимости от конфигурации системы, металлургии и условий эксплуатации).

Рисунок 4. Ключевые позиции мониторинга (красные точки) для системы верхнего погона нефтеперегонной колонны.

Данные о коррозии, полученные от ультразвуковых датчиков в режиме реального времени, обеспечивают фактические сведения о сохранности оборудования и эффективности работы программы химической обработки в системе верхнего погона.

Например, на одном европейском нефтеперерабатывающем заводе использовалась сеть ультразвуковых датчиков, установленных по всей системе верхнего погона, чтобы регулировать дозировку химических реагентов, применяемых для обработки с целью стабилизации коррозии.

Перед оптимизацией химических реагентов, применяемых для обработки, скорость коррозии, замеренная датчиками, составляла 1,2 мм/год. В течение месяца на заводе постепенно увеличивали дозировку нейтрализатора и отслеживали изменение коррозии с помощью датчиков. Как только дозировка реагентов была оптимизирована, данные измерений показали, что скорость коррозии стабилизировалась.

Рисунок 5. Ультразвуковой мониторинг выявил аномальную интенсивность коррозии, которая была обусловлена высоким содержанием органических хлоридов в партии сырой нефти.

На другом североамериканском нефтеперерабатывающем заводе также в течение 6 месяцев контролировали скорость коррозии в системе верхнего погона, получаемого из конкретных партий нефти (рисунок 5). В период, отмеченный красной точкой, скорость коррозии была значительно выше, чем обычно, хотя тип сырья не был нестандартным и уже перерабатывался ранее.

В течение этого периода не было зафиксировано аномальных замеров технологических показателей, которые указывали бы на какие-либо неожиданные проблемы с обработкой этого вида нефти, за исключением высокой скорости коррозии.

Специалисты завода отправили образцы данной нефти в лабораторию для дополнительного анализа, который показал высокое содержание органических хлоридов, что, вероятно, связано с использованием химических реагентов для интенсификации скважины в процессе добычи нефти.

После этого случая специалисты завода стали в обязательном порядке испытывать каждую новую партию сырой нефти на предмет органических кислот, чтобы избежать проблем с коррозией.

ВЫВОДЫ

Наличие системы мониторинга позволяет руководителям производства принимать более обоснованные решения, используя достоверную и своевременную информацию.

Данные мониторинга также можно использовать для выявления проблем заблаговременно, чтобы их можно было контролировать, а затем обеспечить проверку надлежащей работы этих мер контроля.

Беспроводные системы контроля целостности с батарейным питанием идеально подходят для труднодоступных мест, когда доступ к стационарному оборудованию сопряжен с риском для безопасности и требует высоких затрат.

Они могут значительно сократить расходы, повысить эффективность производства, безопасность и надежность систем, что в конечном счете повышает рентабельность завода.

Джейк Дэвис, компания Emerson Automation Solutions

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Экологически безопасная эксплуатация стального моста – роль окраски в оценке жизненного цикла
Экологически безопасная эксплуатация стального моста – роль окраски в оценке жизненного цикла
Значение защитных покрытий в предотвращении разрушения стальных конструкций сложно оценить количественно, однако исследование, проведенное в…
CEPE.
22.01.2020
649
Эффективная коррозионная защита магниевых сплавов для имплантатов
Эффективная коррозионная защита магниевых сплавов для имплантатов
В недавно опубликованном исследовании описывается покрытие на основе фиброина шелка, армированного нанокристаллами целлюлозы, которое способно…
18.01.2022
133
<strong>Покрытие удаляет остатки ПВХ при высоких температурах</strong>
Покрытие удаляет остатки ПВХ при высоких температурах
Покрытие CS-1331 для большинства черных и цветных металлов
24.11.2022
34
Эффективность катодной защиты цинконаполненных эпоксидных покрытий
Эффективность катодной защиты цинконаполненных эпоксидных покрытий
Ученые исследовали влияние графена на катодную защиту цинконаполненных эпоксидных покрытий. Графен продлевает действие катодной защиты,…
09.01.2022
124
Защита покрытий сварных стыков морских и береговых трубопроводов
Защита покрытий сварных стыков морских и береговых трубопроводов
Сварные стыки образуются, когда две трубы свариваются вместе для строительства трубопровода. Область вокруг сварного шва…
Рикардо Филипе
10.08.2022
79
Использование неорганического композиционного покрытия для ремонта противокоррозионной защиты стальных конструкций*
Использование неорганического композиционного покрытия для ремонта противокоррозионной защиты стальных конструкций*
Разработанная паста в отличие от широко известных составов для удаления продуктов коррозии стали позволяет без…
Дёмин С.А., Виноградов С.С., д.т.н. Вдовин А.И
12.11.2020
361
Влияния ультрафиолетового излучения на уложенные в штабеля трубы с наплавленным эпоксидным покрытием ч.1
Влияния ультрафиолетового излучения на уложенные в штабеля трубы с наплавленным эпоксидным покрытием ч.1
В этой статье рассказывается о втором этапе программы масштабного ремонта труб, хранящихся в Северной Америке,…
Кит И.У. Колсон, Джеймс Фергюсон
17.11.2021
119
Приемочные испытания покрытий, защищающих от коррозии под изоляцией
Приемочные испытания покрытий, защищающих от коррозии под изоляцией
Коррозия под изоляцией (CUI) – это ускоренная коррозия, возникающая под слоем изоляции, который обычно применяется…
Майкл Ф. Мелампи
17.03.2021
314
Вместе против водородного охрупчивания
Вместе против водородного охрупчивания
Водородное коррозионное растрескивание под напряжением в определенных областях применения может привести к внезапному отказу функциональных…
Клаус Градтке
30.06.2020
443