红外热像技术在石化设备内部腐蚀检测中的应用

2020-03-05李新宁李庆红

工程建设与设计 2020年16期

关键词：丙烯腈红外图像

李新宁，李庆红

（北京隆盛泰科石油管科技有限公司，北京100000）

1 引言

石化设备的工作状态和故障检测是生产部门特别重视的问题，石化设备内部出现故障时，利用红外热像技术可以大大提高检测效率，保证仪器的使用寿命，并且红外热像技术具有安全性高，测量准确的优势。本文针对石化设备内部腐蚀检测中红外热像技术进行介绍。

2 红外热像技术简介

2.1 红外热像技术简述

红外热成像技术是一项不需要接触就可以探测到物体红外热量的技术，可以将探测到的红外热量转换成图像，将探测到的物体的红外热量量化并可视化，以便于人们对探测地区的热量进行识别和分析。红外热成像技术基于红外辐射测温，并且依托红外热像仪等红外设备进行检测。目前，红外热像技术已经广泛用于石化行业仪器的故障检测和状态监测中。应用红外热像技术进行检测的过程大致为：通过红外物镜吸收发热器材、材料、设备等发出的红外辐射，并且被红外探测器所探知，红外探测器依托处理系统对该辐射进行型号的预处理，然后经过模数转换器模拟量到数字量的转换过程，转换结束后进行可视化，将其转化为图像和准确数值。在具体的诊断中，红外热像技术能检测的故障类型非常广，包括零件的磨损、疲劳、形变，材料的熔断、剥离、污染，甚至是设备的松动、异常运转、堵塞、腐蚀等情况[1]。

2.2 红外热像技术分类及优势

红外热像技术分为被动式红外检测和主动式红外检测，被动式是指在检测过程中不会对被检测物体加热，主要用于检测物体与周围环境的温差。一般该方式被运用在科学实验、生产现场和运行中设备的检测。主动式红外检测是指检测过程中要对被检测物体进行加热，加热方式分为稳态加热和非稳态加热，而加热源可以来自目标内部或者外部，视情况而定[2]。

红外成像技术的优势在于其不接触被检测物体，适用检测范围非常广，包括温度很低以及温度较高（几千摄氏度）的物体。因为不接触，所以，检测过程具有较高的安全性。另外，其精确度高，可以有较高的分辨度。操作过程也不复杂，并且红外检测的完成时间以秒计，节省了时间，提高了检测效率。

3 石化设备存在的腐蚀问题及检测

3.1 红外诊断石化设备的范围及分级

如果使用红外热像技术检测设备的损坏程度，那么该设备应是与温度相关的设备，故障也大多是热状态的异常，通常由内部结构的热异常状态传导至设备表面导致温度分布异常，即设备温度变化是一个故障特征状态，因此，通过检测设备表面的温度就可以分析出设备内部发热额的状态及变化，如材料的热阻、内壁的环境温度、设备的结构等。由于设备的故障等级与温度正相关，可以对其进行分等级处理，从70～420℃分为轻度、中下、中等、中上、较严重和严重6 个范围。

3.2 对石化热设备的故障检测流程及标准

完成红外辐射检测、形成图像可视化后，还需要制订对红外图像进行处理以及对故障识别、诊断、维修的方案。要根据相关红外图像检测技术进行红外图像阈值的选取、判断故障类别和等级。一般来说，设备内壁70℃以下不需要经过维修，只需定时保养；当设备高于70℃且低于160℃时，设备短期内还可以运行，但是需要加强对其进行温度检测，并描绘成图记录阈值；当设备已经有色漆脱落或者形变等情况时，表明此时仪器已经有较为严重的故障，不能再使用，若检测温度已达到200℃以上，则需要采取大面积的维修措施。

3.3 石化设备的腐蚀问题

虽然大部分石化设备已经形成了流程的自动化，但是对于长期密封运作的管线、泵塔或者储罐来说，内部遭受到石化原料长期的侵蚀作用，如果没有通过仪器检测，加之平常无法对其进行观察，久而久之腐蚀程度越来越严重，一旦外泄，会导致整个流程的崩盘，造成非常严重的安全事故。传统的设备腐蚀检测利用气体或者超声波进行，但是液体腐蚀无法利用仪器进行，并且人工检测则容易发生事故，所以，利用红外成像技术对石化设备的腐蚀程度进行检测，并且可以更加高效、安全。

4 石化设备内部腐蚀检测应用

4.1 石化热力设备的腐蚀类型

石化热设备的腐蚀一般是给水系统或者气相腐蚀，比如，较高硬度的水进入热设备内部会在设备内部形成水垢，在导热过程中会引发炉管的过热损坏。另外，水中含有的矿物质量、水的温度和pH、硫化氢及二氧化碳含量、硫酸盐还原菌含量等都影响热设备内部的腐蚀情况，而水中溶解的氧气对石化热设备的腐蚀影响是最大的。氧腐蚀是会导致设备内部溃疡腐蚀，产生结构疏松的产物，容易形成电池引导亚铁离子二次扩散，造成恶性循环，导致不均匀的大面积鼓包溃疡腐蚀。

4.2 丙烯腈废水焚烧炉腐蚀

丙烯腈废水焚烧炉腐蚀是液体腐蚀，具体腐蚀液体是石化流程排出的丙烯腈、氢氰酸等物质，这类液体具有较强的毒性和腐蚀性，不仅会造成仪器的严重腐蚀，还会对环境造成危害。丙烯腈废水焚烧炉在对丙烯腈等腐蚀性有机液体进行燃烧时，会产生部分碳酸钠和熔融状态的氢氧化钠等盐类，也会有一部分腐蚀性气体或液体，熔融状态下的离子或腐蚀气雾可能会长期腐蚀耐火砖导致耐火砖失效或陀螺，该情况只能利用红外热成像技术进行检查，一般来说，耐火砖的热腐蚀失效部位是焚烧炉直径的变化处，其红外图像分层很明显。

4.3 乙醛设备腐蚀

乙醛是比较重要的一类工业产物，工业上制备乙醛通常会将乙烯直接氧化，在氧化过程中利用催化剂提高氧化速度，而该催化剂采用盐类、酸和水，比如，氯化铜和盐酸等，其催化效果较好，为了应对反应过程中出现大量的放热现象，工业生产中常使用2 层耐腐蚀砖块和2 层橡胶防腐蚀砖块加上外壁碳钢达到减小温度的目的，而与反应直接接触的耐腐蚀砖块是腐蚀的主要对象。利用红外热像技术可以得到被腐蚀的乙醛设备中存在有与反应器相连的防腐蚀砖被腐蚀而出现裂开的现象，导致热量从缝隙中传出，并且外壁也会出现程度不同的热量区。一般来说，最里层的防腐蚀砖在比正常值高10℃时就应该停止运作并检修。另外，导管也会出现被反应物和催化剂腐蚀的现象，但其腐蚀较均匀。

4.4 顺丁橡胶聚合反应釜腐蚀

在顺丁橡胶的声场过程中，会存在以镍、铝及加氢汽油等催化剂，会对溶剂的回收系统造成腐蚀现象，而其中脱水塔回流罐是腐蚀的重要地区。因为在生产时，会产生部分溶剂含有较多水分的现象，红外热像热气只能对反应釜体进行定期监测，当反应釜内反应剧烈，温度涨幅大时，需要对其进行图像描绘并记录阈值，要特别注意红外图像上的亮点，一般来说，需要根据检测结果中反应釜内壁的腐蚀程度来安排维修计划，着重对容易腐蚀的地方进行排查。