（化工过程机械专业论文）常减压装置低温部位腐蚀评价专家系统的研究.pdf

中文摘要 论文题目： 专 业： 硕士生： 指导教师： 常减压装置低温部位腐蚀评价专家系统的研究 化工过程机械 成二辉( 签名) 樊玉光( 签名) 摘要 常减压装置是炼油厂腐蚀最严重的装置之一，它的腐蚀可分为高温腐蚀和低温腐蚀。 低温腐蚀的部位主要集中在塔顶及冷凝系统，冷凝系统的腐蚀普遍存在且非常严重。 鉴于低温部位冷凝系统腐蚀过程的复杂性，首次利用分段研究的方法把冷凝系统分 成了七个子系统，分析了各系统的腐蚀特点，建立了常减压装置低温部位的腐蚀模型。 针对腐蚀结果和影响因素之间复杂的映射关系，提出了利用神经网络中径向基函数 的方法对腐蚀进行预测，以氯离子含量、硫离子含量、p h 值为输入参数，以铁离子浓度 为输出参数建立了低温部位冷凝系统铁离子浓度预测的神经网络模型。采用m a t l a b 应用 软件中的神经网络工具箱函数对所建立的预测神经网络进行了训练和检验。 为了评定材料的耐蚀性能，通过试验釜挂片的方法模拟了现场的腐蚀环境。挂片试 验得到了材质的年腐蚀率，以此评定材质在试验工况下的耐蚀性能，由数据库评价该处 合适的耐蚀材料。 由于腐蚀数据的重要性和多样性，开发了腐蚀数据库，包含六个子库：冷凝水监测 数据、油品监测数据、试验釜挂片数据、设备档案数据、管线档案数据的数据库以及塔 顶冷凝系统腐蚀的案例库，实现了对相关腐蚀数据的管理，为腐蚀评价提供了参考依据。 利用面向对象的编程方法开发了界面友好，操作方便的常减压装置低温部位腐蚀评 价专家系统。包含有四个模块：腐蚀数据管理模块，实现了对腐蚀数据库的管理：腐蚀 数据浏览模块，是对腐蚀数据库中数据的显示，便于用户查询；腐蚀评价模块，实现了 对常压塔顶冷凝系统的分析、对材料耐蚀性分析、对不锈钢应力腐蚀的判断、对0 c r l 3 钢的点蚀判断、对腐蚀介质随时间变化趋势的分析；帮助模块，提供了腐蚀类型介绍和 相关链接。 关键词：常减压装置腐蚀神经网络专家系统 论文类型：应用技术研究 英文摘要 s u b j e c t ：s t u d yo ne x p e r ts y s t e mo fc r u d eo i l u n i t sl o w t e m p e r a t u r ec o r r o s i o n e v a l u a t i o n s p e c i a l i t y ： n a m e ：c h e i n s t r u c t o r ： a b s t r a c i c r u d eo i lu n i ti so n eo ft h er e f i n e r yd e v i c e st h a ta r em o s ts e r i o u s l yc o r r o d e d i t s c o r r o s i o nc a nb ed i v i d e di n t oh i g h - t e m p e r a t u r ec o r r o s i o na n dl o w - t e m p e r a t u r ec o r r o s i o n l o w - t e m p e r a t u r ec o r r o s i o np a r t sm a i n l yc o n c e n t r a t eo nt o po ft h et o w e ra n dt h ec o n d e n s a t e s y s t e m c o r r o s i o n o nt h ec o n d e n s a t es y s t e mi sc o m m o na n dp a r t i c u l a r l ys e r i o u s c o n s i d e r i n gt h ec o m p l e x i t yo ft h ec o r r o s i o np r o c e s so ft h el o w - t e m p e r a t u r ec o n d e n s a t e s y s t e m ，t h e a u t h o rd i v i d e dt h ec o n d e n s a t i o n s y s t e mi n t o s e v e ns u b s y s t e m s t h r o u g h s e g m e n t a t i o ns t u d yf o r t h ef i r s tt i m e ，a n a l y z e dt h ec o r r o s i o nc h a r a c t e r i s t i c so f e a c hs u b s y s t e m a n dc o n s t r u c t e dac o r r o s i o nm o d e lf o rt h el o w - t e m p e r a t u r ep a r t so ft h ec r u d eo i lu n i t a i m i n ga tt h ec o m p l e xm a p p i n gr e l a t i o nb e t w e e nt h ec o r r o s i o nr e s u l t sa n di n f l u e n t i a l f a c t o r s ，t h i sp a p e rp r e s e n t e dam e t h o db a s e do nr b fn e u r a ln e t w o r kf o rt h ec o r r o s i o n p r e d i c t i o n u s i n gt h ec h l o r i d ei o nc o n t e n t ，s u l f i o nc o n t e n ta n dt h ep ha st h ei n p u tp a r a m e t e r s ， t h ec o n c e n t r a t i o no fi r o nt h eo u t p u tp a r a m e t e r s ；t h i sp a p e re s t a b l i s h e dan e u r a ln e t w o r km o d e l w h i c hp r o v i d e st h ef o r e c a s ta b o u tt h ei r o nc o n c e n t r a t i o ni nt h el o w - t e m p e r a t u r ep a r t so ft h e c o n d e n s a t es y s t e m t h ea u t h o ru s e dt h ef u n c t i o no fn e u r a ln e t w o r kt o o l b o xo ft h em a t l a b a p p l i c a t i o ns o f t w a r ef o rt h et r a i n i n ga n dt e s t i n go ft h ee s t a b l i s h e dp r e d i c a t i v en e u r a ln e t w o r k i no r d e rt oe v a l u a t et h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c eo ft h em a t e r i a l ，t h ea u t h o rs i m u l a t e dt h es c e n e o ft h ec o r r o s i v ee n v i r o n m e n tb ya p p l y i n gt h em e t h o do fk e t t l e - l i n k e dt e s t i n g a n dt h et e s t o b t a i n e dt h ea n n u a lc o r r o s i o nr a t eo ft h em a t e r i a l t h e nt h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c eo ft h em a t e r i a l c 柚b ea s s e s s e du n d e rt h et e s t i n go p e r a t i n gm o d e a n df r o mt h ed a t a b a s e ，w ec a nd e c i d et h e a p p r o p r i a t ec o r r o s i o nr e s i s t a n c em a t e r i a lf o rt h i sp a r t a st h ei m p o r t a n c ea n dd i v e r s i t yo ft h ec o r r o s i o nd a t a ，t h ea u t h o rd e v e l o p e dt h ec o r r o s i o n d a t a b a s e ，w h i c hi n c l u d e ss i xs u b - d a t a b a s e sa st h ec o n d e n s e dw a t e rm o n i t o r i n gd a t a b a s e ，t h e o i lm o n i t o r i n gd a t a b a s e ，t h et e s t i n gk e t t l e l i n k e dd a t a b a s e ，t h ee q u i p m e n ta r c h i v ed a t a b a s e ，t h e p i p e l i n ea r c h i v ed a t a b a s ea n dt h ed a t a b a s ea b o u tt h ec o r r o s i o nc a s e so ft h et o w e rt o p c o n d e n s a t es y s t e m i tr e a l i z e dt h em a n a g e m e n to ft h er e l a t e dc o r r o s i o nd a t aa n dp r o v i d e d r e f e r e n c e sf o rc o r r o s i o ne v a l u a t i o n i i i 英文摘要 n ea u t h o rd e v e l o p e da ne x p e gs y s t e ma b o u tt h ec o r r o s i o ne v a l u a t i o no ft h ec r u d eo i l u n i t s l o w t e m p e r a t u r ep a r tb yu s i n go b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n g m e t h o d nh a s u s e r f r i e n d l yi n t e r f a c e sa n d i se a s yt oo p e r a t e t h e r ea r ef o u rm o d u l e si n c l u d e d ：t h ef i r s to n ei s t h ec o r r o s i o nd a t am a n a g e m e n tm o d u l ew h i c hr e a l i z e st h em a n a g e m e n to fc o r r o s i o nd a t a b a s e ； t h es e c o n dm o d u l ei st h ec o r r o s i o nd a t ab r o w s i n gm o d u l ew h i c hd i s p l a y st h ec o r r o s i o nd a t ai n t h ed a t a b a s ea n dm a k e si te a s yf o ru s e r s q u e r i e s ；a n dt h ec o r r o s i o ne v a l u a t i o nm o d u l ew h i c h f u l f i l l st h ea n a l y s i so fa t m o s p h e r i ct o w e rt o pc o n d e n s a t es y s t e m ，t h ea n a l y s i so ft h ec o r r o s i o n r e s i s t a n c eo ft h em a t e r i a l ，t h ee s t i m a t i o no ft h es t r e s sc o r r o s i o no fs t a i n l e s ss t e e l ，t h e e s t i m a t i o no ft h ep i tc o r r o s i o no fs t e e l0 c r l 3a n dt h ea n a l y s i so ft h et i m e - v a r y i n gt r e n do ft h e c o r r o s i v e ；t h el a s to n ei st h eh e l pm o d u l ew h i c hp r o v i d e st h ei n t r o d u c t i o n so ft h ec o r r o s i o n t y p e sa n dr e l a t e dl i n k s k e yw o r d s ：c r u d eo i lu n i tc o r r o s i o nn e u r a ln e t w o r ke x p e r ts y s t e m p a p e rt y p e ：a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g yr e s e a r c h 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特j l i j ) j n 以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：逊 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学 位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公 开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到 中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表或 使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。 论文作者签名：趟 导师签名： 日期：丝煎：盍幽 日期：勿6 星多。硎 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章绪论 第一章绪论 1 1常减压装置低温部位腐蚀研究的目的和意义 常减压装置是对原油进行一次加工的蒸馏装置，即将原油分馏成汽油、煤油、柴油、 蜡油、渣油等组分的加工装置。为了提高原油的拨出深度，同时避免原油在高温时分解， 现代化的原油蒸馏装置都采用在常压和减压下操作，即常减压蒸馏。由于常减压蒸馏是 原油加工的第一步，并为以后的二次加工提供原料，所以常减压蒸馏装置的处理量也就 是炼油厂的处理量。因此，常减压装置的长周期，安全，稳定，满负荷及优质的运转， 对整个炼油厂的生产是至关重要的。在原油蒸馏过程中存在着一系列的腐蚀问题，它直 接影响着装置的长周期，安全，稳定，满负荷及优质的运转。常减压装置由于受原油中 各种腐蚀介质的直接作用，是炼油厂腐蚀最严重的装置之一。近年来由于我国原油变重、 含硫、含氮，酸值的增高加重了对设备的腐蚀。由于腐蚀造成装置被迫停工，使经济受 到很大的损失，或人身安全受到威胁。因此常减压装置的腐蚀是个很大的问题。 常减压装置的低温腐蚀部位主要是常压塔上部五层塔盘、塔体及部分挥发线及常压 塔顶冷凝冷却系统。一般气相部位腐蚀比较轻微，液相部位腐蚀较重。尤以气液两相转 变部位即“露点 部位最为严重。腐蚀形态为全面腐蚀和局部腐蚀，以腐蚀穿孔最为危 险。腐蚀速度极为惊人，如无防腐措施，碳钢制冷凝冷却系统腐蚀速度高达2 0 m m a 以 上【1 】，一台新冷凝器运行几个月即行报废，不但造成极大的经济损失，而且极大地影响 了炼油厂的安全生产。从国内炼厂常减压塔顶及其馏出系统的腐蚀情况看，由于影响常 减压塔塔顶系统腐蚀的主要因素是原油中的盐水解后生成h c i 而引起的，因此，不论原 油含硫、酸值高低，只要含盐，就会引起上述部位的腐蚀，控制相对困难。由于塔顶冷 凝腐蚀的普遍和广泛，对常减压装置安全运行影响很大，因此解决好这一问题对保证设 备安全，延长开工周期具有十分重要的意义。 常减压装置属大型设备，成本比较高，一般没有备用设备。因腐蚀失效引起的非计 划性停产一天往往就会造成几十万甚至上百万的损失，对设备进行腐蚀状况的评价，不 仅有利于设备管理，而且可以有效防止非计划性停工。为保证安全、高效生产，必须对 常减压装置的腐蚀状况实行有效的监控检测和规范化管理；对腐蚀趋势进行客观合理地 预测；对产生的腐蚀缺陷要进行及时评价，并确定设备是否该修理、更换或者继续使用， 或者降低使用条件，尽量避免或减少腐蚀事故的发生。 计算机技术的发展为解决这种评价问题提供了可能。腐蚀评价的主要任务是分析设 备的腐蚀特征，腐蚀原因，找出腐蚀的部位并提出改善和提高可靠性以及防腐的措施。 其结果可为含腐蚀缺陷炼油设备的长周期安全运行提供科学的理论依据。难点在于找到 腐蚀评价的指标和腐蚀因素的关联关系。 西安石油大学硕士学位论文 1 2 腐蚀专家系统的研究现状 腐蚀是使材料破坏的主要形式之一，对国民经济和国防建设中的各个部门造成很大 的损失。世界著名的腐蚀科学家e v a n s 在简介腐蚀科学发展史时提n - “另一个发展是增 加了把腐蚀看成经济问题的兴趣 。一个国家或企业要发展经济，提高企业的经济效益， 首先应了解自身腐蚀损失的情况。据一些发达国家的统计，每年由于材料腐蚀所造成的 直接经济损失约占国民经济总产值的2 州【1 l 。我国每年因腐蚀造成的损失据粗略估 计超过二百亿元。而腐蚀的控制是一项系统工程，要实现腐蚀的全面控制，必须将腐蚀 控制技术与腐蚀控制管理紧密相结合。对可能出现的腐蚀问题应有预防手段，出现腐蚀 问题要有应急处理措施，事后应有杜绝办法，全过程地对腐蚀进行控制、监测、管理、 治理、评估、检验、验收等工作，防患于未然，将可能发生的腐蚀事故消灭在萌芽之中， 尽可能延长设备的使用寿命，最大限度地减少由于腐蚀造成的损失。 从腐蚀角度讲，常减压装置的腐蚀可分为高温腐蚀和低温腐蚀。高温腐蚀主要是由 于加工高酸值原油时原油中的环烷酸、硫元素等所引起的化学腐蚀。在国内，这种腐蚀 主要发生在加工克拉玛依稠油、辽河原油等高酸值原油的炼油厂。低温腐蚀是指加工原 油加工蒸馏过程中，在温度低于2 3 0 且有液态水存在时所发生的电化学腐蚀。这种腐 蚀在所有炼油厂均有发生。由于这种腐蚀主要集中在塔顶及冷凝系统，因此又称为塔顶 冷凝腐蚀。 。 专家系统( e s ) 是一个基于知识的智能推理系统，通过在系统中存储大量与应用有 关的专门知识，来取得高水平的问题求解能力并涉及对知识的获取、知识库、推理控制 机制以及智能人机界面的研究，集人工智能和领域知识于一体。简言之，专家系统就是 那些掌握大量知识能从事各种领域专家级水平的计算机程序【2 】。 自从2 0 世纪7 0 年代中期知识工程成为人工智能领域的三大研究方向之一以来，作 为其中一个分支的专家系统得到了长足的发展。经过多年努力，专家系统已成为人工智 能领域的一个较为成熟，最具有使用价值的分支。目前在工程设计、工业企业生产管理 等方面的专家系统的研制与开发正方兴未艾。 1 2 1 腐蚀专家系统的产生 目前国内防腐界主要应用的是材料防腐和工艺防腐。工业生产中材料的选择主要靠 腐蚀专家来定，依赖性很强；对于工艺防腐主要通过改变浓度、温度、流速、除去有害 成分以及添加缓蚀剂等方法以减轻设备的腐蚀，如何定时定量的进行操作主要也是靠的 经验。总之，对腐蚀的控制是一项系统工程，要实现腐蚀的全面控制，必须将腐蚀控制 技术与腐蚀控制管理紧密相结合。 2 第一章绪论 为了解决工业生产中对材料腐蚀专家的依赖、分析出腐蚀产生的原因、对腐蚀的趋 势做出合理的预测、给出合理的腐蚀控制方法的目的，相关的腐蚀专家系统应运而生了。 并且随着计算机技术的发展，专家系统在腐蚀科学中应用也成为了可能。实际上腐蚀专 家系统的研究已经取得了一定的成就( 3 。8 】，是未来腐蚀科学与防护技术的一个发展方向 【9 i s o 腐蚀专家系统的研制早在七十年代中期就开始了，为解决工业生产中对材料腐蚀专 家的依赖，人们开始探索利用计算机专家系统技术收集、整理专家的专业知识及实际经 验，模拟专家解决问题的思维方式，开发材料腐蚀专家系统。1 9 8 5 年，l l a n c l u s 等开 发了e s c o r t 系统，该系统能够给出一般腐蚀控制措施及材料选择的建议。1 9 8 6 年 e h s c h n l a u c h 等发表了 e x p e r ts y s t e m sf o rp e r s o n a lc o m p u t e r s ) ) 一文，阐述了利用p c 机( 个人电脑) 运用腐蚀专家系统的可能性，并开发了e x p e r t - - 3 系统。对于解决修 补油井的合成橡胶的选择问题进行了探索。这些腐蚀专家系统的开发，弥补了腐蚀数据 库的不足。由简单的数据处理转变为对专业知识的利用；由单纯的计算机辅助转变为利 用机器智能，是腐蚀科学研究手段的一大进步【1 6 】。 目前国外已有一些专家系统应用到实际生产中，我国在该领域起步较晚，应用很少，t 国内防腐界目前主要停留在腐蚀数据库系统的建设，很少涉足于专家系统【l6 1 。王光耀等 推出了石油化工腐蚀基础数据库【1 。7 】李长荣等建成了工业环境下的腐蚀材料数据库【1 8 】： 李洪锡等推出了大气腐蚀的数据库【l9 】；国外的有美国腐蚀工程师协会( n a c e ) 建立的 一套商品化的金属和非金属材料的腐蚀数据库【2 0 1 ，该软件内容丰富图文并茂，是一套整 体技术很高的软件然而由于全英文环境，很难在国内推广。葡萄牙焊接研究所( i s ) 与 国内几个研究单位共同建立了一套局部腐蚀数据库并推出了光盘使用版，但是，没有实 现预测和其他一些功能。 腐蚀预测、防护专家系统的研究已经得到了充分的重视，如北京科技大学腐蚀系利 用神经网络技术对环烷酸的腐蚀行为进行研究，完成了较为准确的数学建模，以预测设 备的使用寿命，建立了相应的专家系统；北京科技大学腐蚀系建立的有关大气腐蚀的计 算机预测系统、中科院腐蚀所的土壤分析系统、天津大学建立的海洋腐蚀神经网络专家 系统等。大量的研究表明，神经网络理论对非线性的复杂腐蚀行为研究特别适合，但神 经网络理论应用于石油化工腐蚀专家系统的研究，目前国内外尚少见报道【2 1 2 6 】。 1 2 2 腐蚀专家系统的应用 ( 1 ) 腐蚀损伤评价专家系统【2 7 】 中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室的王海涛、关辉、韩恩厚、 柯伟等研制开发了腐蚀损伤评价专家系统。系统采用c + + b u i l d e r 集成开发环境和关系 型数据库p a r a d o x ，研制丌发了基于w i n 3 2 平台的腐蚀损伤评价专家系统。系统包括腐 两安石油大学硕士学位论文 蚀案例库、分析树、实验报告和网络资源四个模块。腐蚀损伤评价专家系统实现了系统 的可视化、人机交互能力和模块化，操作方便：案例库经一定量的案例积累，其底层数 据库的关系结构比较完善，关系属性，关系和关系之间结构清楚，上层的数据库管理系 统功能比较的齐全，数据库的浏览、增加、编辑、检索和打印可以满足现有数据库的数 据挖掘。分析树经过大量现场实际失效过程的积累，在其专有方向的失效预测方面可以 达到一定的水平，对于预测分析过程的控制和指导也相应的比较齐全，实验报告和网络 资源对于案例库和分析树又构成有力的补充。 ( 2 ) 腐蚀失效模式诊断及预测专家系统【2 列 北京航空航天大学的宋光雄等应用数据库、网络技术开发了基于网络的腐蚀失效案 例库和基于网络的腐蚀失效模式诊断预测专家系统。主要工作和成果包括：总结出了腐 蚀失效的影响因素和信息特征并以此为基础设计规划了腐蚀失效案例库的系统结构、数 据结构及应用功能。提出了基于特征的知识获取方法，利用这一方法从腐蚀失效案例中 获得腐蚀失效模式诊断需要参考的重要信息特征。以腐蚀失效案例、腐蚀失效模式诊断 预测知识为基础，总结归纳了腐蚀失效模式诊断预测规则。提出综合产生式、框架式两 种知识表示方法的不确定性知识表示法。确定腐蚀失效模式诊断预测专家系统知识库信 息体系、腐蚀失效模式诊断预测知识表示的逻辑结构和数据结构。提出并设计基于案例 的腐蚀失效模式诊断推理的方法。提出基于规则的腐蚀失效模式诊断预测推理方法。通 过对1 0 0 多例历史腐蚀失效案例诊断测试及大量的腐蚀失效模式模拟诊断，结果表明专 家系统的腐蚀失效模式诊断识别能力是可靠并高效的。 ( 3 ) 石油化工腐蚀适应性评估专家系统f 2 o 】 北京科技大学、金属腐蚀与防护国家重点实验室( 沈阳) 李晓刚、付冬梅、董超芳、 陈华等研制开发了石油化工腐蚀适应性评估专家系统。系统采用了先进的神经网络理论 和适应性评估技术最新成果，实现了对设备腐蚀缺陷的在线评价，对评估不合格的腐蚀 缺陷能够提供保证设备安全而要降低运行条件的具体建议。另外，系统给出了多种腐蚀 类型的基本特性概述、腐蚀机理说明、各腐蚀类型易发生的部位说明以及影响腐蚀速率 的主要影响因素。还提供了重要且最易发生腐蚀的装置重点部位选材推荐表。石油化工 腐蚀适应性评估专家系统的研制为炼油厂设备腐蚀状况的有效监检测和规范化管理提供 了有利的手段，该系统可对腐蚀趋势进行客观合理地预测，减少腐蚀事故的发生。 以上三种专家系统分别在各自领域达到了一定的水平，为常减压装置低温部位腐蚀 评价专家系统的研制提供了基础和有益借鉴。当前，专家系统在工程领域得到了越来越 广泛的应用，但是专家系统在常减压装置低温部位腐蚀评价中的应用国内外尚未见报道。 1 3 腐蚀评价专家系统的研究内容和研究方法 常减压装置低温部位的腐蚀过程复杂，腐蚀因素和腐蚀结果之间的映射关系不明确， 4 第一章绪论 通过实验的方法或者常规的数学公式很难得出结论。尝试通过数据库、神经网络和专家 系统的方法得到相关结论，具体过程如下。 ( 1 ) 收集炼油厂有关腐蚀的理论研究成果和工程使用经验，将炼油厂的设备腐蚀类 型进行分类，得到常减压装置的主要腐蚀类型和影响因素； ( 2 ) 在分析研究主要腐蚀类型，腐蚀影响因素和每一类型腐蚀数据的基础上得到腐 蚀评价的具体指标； ( 3 ) 选择专家系统中合适的方法应用于腐蚀评价： 腐蚀评价的指标和影响因素之间的定性或定量关系是十分复杂的，是本研究的核心 内容，拟使用神经网络和专家系统的方法辅助分析； ( 4 ) 在现有的有关常减压低温部位腐蚀的理论研究成果和工程使用经验的基础上， 编制建立上述因果关系的神经网络或专家系统； ( 5 ) 建立相关的腐蚀数据的数据库，收集并录入一定量的现场真实数据： ( 6 ) 利用数据库里的真实数据对神经网络进行训练； ( 7 ) 建立腐蚀知识库：腐蚀知识库包含腐蚀术语、机理、影响因素分析和防护措施 等内容，为炼油厂现场工程师提供参考依据； ( 8 ) 用高级语言进行编程，实现专家系统软件的应用。 1 4 课题的来源和背景 西安石油大学机械工程学院和独山子石化公司合作开发设备与管线防腐蚀档案资料 管理系统，建立公司设备和管线的腐蚀与防护技术数据库，具有收集、整理并贮存在各 种情况下使用的设备和管道的腐蚀数据以及相关的资料和信息，可以使公司设备防腐蚀 管理更加科学、更好利用数据，为管理人员进行决策提供重要依据。常减压装置低温部 位腐蚀评价专家系统是在此项目的基础上利用了数据库、神经网络和专家系统的方法深 入研究了常减压装置低温部位的腐蚀，为常减压装置的腐蚀评价甚至炼油厂的设备腐蚀 评价提供了一个新的思路。 常减压装置低温部位腐蚀评价专家系统的研究是在此项目的基础上为了解决对设备 的腐蚀评价的困难而做的一项预研工作，文章希望从设备的部分到设备的整体，从整个 设备到整个装置甚至整个厂的各个装置都有一个腐蚀的评价，试图应用神经网络和专家 系统的方法来实现对常减压装置低温部位的腐蚀评价。 两安石油大学硕士学位论文 第二章常减压装置低温部位腐蚀分析 2 1 常减压装置的腐蚀 在原油加工过程中存在着一系列的腐蚀问题，它直接影响着装置的长周期。安全， 稳定，满负荷及优质的运转。近年来由于我国原油变重、含硫、含氮，酸值的增高加重 了对设备的腐蚀。由于腐蚀造成装置被迫停工，使经济受到很大的损失，或人身安全受 到威胁。因此炼厂的腐蚀是个很大的问题。在原油加工过程中，石油本身对金属设备并 不腐蚀，但是石油中若含有某些杂质则对设备产生腐蚀。对设备产生腐蚀的杂质有：硫 的化合物、无机盐类、环烷酸、氮的化合物等等。这些杂质虽然含量很少，但危害却很 大，这是因为它们在加工过程中有些本身是腐蚀性介质，另一些也会在加工过程中转化 为腐蚀性介质。此外在炼制过程中加入的氢、溶剂及酸碱化学药品也会形成腐蚀介质， 而加速设备的腐蚀1 3 。 炼制大庆原油，碳钢设备腐蚀率小于0 2 m m a ! ，设备可安全运行。炼制胜利原油 ( 低酸、高硫) 和鲁宁管输原油( 高酸、高硫) 所造成的高温硫腐蚀和低温硫化氢的严 重腐蚀。经采取“一脱四注 工艺防腐措施和选用c r 5 m o 和我国自行开发的耐蚀合金材 料，已得到了初步解决。而炼制低硫高酸值的辽河原油所造成的高温环烷酸腐蚀使不少 炼油厂发生了严重的设备腐蚀事故。因此各炼油厂提高了加工高酸值原油高温部位的设 备材质和采取了其它防腐措施。 高温硫，高温环烷酸的腐蚀，不仅降低设备的运行寿命，严重危及安全生产。由于 腐蚀产物或过量注碱，使二次加工装置原料中的金属含量( 如铁离子，钠离子) 增加， 影响深度加工的原料品质。如对延迟焦化焦炭质量的影响使重油催化原料钠离子含量达 不到低于i p p m 的要求。 常减压装置的工艺流程对装置的腐蚀有重要作用。原油首先进入一组换热器，与产 品或回流油换热，并注入洗涤水( 5 1 0 ) 和破- l n ，达到一定的温度( 1 0 0 - - 1 4 0 ) 后进入电脱盐脱水罐。脱盐脱水后的原油继续进入另一组换热器与系统中最温热源换热 后，进入常压加热炉。有的装置设有初馏塔或蒸发塔，闪蒸出部分轻组分后再进入常压 加热炉。达到一定温度( - 3 7 0 c ) 后，经转油线进入常压分馏塔。在常压塔中将原油分 馏成为汽油、煤油、柴油，有时还有部分蜡油及常压重油等组分。产品经汽提及必要的 电化学精制后送入贮罐。常压重油经塔底泵入减压加热炉加热( 4 l o ) 后，经转油线 进入减压分馏塔。减压塔汽化段的压力约为8 0 - - 1 0 0 m m h g ，有3 4 个侧线，作为制造润 滑油或催化裂化的原料，塔底渣油可以送往延迟焦化，氧化沥青或渣油加氢裂化等装置。 常减压装置的典型流程如图2 1 所利。 6 第二章常减压装置低温部位腐蚀分析 曩 盈卜5 图2 - 1常减压装置典型流程图 2 2 常减压装置低温部位的腐蚀 豳线井t 蠢压迁汽亿 井麓 囊麓井簟 低温腐蚀部位主要是常压塔上部五层塔盘、塔体、部分挥发线及常压塔顶冷凝冷却 系统。常压塔上部五层塔盘、塔体的腐蚀已经得到了比较好的解决，而冷凝冷却系统的 腐蚀机理和腐蚀过程复杂至今尚没有得到很好的解决，本文所指的低温部位特指塔顶冷 凝冷却系统。 低温部位腐蚀一般气相部位腐蚀比较轻微，液相部位腐蚀较重。尤以气液两相转变 部位即“露点部位最为严重。 所谓露点，从化学观点解释是水蒸气丌始凝结的温度，从气象学观点解释是空气未 经额外的湿度增加或压力改变而冷却至饱和的温度，比这更低的温度将促成凝结。但从 微观上解释是凝结物从液体表面蒸发的速率与其蒸汽凝结的速率相等时的温度。所谓露 点腐蚀是饱和蒸汽因冷却而凝结成液体对材料造成的腐蚀，属于均匀腐蚀。 从国内炼厂常减压塔顶及其馏出系统的腐蚀情况看，由于影响常减压塔顶系统腐蚀 的主要因素是原油中的盐于水解后生成h c l 而引起的，因此，不论原油含硫、酸值高低， 只要含盐，就会引起上述部位的腐蚀。 低温部位的腐蚀形态主要有三种，分别为：碳钢部件的全面腐蚀均匀减薄和c r l 3 钢的点蚀；以及1 c r l 8 n i 9 t i 不锈钢的氯化物应力腐蚀开裂。 西安石油大学硕士学位论文 炼制含盐高硫的胜利原油，在未采取“一脱四注”工艺防腐措施以前，常压塔顶碳 钢塔盘板腐蚀率为2 3 m m a ；常压塔碳钢空冷器管束进口端腐蚀率大于2 3 m m a ，常压 塔碳钢管壳式冷却顺管束进口部位腐蚀率高达6 啦! 4 5 m m a 腐蚀形态为均匀腐蚀。常压 塔顶用c r l 3 浮阀出现点蚀、腐蚀率为1 8 2 m m a 。某厂曾使用c r l 8 n i 8 型奥氏体不锈 钢用做常压塔顶塔壁衬里，五年之后出现大面积氯化物应力腐蚀开裂。有的炼厂在常压 塔顶空冷器使用1 c r l 8 n i 9 t i 管束，投用9 0 天( 此间c l - 最高达7 0 0 m g l ) 后，管子与管 板胀接过渡区全部发生脆断。常压塔顶回流罐在未采用工艺防腐措施前，碳钢回流罐腐 蚀率为0 7 8 m m a 。减压塔顶冷凝冷却器碳钢管束在未采用工艺防腐措施前，进口端年腐 蚀率大于5 2 r a m l l l 。 常减压装置低温部位的腐蚀严重影响了炼油厂的安全生产，有必要对其腐蚀原因进 行调查对腐蚀影响因素进行研究。 2 3 介质对腐蚀的影响分析 腐蚀介质主要来自原油中的氯化物和硫化物。虽然其含量因原油产地不同而不同， 但它们在加工过程中却会形成活性腐蚀介质1 3 3 - 3 7 】。 2 3 1氯化物 原油从地下采出时，都含有不同数量的盐和水。除少数原油含有结晶盐以外，绝大 多数原油中的盐分都溶解在水里形成盐水。盐的主要成分是n a c l 、m g c l 2 、c a c l 2 ，其中 n a c l 约占7 5 ，m g c l 2 约占1 5 ，c a c l 2 约占1 0 ，但产地不同的原油，其钙、镁、钠 盐的含量是有差异的【。 在原油加工时，m g c l 2 和c a c l 2 受热水解生成强烈的腐蚀介质h c l ，其反应如下： m g c l 2 + 2 h 2 0jm g ( o h ) 2 + 2 h c lf c a c l 2 + 2 h 2 0 - - c a ( o h ) 2 + 2 h c lf 在蒸馏装置上，n a c l 在通常情况下是不水解的，但当原油中含有环烷酸和某些金属 元素时，氯化钠在3 0 0 以前就开始水解，生成氯化氢。 有时原油析出的h c i 量超过了全部无机氯盐完全水解所析出的h c i 量，经实验证明 是原油生产过程中加入清蜡剂( 四氯化碳有机氯化物) 。炼制时该有机氯化物也发生水解 的缘故。有机氯和无机氯均可造成设备的腐蚀。无机氯主要分布在初馏塔塔顶，常减压 塔顶冷凝水中。有机氯主要集中于初馏塔塔顶，各侧线中有机氯含量很少。 8 第二章常减压装置低温部位腐蚀分析 2 3 2 硫化物 原油中都或多或少含有一些硫化物，其硫化物主要是硫醇、硫醚、二硫化物以及环 状的硫化物，还有一些硫化氢和游离的硫。硫化物对低温部位的腐蚀主要是h 2 s 腐蚀， 其次是低级硫醇的腐蚀。硫化氢的主要来源是加工过程中由硫化物热分解而产生。在原 油加工时h 2 s 的发生是主要由硫化物的含量、热稳定性和温度决定。 2 3 3 原油酸值的影响 不同的原油，其酸值是不同的，为探索石油酸含量对氯化物水解的影响，经在3 0 0 条件下进行试验，见表2 1 ，从中可看出，随着石油酸加入量的增大，原油中氯化物 的水解率也增大，说明石油酸可促进无机氯化物水解。因此，凡酸值高的原油就更易发 生氯化物水解反应【。 表2 - 1 石油酸对原油中氯化物水解率的影响( 3 0 0 c 时) 原油重g加入石油酸g油样含氯p p m3 0 0 c 钡0 出氯p p m 氯化物水解率， 1 9 0 902 1 67 03 2 1 9 0 92 8 02 1 37 73 6 1 9 0 9 7 3 1 2 0 89 3 4 5 1 9 0 91 2 4 72 0 39 94 9 1 9 0 91 4 9 62 0 01 1 96 0 1 9 0 91 8 4 8 1 9 71 2 16 1 2 4 原油腐蚀性评价 常减压装置低温部位的腐蚀介质主要来自原油，炼厂设备的腐蚀介质大部分都来自 原油，有必要对原油及原油的性质进行了解和评价。 我们所说的原油是指地下开采出来未经加工的石油。 组成原油的主要元素是碳、氢、硫、氮、氧，其中碳的含量占8 3 0 - 8 7 0 ，氢含 量占1 1 o 1 4 o ，两者合计达9 5 以上。其余的硫含量为0 0 5 - 8 0 0 、氮含量为 0 0 2 - - 2 0 0 、氧含量为0 0 5 - - 2 0 0 ，硫、氮、氧及微量元素一般总共不超过5 。 微量元素包括金属元素与非金属元素。在金属元素中最重要的是钒( v ) 、镍( n i ) 、铁 ( f e ) 、铜( c u ) 、铅( p b ) 。在非金属元素中主要有氯( c i ) 、硅( s i ) 、磷( p ) 、砷( a s ) 。 这些元素虽然含量极微，但对原油的炼制工艺过程影响很大。 组成原油中化合物的主要是碳元素和氢元素，是以烃类化合物的形式存在的。含硫、 9 西安石油大学硕十学位论文 氮、氧元素的化合物称为非烃类化合物，以碳氢化合物的衍生物形态存在于石油中。 原油中含有相当数量的非烃化合物，尤其在原油重馏分中含量更高。非烃化合物的 存在对原油的加工及产品的使用性能具有很大影响。在原油加工过程中，绝大多数的精 制工艺都是为了解决非烃化合物的问题。 原油中的非烃化合物主要包括含硫、含氧、含氮化合物以及胶状、沥青状物质。硫 在原油中的存在形式已经确定的有：单质硫、硫化氢、及硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩 等类型的有机含硫化合物，此外还有少量其他类型的含硫化合物。 含硫化合物按性质划分，可以分为活性硫化物和非活性硫化物。活性硫化物主要包 括元素硫、硫化氢和硫醇等，它们的共同特点是对金属设备有较强的腐蚀作用；非活性 硫化物主要包括硫醚、二硫化物和噻吩等对金属设备无腐蚀作用的硫化物，一些非活性 硫化物经受热分解可以转换为活性硫化物。 油品的酸度是指中和1 0 0 m l 试油所需的氢氧化钾毫克数 m g ( k o h ) t 1 0 0 m l ，该 值一般适用于轻质油品，酸值是指中和1 9 试油所需的氢氧化钾毫克数 m g ( k o h ) g ， 该值一般适用于重质油品。测试方法是用沸腾的乙醇抽出试油中的酸性成分，然后再用 氢氧化钾乙醇溶液进行滴定。根据氢氧化钾乙醇溶液的消耗量，算出油品的酸度或酸值。 在原油中，一部分微量金属以无机的水溶性盐类形式存在。如钾、钠的氯化物盐类， 这些金属盐类主要存在于原油乳化的水相里，在脱盐过程中可以通过水洗除去。 原油评价是对原油的一般性质及特点进行一系列化验分析得出的数据和结论。可根 据实际需要进行简单评价和综合评价。为了确定炼油厂加工总流程及产品方案，必须进 行原油的综合评价，特别是在我国原油日趋变重和加工多种原油混合油时，更有重要意 义。 j 常减压蒸馏装置在全厂加工总流程中有很重要的作用。原油是由各种碳氢化合物组 成的极复杂的混合物。炼油工业的主要目的是从原油中提炼出各种原料、润滑油、化工 原料和其它石油产品( 例如石油焦、沥青等) 。常减压蒸馏装置将原油用蒸馏的方法分割 成为不同沸点范围的组分，以适应产品和下游工艺装置对原料的要求。常减压蒸馏是炼 油厂加工原油的第一个工序，即原油的一次加工，在炼油厂加工总流程中特有重要作用， 常被称为“龙头 装置。 原油中含盐含水等杂质对原油的危害很大，原油从地下开采出来，都含有水，这些 水中又溶解有n a c l 、c a c l 2 、m g c l 2 等盐类。虽然在油田经过脱盐、脱水处理，但输送 到炼油厂的原油中仍然含有一定量的盐和水。表为我国主要几种原油经油田脱盐脱水处 理后金属含量及阴离子含量。这些盐和水的存在，给炼油装置的稳定操作，设备防腐， 产品质量带来了严重的危害。 c a c l 2 和m g c l 2 一般在2 0 0 开始水解，有的文献报导当浓度较高时，在1 2 0 即开 始水解，水解反应可以在水溶液中进行，也可以靠自身的结晶水完成。温度在3 0 0 时 n a c l 也开始水解反应生成h c l 。 1 0 第二章常减压装置低温部位腐蚀分析 n a c i + h 2 0 = n a o h + h c i h c l 溶于水形成盐酸，具有很强的腐蚀作用，造成常减压装置的初馏塔、常压塔和 减压塔顶部系统的腐