1、概述

腐蝕是危及煉油廠裝置安全平穩運行的重要隱患，它能夠造成設備泄漏或失效，嚴重時會導致裝置停工及火災、爆炸等事故。因此煉油廠一般都采取一定的措施，對腐蝕進行控制。

傳統的腐蝕控制方法主要是從選材、工藝防腐等角度出發，防止腐蝕的發生。隨著工業自動化技術和檢測儀器的發展，腐蝕監測技術逐漸在煉油行業防腐中占據了越來越重要的地位。

所謂腐蝕監測技術，就是利用各種儀器工具和分析方法，確定材料在工藝介質環境中的腐蝕速度，及時為工程技術人員反饋設備腐蝕信息，從而采取有效措施減緩腐蝕，避免腐蝕事故的發生。

通常，腐蝕監測主要有以下幾個目的：

（1） 判斷腐蝕發生的程度和腐蝕形態。

（2） 監測腐蝕控制方法的使用效果（如選材、工藝防腐等）。

（3） 對腐蝕隱患進行預警。

（4） 判斷是否需要采取工藝措施進行防腐。

（5） 評價設備管道使用狀態，預測設備管道的使用壽命。

（6） 幫助制定設備管道檢維修計劃。

因此，通過腐蝕監測，工廠不僅可以預防腐蝕事故的發生，還可以及時調節腐蝕控制方案，減少不必要的腐蝕控制費用，獲得最大的經濟效益。

2、常用腐蝕監測技術

齊魯石化公司勝利煉油廠從二十世紀70年代開始進行腐蝕監測工作，先后采用了腐蝕掛片、電阻探針、定點測厚、現場腐蝕試驗裝置、冷凝水分析等腐蝕監測技術，為煉油廠的設備防腐提供了大量的數據。

2.1 腐蝕掛片監測

腐蝕掛片監測作為腐蝕監測最基本的方法之一，具有操作簡單，數據可靠性高等特點，可作為設備和管道選材的重要依據。目前勝利煉油廠采用的腐蝕掛片技術主要有兩種方式。一是利用裝置停工檢修，在裝置設備內部重點腐蝕部位掛入腐蝕掛片，待運行一個生產周期，裝置再次停工檢修時取出，測量掛片腐蝕失重情況，計算腐蝕速度，這種方法被稱為現場腐蝕掛片監測。該方法監測周期以裝置運行周期為準，通常為2到3年。第二種方法是采用掛片探針技術（圖1、2）

圖1  探針掛片示意圖

  在裝置運行過程中，對重點腐蝕部位進行監測，監測周期通常為一到二個月。腐蝕掛片監測操作周期比較長，所測得的數據為裝置設備在一段時間內的平均腐蝕速度，不能反映設備在某一點的腐蝕速度，因此無法用于實時在線分析。腐蝕掛片監測數據主要用于設備選材和監測工藝防腐措施的應用效果，也可作為其他腐蝕監測數據比較的基礎。

圖2  探針掛片在常壓塔頂空冷器上的應用

（1）探針掛片的結構型式

探針掛片器主要由探針桿、密封填料盒、鎖緊環等組成。與安裝在現場管道上的閥門配合可進行帶壓裝卸操作，因此可隨時取出監測掛片進行腐蝕測量。示意圖如下：

掛片探針的裝卸需要與一個PN40、DN25的閘閥相配合，開口位置應當有較大的空間，有利于監測操作。示意圖如下：

圖中：

1－單絲頭，PN40DN25，與工藝管道同材質，無絲一端連在工藝管道上，焊接。有絲一端與閥門相連擰緊后焊接。

2－閥門，Z11H－40－25閘閥。由于各廠家生產的閘閥有所不同，選閥門時注意在閥門全開時應能順利通過直徑20mm的圓棒。

3－掛片探針，與閥門絲扣連接，可隨時拆裝。

（2）試片規格

尺寸(長×寬×厚mm)　25.0×10.0×2.0，距兩端5mm各有一f4.0孔。

試片材質選擇國產20號優質碳素鋼(GB 699—65)，化學成份應符合以下標準：

（3）試片的加工

a 試片應采用板材加工。

b試片應用機床切削、銑、磨等機械加工方法，以免引起金相變化和產生應力。其棱邊(含鉆孔)不準有毛刺。

c 加工好的成批試片采用防銹密閉包裝。

d 平行試驗所用試片表面狀況應當一致。試片表面的粗糙度規定為?1.6。

（4）試片的試前準備

a 生銹或回用試片應進行砂磨，砂磨選用砂布應先粗后細，最后規定采用GZ 120號砂布。打磨的方向應該在換砂紙(布)時，改變90℃，每次打磨到前一次打磨痕跡消失為止。不可用同一張砂布研磨不同材質的試片。

b 試片在試前用小號鋼字在一端打字編號。打字時用力不可過大，以免產生過大的應力。

c 仔細測量和計算試片的表面積。其標準偏差不可超過1%。

d 將試片浸入石油醚中用棉球擦洗脫油(采用密閉包裝的標準試片用水清洗表面)。

c 浸入無水乙醇中清洗，然后再移入清潔的無水乙醇中浸泡片刻，取出試片，用濾紙吸干，用風吹干，放入干燥器內至少存放30min，稱重。稱重時應準確至0.0002g。

(5) 試片的試后處理

a 試后應小心取出試片，觀察記錄表面狀況，有代表性的試驗結果，應照相存檔。

b 清除試片上的腐蝕沉積物。對腐蝕沉積物較多的試片，在化學清洗前應先用竹片或塑料片進行物理清理。根據試片材料按表1選擇化學清洗配方與控制清洗時間。

c 化學清洗后的試片應立即用自來水沖洗，再用無水乙醇清洗。然后用濾紙吸干，用風吹干，放入干燥器內保存。

d 干燥好的試片用分析天平稱重，準確度應和試前一致。求出試驗后的腐蝕失重。

c 仔細觀察和記錄試片表面的腐蝕形態和特征，發現有點蝕時應注意蝕坑的大小、形狀、數目和分布情況。測出最大和最小坑深，對有代表性的試驗結果應照相存檔。

表1　金屬試片常用化學清洗法

 

(6)  數據處理

對于腐蝕試驗的結果，通常按均勻腐蝕的平均值表示。常用的單位如：毫克/米2·天(mg/m2·d)，能直觀的表示腐蝕進行的快慢；毫米/年(mm/a)能用以估計設備的使用壽命，其可靠性決定于腐蝕的均勻程度。計算腐蝕速度的通式如下：

表2　不同腐蝕速度單位的常數C值

 

(7) 注意事項

  a 脫脂除污效果檢驗：脫脂除污效果采用水膜試驗進行檢驗。即把脫脂處理后的試片放入水中，然后取出。如果脫脂完全，試片表面應保持一層完整的水膜，如果還有油脂存在，該處則為干斑。

  b 稱重：為了保證所有的試片都達到穩定的表面狀態，一般規定在干燥器中放置24小時后再稱重。

 c 經清洗之后的試片要用鑷子夾取，不能用手直接拿取試片。

2.2 電阻探針監測

電阻探針腐蝕監測是通過測量金屬元件（稱探頭）在工藝介質中腐蝕后的電阻值變化，計算金屬在工藝介質中的腐蝕速度。當探頭受腐蝕后，橫截面積減小，造成電阻增加。電阻增加與金屬損耗有直接關系，因此，通過一定的公式，可以換算出金屬的腐蝕速度。

電阻探針技術是煉油廠采用最廣泛的在線監測技術，它將多個探頭安裝在不同的部位，通過監測儀器顯示腐蝕速度的變化。此外，探針測量元件可以根據現場需要采用不同的材料。電阻探針的另一個優點是適用范圍廣，幾乎可以用于煉油廠所有的介質環境中，包括氣相、液相、固相和流動顆粒。

電阻探針信號反饋時間短、測量迅速，能及時反映出設備管道的腐蝕情況，使設備管道的腐蝕始終處于監控狀態。因此對于腐蝕嚴重的部位和短時間內突發嚴重腐蝕的部位，這種方法是不可缺少的監測控制手段。但由于儀器測量靈敏度的限制，其所測得的數據受工藝介質腐蝕速度變化的影響較大，測量結果有時會發生偏差。

（1）單點監測電阻探針

單點監測電阻探針就是每次只能監測一個點的腐蝕率。勝利煉油廠采用的電阻探針監測儀器為自行開發設計的DF型電阻探針腐蝕監測儀，該腐蝕監測儀由兩部分組成：電阻探針（傳感器）和腐蝕監測儀（見圖3）。為保證電阻探針在現場便于拆卸，將探針部分設計為可伸縮式，同時配備了探針裝卸器。電阻探針在勝利煉油廠主要用于常減壓裝置常減頂低溫系統腐蝕監測、工藝防腐試驗的腐蝕監控、加氫裝置催化劑再生時腐蝕監控等方面。

圖3  電阻探針腐蝕監測儀

（2）多點在線監測式電阻探針

a 基本原理

勝利煉油技術研究所開發的在線腐蝕多點監測技術是將多個電阻探針的腐蝕信號通過模數轉換、遠程傳輸、數據處理、軟件集中控制等實現多路在線自動腐蝕監測，如下圖4所示意。

圖4－多點在線腐蝕監測技術原理圖

計算機是監測控制中心，它根據設定參數自動控制監測過程，實現實時繪制腐蝕率曲線，自動把數據存盤等。下圖是軟件控制界面。

圖5－多點在線腐蝕監測控制軟件

b 現場條件要求

圖6　現場電纜布線示意圖

●　數據顯示方面的要求

如圖3所示：下位機直接連接在探針尾部，計算機安放在操作室內。腐蝕監測信號通過下位機已轉換為數字信號，通過探制軟件顯示于計算機中。如果要接入控制室的DCS系統中，DCS硬件系統中需具備RS232接口卡，并根據DCS的具體情況進行軟件組態，使腐蝕數據顯示在DCS中。

●　電阻探針開口及安裝的要求

如同掛片探針一樣，現場應開好監測口，焊上PN40DN25的閘閥以便進行探針的裝卸操作。選閥門時注意在閥門全開時應能順利通過電阻探針（約Φ22）。

●　電源線及信號線的要求

圖6中：計算機與下位機之間的實線代表電源線，24伏直流供電。虛線為雙芯屏蔽信號線，連接微機與下位機。所有線纜應走布線管（槽），引入到工作室或操作室。設計布線管（槽）時，為了減少工作量，應在現場合適的地方設置集線盒，各分支線在集線盒內與總線相并聯。根據監測點的遠近，可設置多個。

2.3 現場腐蝕試驗旁路

現場腐蝕試驗裝置主要安裝在高溫設備管道腐蝕嚴重的部位，在裝置正常開工過程中可以自由切換，進行現場腐蝕監測、腐蝕試驗等，可取得準確的現場腐蝕數據。

A 等流速試驗旁路

即試驗過程中，試樣處于同一介質流速中，不能同進進行多種流動狀態下的腐蝕試驗。

圖7  第三套常減壓裝置減三線腐蝕監測旁路

圖7所示的為勝利煉油廠第三常減壓裝置減三線上的一條腐蝕試驗旁路，它是為了監測煉制高硫原油給裝置高溫部位帶來的腐蝕。該裝置結構簡單，主要設備為一不銹鋼壓力釜，釜內裝有試處懸掛架用來安裝各種試驗試處。釜蓋上裝有探針監測口，可以實現探針監測。通過此旁路可以方便地完成腐蝕掛片、涂料掛片、腐蝕探針等多種現場試驗或腐蝕監測任務。

A 變流速試驗旁路

這是一種一次可進行多種流速狀態試驗的裝置，它可以一次完成五種介質流速下的腐蝕試驗，且一輪試驗可得出最多9種鋼材在5種介質流速下的腐蝕數據。裝置上設有藥劑注入點，可以進行化學藥劑的效果評定。試驗裝置的原則流程見圖8。

圖8　變流速腐蝕試驗旁路圖

它有5個試驗段組成，圖中標號為I-V。從I到V，試驗段的管徑依次變粗，所以同一流量下可以得到5種介質流速。每個試驗段中可最多安裝9只環形試件。試驗時介質依次流經I-V試驗段及流量計，通過調節進出口閥門及節流閥門的開度，可以得到預期的介質流速。在進油閥后設有緩蝕劑入口，可以進行注劑試驗。介質流量通過流量計讀出。根據試驗段的管徑可換算出各段的介質流速，計算公式如下： 

全開節流閥，關閉進出口油閥，打開蒸汽吹掃閥退油后，可拆卸出試驗環，完成試驗。

試片為環形試件，試件外表面進行鍍鉻處理以防腐蝕，只讓試件內表面腐蝕。共5種規格，見圖9。

圖9　變流速腐蝕試驗旁路的環形試件

●　試驗操作步驟

A 環形試件稱重

首先測量環形試件的內徑、高度，然后打鋼號，清洗干凈后稱重，記錄數據。

B 環形試件裝配

將同種規格的9只環形試件與前支持環及后固定環疊扣成一管狀，用螺栓連接固定。

C 現場安裝

把試驗環組件的前支持環套在試驗段內的前導流管上，后拉緊環夾在試驗段兩法蘭之間，然后上緊法蘭螺栓。

D 試漏

五個試驗段裝好后，先進行蒸汽吹掃試漏。將裝置上的10kg/cm3蒸汽閥慢慢打開，然后將退油線閥也慢慢打開，將臟物排出后關閉退油閥試漏。如果發現密封不嚴，應重新進行緊固。經檢查無漏點后，關閉蒸汽閥，打開退油線閥，排空蒸汽與水后，關閉退油線閥。 

E 進油

慢慢打開試驗裝置上的介質出口閥，然后稍開進口閥，預熱緩慢升溫，觀察連接部件是否泄漏。待介質穩定后，察看流量計，是否符合預先要求的流量。如果不符，可調節進油閥及生產工藝管線上節流閥的開度以調節流量，直到符合要求。

F 試驗時間

試驗時間不受生產裝置開停工的影響，可根據需要自行擬定，一般不少于1個月。

G 拆卸

試驗完畢后，將工藝管線上的節流閥全開，關閉進油閥、出油閥，打開退油線閥及蒸汽行退油。干凈后，關閉蒸汽閥及退油閥。然后拆開試驗段取出試驗環。

H 試后稱重

將試件去油污，清洗，稱重，記錄。

●　試驗結果評價

A 腐蝕率計算

ri =8.76×106×(W1-W2)/(7.85×Di×Li×H×π)，mm/a

其中：

   ri--- 第i個試驗段的腐蝕率，i=1，2，3，4，5，mm/a;

   W1 --- 試前試環重量，g;

   W2 --- 試后試環重量，g;

       Di --- 第i個試驗段的試件內徑，i=1-5，mm;

       Li --- 第i個試驗段的試件長度，i=1-5，mm;

       H  --- 試驗時間，小時;

若9只試驗環中有相同材質的試件，可取各只試環的腐蝕率算術平均值作為此種材質的腐蝕率。

B 繪制關系曲線

根據介質流速Vi及腐蝕率ri可繪制出Vi及ri的對應關系曲線，可得出流速與腐蝕之間的規律。

該裝置為勝利煉油廠研究所自行研制，安裝于第二套常減壓裝置減壓二線蠟油系統，主要用于現場腐蝕試驗和篩選評定材質，同時也用于現場腐蝕監測。它對摸清環烷酸的腐蝕規律起到了很大的作用。

2.4 管道定點測厚

管道測厚主要用于監測管道腐蝕速度，包括普查測厚和定點測厚。定點測厚分為在線定點、定期測厚和檢修期間定點測厚。管道的普查測厚應結合壓力容器和工業管道的檢驗工作進行。普查測厚點應包括全部定點測厚點。

●　一般原則

測厚監測主要針對設備、管道的均勻腐蝕和沖刷腐蝕，對于氫腐蝕、應力腐蝕等應通過其它檢測手段進行監測。在高溫硫腐蝕環境下，應重點對碳鋼、鉻鉬合金鋼制設備、管道進行測厚監測。新建裝置或新投用的設備及管道，在投用前就應確定定點測厚的位置，并取得原始壁厚數據。

●　定點測厚管理

  A　生產裝置上的測厚檢查原則上都應定點。重要生產裝置(包括常減壓蒸餾、延遲焦化、催化裂化、加氫裂化、加氫精制、減粘裂化等)必須建立本裝置的定點測厚布點圖〔或單體圖)，其它生產裝置也應逐步建立本裝置的定點測厚布點圖(或單體圖)。

B　定點測厚點必須有明顯的標示和編號。在裸管上的測厚點，可用耐候耐溫漆涂一個直徑為3cm的圓作標記；有保溫層的設備及管道上的測厚點，應安裝可拆卸式保溫罩(盒)（如圖10所示）并標上編號。

圖10  管道定點測厚用活動保溫套

C　裝置檢修期間應對裝置所有的定點測厚點進行常溫測厚。

  D　定點測厚布點由設備管理部門組織車間的設備及工藝技術人員根據工藝工況及介質的腐蝕性和歷年的腐蝕檢查情況確定，應能覆蓋全廠的腐蝕部位。

  E　應對腐蝕減薄量超過設計腐蝕裕度的數據及時核對數據的準確性，如確認無誤，應分析原因，提出處理建議。

●　定點測厚布點原則

   1）下列易腐蝕和沖刷部位應優先考慮布點：

   2）管線腐蝕沖刷嚴重的部位：彎頭、大小頭、三通及噴嘴、閥門、調節閥、減壓閥、孔板附近的管段等；

   3）流速大(大于30m/s)的部位，如：常減壓轉油線、加熱爐爐管出口處、機泵出口閥后等：

   4）環烷酸腐蝕環境下的氣液相交界處和液相部位：

   5）硫腐蝕環境下氣相和氣液相交界處：

   6）流體的下游端(包括焊縫、直管)容易引起嚴重沖刷的部位：

   7）同一管線的熱端；

   8）換熱器、空冷器的流體入口管端；

   9）塔、容器和重沸器、蒸發器的氣液相交界處;

   10）換熱器、冷凝器殼程的入口處

   11）流速小于1m/s的管線(包括水冷卻器管束)，有沉積物存在易發生垢下腐蝕的部位

   12）盲腸、死角部位，如：排凝管、采樣口、調節閥副線、開停工旁路、掃線頭等。

   13）輸送腐蝕性較強介質的管道，直管段長度大于20m時，—般縱向安排三處測厚點，長度為10—20m時，一般安排兩處，小于l0m時可安排一處。

   14）介質腐蝕性較輕的管道一般在直管段(兩個彎頭間的連接管)安排一處測厚點，在彎頭處安排一處測厚點。

   15）管線上的彎頭、大小頭及三通等易腐蝕、沖蝕部位應盡可能布置測厚點。

   16）考慮現場實際，一般不要將在線測厚點選在測厚人員不易操作的位置(腐蝕特別嚴重，需特別重視的部位除外)。

   17）對大小頭、彎頭、三通管、調節閥或節流閥后、集合管等有關管道常見結構的布點位置可參考圖11－圖18。

   18)管道上同一截面處原則上應安排4個測厚點，一般布置在沖刷腐蝕可能嚴重的部位和焊縫的附近(主要在介質流向的下游側)。

圖13　三通，設置在流向的正面和兩側

圖14　閥門或孔板節流部位

圖17　分支管進口附近

圖18　盲頭或封頭測點位置

注：管道測點位置應在以上各測點截面四個方位上測四個點，至少在管道底部（或沖刷面）及兩側測3點。

●　測厚頻率的確定

   A　當腐蝕速率在0．3—0．5mm/a或剩余壽命在1—1．5年之間時，應每三個月測定一次。

   B　當腐蝕速率在0．1—0．3mm/a或剩余壽命在1．5—2年之間時，應每六個月測定一次。

   C　當腐蝕速率小于0．1mm/a時，可在每次停工檢修時測定一次。

   D　對腐蝕極為嚴重(腐蝕速率大于0．5mm/a)或剩余壽命小于1年的部位應進行監控，對監控部位應增加測厚頻率(測厚頻率及位置由測厚管理部門、車間和檢測單位共同確定)。

   E　停用設備及管道重新啟用前應增加一次測厚。

   F　當原料中硫含量發生明顯變化時，應適時調整測厚頻率。

●　測厚方法及數據處理

   A　測厚儀器采用超聲波測厚儀，精度不低于0．1mm，測量誤差應在土(H%+0.1)mm范圍內(H－壁厚，mm)。

   B　應根據被測設備及管道的溫度選擇適當的探頭和耦合劑。

   C　每次測厚前，應對測厚儀器進行常溫標定，同時對被測對象進行表面處理，保證被測對象的材質和表面狀況與標定試塊基本一致。

   D　推薦采用二次測厚法，即在探頭分隔面相互垂直的兩個方向上(對管道測厚，探頭分隔面應與軸線垂直或平行)測定兩次，以最小值為準。如果兩次測厚值的偏差大于0．2mm，應重新測定。

   E　對中高溫條件下(100℃—500℃)的測厚，所測數據比實際值偏大，應注意進行修正。

   F　測厚腐蝕速率(mm/a) = 某兩次所測得的常溫厚度差(mm)/對應兩次測厚間隔時間(a)

 G　剩余壽命估算：用所測得的剩余壁厚常溫值減去按照GBl50和SH3059所確定的最小壁厚，所得差值除以平均腐蝕速率即為鋼制煉油設備及管道的剩余壽命。該剩余壽命的可靠程度取決于測厚數據的可靠程度，且只能用于均勻腐蝕，可指導確定檢測頻率，不宜作判廢依據。

H　定點測厚的有關數據資料，如測厚數據、管道測厚圖、管道基本參數等最好用計算機軟件進行管理，使數據處理規范化科學化。圖19為一管理軟件界面。

圖19　勝利煉油廠管道定點測厚數據管理軟件

2.6 加熱爐的監測

石油煉制企業總是想用最小的能量消耗來滿足正常生產要求。能量損耗除了一般的設備表面散熱損失，最重要的是加熱爐熱效率低，燃料消耗多。近年來對低溫煙氣的能量回收措施得以加強，但由于排煙溫度低，加上煙氣中硫化物增多，使能量回收設備產生較重的硫酸露點腐蝕。

2.6.1　加熱爐熱效率

A　定義

加熱爐的熱效率是指為達到規定的加熱目的，供給能量利用的有效程度在數量上的表示。即有效能量對供給能量的百分數：

根據供給能量和損失能量所包括的內容不同。加熱爐熱效率可分為熱效率和綜合熱效率。

熱效率表示加熱爐體系中參與熱交換過程的熱能的利用程度。它的供給能量中一般只包括燃料低熱值和燃料、空氣及霧化蒸汽帶入的顯熱。損失能量包括排煙帶走的熱量和散失的熱量。它便于計算燃料耗量，是衡量加熱爐燃料利用情況的一項重要指標。因此可稱它作“燃料效率”。以前通用的管式爐熱效率就是按此定義來計算出的。按照此定義計算的熱效率可以根據煙氣成分分析和排煙溫度直接算出，便于安裝熱效率儀表對爐子的運行狀況進行監視。所以在國家標準給出了廣義的全面的熱效率定義的情況下，仍有保留過去慣用的熱效率定義的必要，稱之為“熱效率”。

按照國家標準GB2588《設備熱效率計算通則》中定義的熱效率，內容比上述熱效率η1全面，它規定供給能量中還應包括外界供給體系的電和功（例如鼓風機、引風機和吹灰器電耗、吹灰器蒸汽消耗等）。對于管式加熱爐體系來說，這些電和功一般不轉換成有效能，幾乎全部變成由于磨擦等原因而引起的能量損失。因此熱平衡式的供給能量中應增加表示電和功的項，以N表示，而損失能量中也增加一項數值與N相等的損失能量，以N‘表示。按照這樣定義的熱效率，全面地表示了管式加熱爐所有供給能量的利用程度，是一項綜合性的技術經濟指標，實質上是“能效率”。它對改革生產工藝，提高設備制造工藝、改善管理和降低產品能耗等具有重要意義。為了和慣用的“熱效率”η1區別，命名為“綜合熱效率”，用η2表示。

注：BQk=Q4-Q3

圖1　煙氣余熱預熱空氣式加熱爐

如圖1所示，帶有空氣預熱器的加熱爐的熱效率：

（Q4－Q3）為外界熱源提供的熱量，可包括低溫位（如130℃以下低溫油品）熱量ΔQf和高溫位熱源提供的熱量ΔQY兩部分。則能量平衡方程式可寫成：

BQD＋N＋ΔQf＋ΔQY＝（Q2－Q1）＋Bq1-3QL+B(QD+QK)q4+BQZ+N'

綜合熱效率η2為：

式中：

　　B－燃料用量，kg/s；

　　QD－每公斤燃料帶入體系的低熱值、燃料顯熱、霧化蒸汽帶入的顯熱之和，MJ/kg燃料；

　　QK－空氣帶入體系的顯熱，MJ/kg燃料；

　　Q2-Q1－有效熱量，即爐子的熱負荷，MW；

　　q1-3－排煙損失的熱量與燃料低熱值之比；

　　q4－散熱量與供給熱量之比；

　　QZ－排煙中霧化蒸汽帶走的熱損失；MJ/kg燃料。

熱效率η1和綜合熱效率η2應根據同一劃定的體系來計算，η1總是大于η2。

B　加熱爐熱效率測定

管式爐熱效率的測定有標定測定和操作測定兩種。標定測定時應對正、反平衡計算式所涉及的各參數都進行準確的測量，由于工作量大又比較麻煩，因此一般只在評價某臺爐子或為獲得設計數據時才采用。操作測定則比較簡單，它只測量反平衡計算式中涉及的各參數，一般只對煙氣離開體系時的組成和溫度進行分析和測量，用反平衡法計算出熱效率或用連續測定儀直接顯示出熱效率，以作為調節操作參數的依據。

  熱效率的操作測定主要是為調整以及考核爐子的操作狀況而進行的。一般只測定排煙損失，估計一個散熱損失便可計算出爐子的熱效率。排煙損失的測定有定期（一天或數天）人工采樣分析和用熱效率儀連續測定兩種方法。

    1）人工采樣法

人工采樣分析是在體系出口處人工采集煙氣樣，作色譜分析，得到煙氣的組成（CO2、O2、CO等），從而計算出排煙處的過剩空氣系數α：

    式中:  O2、CO2、CO、SO2、H2、CH4 - 分別為干煙氣中相應成分的體積百分數。

  根據α、排煙溫度tg和基準溫度tb，可以從有關圖中查出q1，并根據煙氣分析所得CO、H2、CH4等未完全燃燒成份用有關公式計算出q2，機械不完全燃燒q3一般由煙色對比給出，而散熱損失q4一般是估計的。有了這些數據便可計算出熱效率η1。

2）熱效率儀表

在燃料成分一定的情況下，煙氣各組分間存在著對應關系，即O2（或CO2）含量代表著過剩空氣系數α。因此，可以建立起熱效率同排煙溫度和煙氣中O2（或CO2）含量之間直接的函數關系。各種熱效率儀表就是利用電子技術來模擬這種關系而直接顯示爐子熱效率。其中散熱損失是根據估計值直接給定的。化學不完全燃燒是根據煙氣中CO、CH4等的含量，由儀表對熱效率值自動給以修正。機械不完全燃燒一般是根據煙色比較（煙氣通過濾紙時留下的炭黑使濾紙變黑，將此濾紙同標準色樣比較）得出熱效率修正值，然后由人工將此值輸入熱效率儀。

目前國內管式爐常用的熱效率儀中分析煙氣成分的儀表有氧化鋯測氧儀、磁導式氧分析儀和二氧化碳測定儀等。

● 氧化鋯測氧儀是將氧化鋯探頭直接插入煙氣中，而不用將煙氣引出爐外。探頭是一個氧化鋯小磁管，管內、外壁的某相對應處涂上并燒結一層多孔的鉑電極，管內通以標準氣（空氣）。這樣管外氣體（煙氣）和管內標準氣體之間氧濃度差構成一個氧濃差電池，使鉑電極輸出電訊號而測出煙氣中的氧含量。由于氧化鋯氧濃差電池的內阻隨溫度的降低而升高，因此氧化鋯探頭的工作溫度一般在600℃以上。實際使用中常用恒溫法或溫度補償法來避免煙氣溫度波動的干擾。另外，其變送器需采用集成線性放大器組成，否則測量精度難以保證。

● 磁導式氧分析儀的工作原理是利用氧氣具有極高的磁化率而制成的。在非均勻磁場的作用下，具有高磁化率的氧氣形成所謂熱磁對流（或稱磁風），敏感元件（電橋臂）產生冷卻作用而改變其電阻值，使電橋兩端產生不平衡電壓，此不平衡電壓隨被測氣體中氧的濃度而變化，通過二次表指示出氧含量。

磁導式氧分析儀需要用負壓泵（氣抽子）將煙氣從煙囪（或煙道）引出，經分水器、干燥器和流量計而進入測量環室。為了避免煙氣中的水分凍結引氣管和分水器等，冬季必須采取防凍措施，一次儀表箱應設置暖氣，使儀器在5-45℃的環境中工作。

● 多用途加熱爐煙氣分析儀：一般多為進口儀器，如testo fs500為德國產多用途煙氣分析儀。是一臺用于巡檢或現場測量的便攜式測量儀，配有一體化差壓探頭和一個探頭插孔。該探頭插孔可以連接許多種探頭，分別用來精確測量溫度、濕度、流速、紊流度、壓力、轉速、電壓、電流等。圖形顯示器可以同步顯示6個測量通道。每一個既定測量點可以保存250，000個讀數值，并且可以利用一體化打印機在現場直接打印出來或通過串行口傳輸給PC機。用戶可以利用軟件對這些數據進行分析或歸檔處理。

testo fs500可以測定煙氣中O2、CO2、CO、NO、NO2、NOX、SO2同時計算出過剩空氣系數及加熱爐熱效率。現在勝利煉油廠每月對30多臺加熱爐進行檢測，就是用此儀器進行。

2.6.2　煙氣露點

隨著節能工作的不斷發展，要求管式爐的排煙溫度越來越低。但是往往在空氣預熱器、余熱鍋爐等余熱回收設備的換熱面上產生強烈的低溫露點腐蝕，甚至在不到一年的運轉時間內，換熱面就嚴重腐蝕穿孔，使管式爐不能正常運行。可以說，低溫露點腐蝕已成為降低管式爐排煙溫度、提高熱效率的主要障礙。

●　腐蝕機理

A　SO3的生成

一般燃料油（或氣）中均含有一定量的硫，硫燃燒后全部生成SO2。由于燃燒室中有過量的氧氣存在，所以會有少量的SO2進一步再與氧化合成SO3。在通常的過剩空氣系數條件下，全部SO2中約有1－3%轉化成SO3。在高溫煙氣中SO3不腐蝕金屬，但當煙氣溫度降到400℃以下，SO3將與水蒸汽化合生成硫酸蒸汽，當硫酸蒸汽凝結到爐子尾部受熱面上時就會發生低溫硫酸腐蝕。同時，這些酸液還會粘附煙氣中的灰塵形成不易清除的粘灰，使煙氣通道不暢產生堵塞。

SO2與水蒸汽化合生成亞硫酸蒸汽，它的露點溫度較低，一般不可能在爐子內凝結，對爐子無危害。所以煙氣露點腐蝕過程中最重要的因素是SO3的生成。SO2轉化成SO3的機理較復雜，現在有兩種理論，即：煙氣中的SO2被原子氧所氧化；煙氣中的SO2被分子氧所氧化。

原子氧氧化理論認為，在爐膛高溫火焰中有原子氧產生：

O2→　2O

或　　CO＋O　→　CO2（活性的）

CO2（活性的）＋O2　→　CO2＋O＋O

SO2＋O　→　SO3

分子氧氧化理論認為SO3是被氧分子所氧化的：

SO2＋1/2O2　→　SO3＋96.3kJ/mol

這是個可逆反應，由于反應的放熱性，當降低溫度時，平衡向右方（生成SO3的方向）移動。一般認為，燃燒區溫度高于1127℃以上時不會有SO3存在，而燃燒區溫度越低，轉化成SO3的機率就越大。

由SO2轉為SO3的量與過剩空氣系數及燃料含S量有很大關系。含硫量越多，過剩空氣系數越大，SO3的生成量就越多，其關系可參照有關圖表。

B　影響煙氣露點溫度的因素

煙氣露點溫度除與煙氣中影響SO3量的過剩空氣系數和燃料中的硫含量有關外，還隨煙氣中水蒸汽的含量增多而升高。在以燃料油為主的加熱爐中，煙氣中水蒸汽的體積含量一般約為10－12%。在這種條件下，露點溫度就主要隨SO3量的增加而升高。另外，由于煙氣中水蒸汽和SO3體積含量有變化，在冷壁面上冷凝硫酸的濃度亦不同。在一定的SO3含量下，水蒸汽含量增加，酸濃度降低；反之，在一定的水蒸汽含量下，SO3含量增加，酸濃度升高。其關系可參考有關圖表。

C　腐蝕速度與壁溫的關系

煙氣中的硫酸蒸汽和水蒸汽在遇到冷面時就會開始冷凝，并且冷凝液中的硫酸濃度很大。由于部分蒸汽冷凝后，使煙氣中硫酸和水蒸汽的濃度都有所降低，因此煙氣的露點也有所下降。由于煙氣在繼續向前流動中會遇到更低的冷面，煙氣中的蒸汽還會繼續凝結，但凝結出的液體中硫酸的濃度逐漸降低。因此煙氣中的硫酸蒸汽和水蒸汽在冷的換熱面上結露是在相當長的范圍內進行的，結出的“露”中硫酸的濃度是逐漸變低的。

煙氣凝結液中硫酸的濃度對換熱面腐蝕的速度影響最大。濃硫酸對鋼材的腐蝕速度很慢，但稀硫酸對鋼材的腐蝕速度很快。濃度為50%左右的硫酸對碳鋼材料的腐蝕速度最大。

實際運轉中，腐蝕速度還與設備的壁溫有關。在壁溫較高而未結露時，腐蝕速度很低；開始結露時，硫酸濃度很大，但腐蝕速度也還不很高；對溫度再低一些的換熱面，結露中硫酸的濃度變稀，腐蝕速度加快，在某處達到一最大值（一般認為在低于露點溫度10－40℃處）；此后，由于硫酸濃度較低，溫度也較低，腐蝕速度下降。最后由于壁溫很低，水蒸汽大量凝結，腐蝕速度又比較強烈。具體情況可參考有關圖表。

●　露點溫度的確定

由于影響煙氣露點溫度的因素很多，而且各因素又與實際操作條件有關，所以用理論方法進行準確計算是很困難的，所以一般用經驗方法確定。

A　計算煙氣露點溫度的方法

① 根據煙氣組分求露點溫度

★　煙氣中的SO2的量。根據燃料油的含硫量，并通過燃燒得出煙氣中的SO2的量。一般當過剩空氣系數為1.1－1.2、燃料油中的含硫量為1%時，煙氣中SO2的體積含量約為500ppm。燃料油中的含硫量改變時，煙氣中的SO2量成比例增多或減少。

★　煙氣中的SO3量。根據過剩空氣系數和燃料油中的含硫量，可參照有關圖表查出煙氣中SO3的體積含量。一般SO3的轉化率按3%估算。

★　煙氣中的H2O含量。根據燃料油的化學組分、過剩空氣系數和霧化蒸汽的用量可以算出煙氣中水蒸汽的含量。煙氣中水蒸汽的體積含量一般約為12%。

★　確定煙氣露點溫度。根據煙氣中的H2O體積量和SO3轉化率即可從有關圖表中查出露點溫度。

② 根據燃料油含硫量可直接從有關曲線中查得露點溫度。此方法比較粗略，一般是在缺乏必要的計算數據時才使用此方法。

B　用酸露點儀進行實際檢測

由于影響煙氣露點溫度的因素很復雜，所以對于運轉中的加熱爐，一般要使用露點儀進行測定。現在使用最多的是英國LAND燃料公司生產的酸露點儀，數據比較準確可靠。

以LAND　S－660型酸露點儀為例進行簡單說明。S－660型的標準探頭為1.2米的不銹鋼結構，探測單元位于探頭的頂端，在探頭尾部帶有電子和空氣連接機構。探測單元有兩個鉑電極埋入玻璃表面下，使用時兩電極之間任何冷凝硫酸液的電子傳導系數都會被測量出，內部兩個電極形成鉑熱電偶，用來測量探頭的表面溫度。當酸液的冷凝速率與酸液的蒸發速率相同時，兩電極間的電流將趨于穩定狀態，這時探頭所測出的溫度即為煙氣的露點溫度。

測量時需要給探頭連上空氣冷卻機構，用來降低探頭的表面溫度，冷卻空氣量應能足以使酸液能在其上冷凝。探頭的型號不同，所要求的最高使用溫度也不同。S－660型的最高使用溫度為400℃，應用時應注意。現在勝利煉油廠對加熱爐的煙氣露點溫度的測量就是用S－660露點儀來完成。

3  腐蝕監測方案的制定

由于煉油廠工藝介質環境比較復雜，單純采用某一種腐蝕監測方法一般不能實現對設備管道腐蝕狀態的全面掌握，要獲得良好的腐蝕監測效果，必須制定相應的腐蝕監測方案。通常一個腐蝕監測方案包括腐蝕監測位置、腐蝕監測方法及腐蝕監測頻率的確定。

3.1 腐蝕監測位置的確定

腐蝕監測位置的確定直接決定著腐蝕監測效果的好壞。一般來說，對設備管道真正造成威脅的是局部腐蝕，因此如何監測到設備管道腐蝕相對嚴重的部位，即腐蝕監測位置的選擇就顯得十分重要。這些部位隨著設備管道工藝條件、材質、結構等的不同而變化，通常需要注意以下幾個腐蝕嚴重的部位：

（1）有水凝結的部位，尤其是水凝結開始的部位，如常減壓塔頂冷凝冷卻系統空冷器出口及水冷器出入口。

（2）腐蝕介質被濃縮的部位，如循環冷卻水系統。

（3）設備管道高湍流區域，如管道的彎頭等。

（4）高溫高壓腐蝕嚴重的部位。

（5）事故發生頻繁的設備管道。

（6）下周期計劃備換的設備管道。

3.2 腐蝕監測方法的確定

在現實生產過程中，采用單一的腐蝕監測方法不能滿足用戶的要求，通常需要同時采用多種方法才能獲得比較準確可靠的腐蝕監測信息。例如，電阻探針腐蝕監測數據通常需要用腐蝕掛片數據進行校正，以防止由于探頭污染等因素造成的數據偏差。另外，工藝介質分析和腐蝕產物分析也十分重要，可以反映出腐蝕發生的主要原因和腐蝕狀況，與腐蝕監測數據相關聯后，這些數據可以用于顯示預測可能發生的腐蝕及程度。勝利煉油廠常減壓裝置常減壓塔頂冷凝冷卻系統就采用了包括腐蝕掛片、電阻探針、冷凝水分析等在內的多種腐蝕監測方法。

3.3 腐蝕監測頻率的確定

腐蝕監測可以周期性進行，也可以連續性進行，其監測頻率由腐蝕監測方法、被監測部位腐蝕程度及腐蝕監測費用三方面確定。腐蝕監測方法決定著腐蝕速度的響應時間，如腐蝕掛片通常需要一個月以上的監測周期，而電阻探針的監測周期可以縮短到幾小時至幾天。此外，被監測部位腐蝕加重時應加大腐蝕監測頻率，而腐蝕比較輕微的部位其監測頻率應相應減少。腐蝕監測費用對于煉油廠來說也十分重要，過于頻繁地采用高成本的腐蝕監測方法，其費用是相當巨大的。在目前階段，連續性在線腐蝕監測費用比周期性腐蝕監測費用高，因此，煉油廠多采用后一種方法，并且在允許的情況下盡量減少監測頻率。

4  結語

（1）煉油廠采用腐蝕監測技術對裝置設備管道的腐蝕控制工作起到了重要的指導作用。

（2）應進一步加強腐蝕監測技術的開發應用工作，提高腐蝕監測精確度，降低腐蝕監測成本，為企業創造更大的效益。

（3）隨著自動化控制技術的發展和腐蝕監測儀器的不斷更新，煉油廠未來的腐蝕監測應朝著實時、在線、連續、數據遠程網絡化管理的方向發展。