ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОМЫШЛЕННОЙ КОРРОЗИИ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ Пастухов Юрий Викторович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Пастухов Юрий Викторович. ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОМЫШЛЕННОЙ КОРРОЗИИ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ: диссертация ... кандидата технических наук: 05.11.16 / Пастухов Юрий Викторович;[Место защиты: Волгоградский государственный технический университет].- Волгоград, 2014.- 101 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Современное состояние методов и средств измерения коррозии .. 18

1.1. Основные механические методы контроля коррозии 22

1.2. Электрохимические методы определения коррозии 22

1.3. Электрические методы регистрации коррозии 23

1.4. Электромагнитные методы 23

1.5. Ультразвуковые методы контроля коррозии 23

1.6. Ядерно-физические методы 24

1.6.1. Убывание интенсивности ионизирующего излучения образца в процессе коррозии 26

1.6.2. Возрастание удельной активности радиоактивных продуктов коррозии в среде 27

1.6.3. Накопление радиоактивного изотопа коррозионного агента из среды на поверхности образца 28

1.6.4. Ослабление и рассеяние образцом (изделием) проникающего гамма - излучения 28

1.6.5. Эффект Мёссбауэра 28

1.7. Прочие методы определения коррозии 29

Выводы и заключения по главе 1 29

Глава 2. Разработка схемы преобразования значений измеряемого параметра- значений массы образца-свидетеля (датчика коррозии-первичного измерительного преобразователя) через радионуклидную метку в значения выходной величины 32

2.1. Технология определения коррозии в промышленных условиях с применением образцов-свидетелей, содержащих радионуклидную метку 32

2.2. Последовательность преобразований значений измеряемого параметра в значения выходной величины .

Выводы и заключение по главе 2 36

Глава 3. Исследование механизма и разработка алгоритма преобразования значений измеряемого параметра в значения выходной величины, проведение метрологических исследований измерительной системы 37

3.1. Преобразования массы 37

3.2. Ядерные преобразования 38

3.3. Разработка технического решения по введению в материал образца-свидетеля долгоживущего радионуклида 26 70Со 40

3.4. Радиационные преобразования 44

3.5. Преобразование значений измеряемого параметра (в электронной части информационно-измерительной системы) через последо-вательность сцинтилляций Nc в значения интенсивности выходной величины I (t)

Выводы и заключение по главе 3 52

Глава 4. Разработка структурно-блочной схемы информационно-измеритель- ной системы определения параметров процесса промышленной коррозии с измерительным преобразователем на основе ядерно-физических методов 53

Выводы и заключение по главе 4 57

Глава 5. Проведение экспериментов по определению коррозии в промышленных условиях с применением ядерно-физических методов 58

5.1. Получение и исследование образцов-свидетелей для контроля промышленной коррозии 58 5.2. Методы проведения промышленных исследований 65

5.3. Реализация контроля промышленной коррозии с применением ядерно-физических методов

5.3.1 Определение скорости коррозии в технологических установках первичной переработки нефти АВТ

5.3.2 Анализ проведённых экспериментов по определению коррозии и полученных результатов на установках первичной переработки нефти АВТ .

Выводы и заключения по главе 5 89

Основные выводы и заключения по работе 90

Список литературы

Электрохимические методы определения коррозии
Последовательность преобразований значений измеряемого параметра в значения выходной величины
Преобразование значений измеряемого параметра (в электронной части информационно-измерительной системы) через последо-вательность сцинтилляций Nc в значения интенсивности выходной величины I (t)
Реализация контроля промышленной коррозии с применением ядерно-физических методов

Введение к работе

Актуальность исследования. Представленная работа является результатом многолетних исследований по недостаточно проработанной и важной с научной и прикладной точек зрения проблеме. Эту проблему можно охарактеризовать, как оценка коррозионных потерь, условий и возможностей их снижения. Коррозионные потери особенно значимы в процессе эксплуатации гидротехнических сооружений, объектов химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Определение параметров процесса промышленной коррозии усугубляется многообразием условий и механизма её протекания. Оперативное решение задач по сохранению ресурса оборудования, защите от разрушения промышленных объектов и уменьшения экологической нагрузки на среду обитания человека требует представительную и достоверную информацию о коррозионном процессе в реальном масштабе времени. Развитие и расширение научных знаний по проблеме измерения коррозии в промышленности имеет важное значение: для создания теоретической базы, построения различных измерительных преобразователей и создания вариантов информационно-измерительных систем на их основе.

Исходя из изложенного диссертационное исследование является актуальным.

Степень разработанности темы. Разработаны механические методы измерения
коррозии, не зависящие от влияющих факторов и механизма её протекания. Эти методы
позволяют проводить прямые измерения коррозионных потерь, но они не оперативны
(не обнаруживают наличие процесса коррозии). Другие известные методы обладают
быстродействием (электрохимические методы), но не отображают реальный
коррозионный процесс. Их зависимость от других факторов не позволяет получать в
промышленных условиях достоверную информацию о коррозии. Датчики коррозии не
представительны, корреляция между коррозией материала оборудования и коррозией
датчика не всегда корректна. Известные решения с применением радионуклидов
(обеспечена представительность образцами-свидетелями из материала оборудования)
из-за несовершенства изготовления датчиков (высокая погрешность, снижение
чувствительности во времени, недостаточный ресурс и др.) также не нашли широкого
применения в промышленности. Низкая точность измерений и недостаточная

чувствительность обусловлены неравномерностью распределения, введённого

радионуклида (несовершенство способа введения) в образце-свидетеле, или его малым периодом полураспада.

Известными авторами работ по определению коррозии (Константинов И. О., Малухин В. В., Дембровский М. А., Торопчинов А. Н., Тихонов Г. М., Schaschl E, Litter R. L.) не ставилась задача исследовать механизм преобразования значений измеряемого параметра в значения выходной величины, не выявлялись влияющие параметры.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка
технологии, способов и устройств определения параметров процесса промышленной
коррозии с заданными метрологическими характеристиками, и ресурсом

измерительного преобразователя, соизмеримым с ожидаемым пробегом химико-технологической системы.

Поставленная цель достигается путём решения следующих задач:

1. Анализ методов и средств определения коррозии и выбор приемлемых
решений¹;

Разработка схемы преобразования значений измеряемого параметра – значений массы образца-свидетеля (датчика коррозии – первичного измерительного преобразователя) через радионуклидную метку в значения выходной величины;
Исследование механизма и разработка алгоритма преобразования значений измеряемого параметра в значения выходной величины, проведение метрологических исследований измерительной системы;
Разработка технического решения по введению в материал образца-свидетеля долгоживущего радионуклида ₂⁶ ₇⁰Со ;
Разработка технических решений для уменьшения погрешностей результатов преобразования значений измеряемого параметра: от изменений элементов измерительной системы, флуктуаций параметров коррозионной среды и геометрического фактора;
Разработка структурно-блочной схемы информационно-измерительной системы определения параметров процесса промышленной коррозии с измерительным преобразователем на основе ядерно-физических методов;

7. Изготовление образцов-свидетелей (первичных измерительных
преобразователей) с радионуклидом ₂⁶ ₇⁰Со и проведение экспериментальной проверки
определения коррозии в промышленных условиях.

Научная новизна работы.

Синтезирована схема и алгоритм преобразования значений измеряемого параметра–значений массы образца-свидетеля (датчика коррозии – первичного измерительного преобразователя) через радионуклидную метку в значения выходной величины;
Исследован механизм преобразования значений измеряемой величины (в радиационной части измерительной системы) и выявлены влияющие параметры: период полураспада радионуклида, толщина образца-свидетеля и стенки оборудования, плотность коррозионной среды и толщина её слоя, геометрический фактор (расстояние от образца-свидетеля до детектора) отрицательно влияющие на метрологические характеристики (точность, чувствительность и ресурс) первичного измерительного преобразователя и измерительной системы;

3. Разработано оригинальное техническое решение-получение радионуклида
₂⁶ ₇⁰Со в материале образца-свидетеля из изотопа ₂⁵ ₆⁸Fe , входящего в естественную смесь

изотопов железа, составляющих основу материала образцов-свидетелей;

Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук, профессору Сидельниковой О. П. за творческое руководство (в

радиационной части работы) и всестороннюю поддержку в процессе сбора материалов, написании диссертации и подготовке её к защите.

Разработано решение, снижающее влияние, на результаты преобразования значений измеряемого параметра, от уменьшения толщины образца-свидетеля, стенки оборудования и от флуктуации плотности коррозионной среды, и толщины её слоя;
Разработано техническое решение, снижающее влияние на результаты преобразования значений измеряемого параметра, от флуктуации геометрического

фактора (расстояние от образца-свидетеля до детектора);

В результатах экспериментов определения коррозии в промышленных условиях по образцам-свидетелям с радионуклидной меткой:

выявлены «залповые» скорости коррозии в технологических установках первичной переработки нефти;

сформулировано новое понятие «Спектр значений скоростей коррозии» и предложен подход к его анализу и обработке.

Теоретическая и практическая значимость работы. Выявлена «тонкая структура» (радиационной части измерительной системы) механизма преобразования значений измеряемого параметра-значений массы образца-свидетеля через радионуклидную метку в значения выходной величины-интенсивность электрических импульсов. Полученные знания позволили разработать подробную схему преобразования значений измеряемого параметра, сформировать алгоритм и структуру информационно-измерительной системы, выявить и исследовать влияющие параметры.

Разработан способ получения образцов-свидетелей (измерительных преобразователей) с радионуклидом ₂⁶₇Со, генетически связанным с равномерно

распределённым (естественным образом в материале образца-свидетеля) ^Fe,

входящем в естественную смесь изотопов железа, составляющих основу материала образцов-свидетелей.

Предложено решение (выбор диапазона амплитудного спектра) для уменьшения погрешности (от флуктуации параметров коррозионной среды) результатов преобразования значений измеряемого параметра в значения выходной величины.

Найдено решение по выбору оптимальной геометрии измерения для минимизации суммарной погрешности от флуктуации геометрического фактора (расстояние от образца-свидетеля до детектора) и статистического разброса числа зарегистрированных импульсов. Изготовлены образцы-свидетели с радионуклидом ₂⁶₇Со

(полученным из изотопа HFe), проведена экспериментальная проверка определения

коррозии на установке первичной переработки нефти АВТ-4, снижена скорость коррозии более чем в 40 раз. Непрерывный контроль позволил в течение 900 суток поддерживать значение скорости коррозии в технологической установке на уровне 0,06 мм в год. В процессе проведения экспериментов в промышленности выявлены и измерены «залповые» значения скоростей коррозии, сформулировано понятие «Спектр значений скоростей коррозии» и предложен подход к его анализу и обработке.

Методология и методы исследования. Для разработки и развития схемы преобразования значений измеряемого параметра в значения выходной величины -значений массы образца-свидетеля (датчика коррозии) через радионуклидную метку в

значения интенсивности электрических импульсов применялись методы структурного и системного анализа. Для разработки технических решений применялись методы: идеализации, АРИЗ, ТРИЗ, формализации, экспериментальные и метод моделирования. Для линейной аппроксимации выбранных участков (экспериментальных точек) и оценки параметров зависимости значений выходной величины от времени, и получения значений скоростей коррозии применяли метод наименьших квадратов.

На защиту выносятся следующие положения:

Схема, механизм и алгоритм преобразования значений измеряемого параметра - массы образца-свидетеля (датчика коррозии - первичного измерительного преобразователя) через радионуклидную метку в значения выходной величины;
Получение в материале образца-свидетеля (первичном измерительном преобразователе) долгоживущего радионуклида ⁶ ⁰Со из изотопа ₂⁵₆⁸Fe;
Выбор измеряемого диапазона энергетического (амплитудного) спектра гамма-квантов для уменьшения погрешности, результатов преобразования значений измеряемого параметра, от уменьшения толщины образца-свидетеля, стенки оборудования и флуктуации плотности и толщины слоя коррозионной среды;
Решение по выбору оптимальной геометрии измерения для минимизации суммарной погрешности результатов преобразования значений измеряемого параметра от флуктуации геометрического фактора и статистического разброса числа зарегистрированных импульсов выходной величины;
Структурно-блочная схема информационно-измерительной системы определения параметров процесса промышленной коррозии с измерительным преобразователем на основе ядерно-физических методов;

6. Результаты коррозионных испытаний в промышленных условиях
(продолжительностью более 3-х лет):

выявлены и измерены «залповые» значения скоростей коррозии;

сформулировано понятие «Спектр значений скоростей коррозии» и предложен подход к его анализу и обработке.

Соответствие паспорту специальности. Указанная область исследования соответствует паспорту специальности 05.11.16 «Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении)», по п. 6 - «Исследование возможностей и путей совершенствования, существующих и создания новых элементов, частей, образцов информационно-измерительных и управляющих систем, улучшение их технических, эксплуатационных, экономических и эргономических характеристик, разработка новых принципов построения и технических решений».

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов определяется сравнением получаемых данных с результатами измерений, полученных гравиметрическим методом измерения коррозии (многократно ранее апробированным) и с результатами, полученными другими авторами. Сопоставлением результатов экспериментов с результатами, полученными расчётным путём. Исследованные механизмы преобразования значений измеряемого параметра в значения выходной

величины и механизмы возникновения погрешностей не противоречат физике рассматриваемых процессов. По разработанному техническому решению изготовлены образцы-свидетели с радионуклидом Со и проведены промышленные испытания

метода и устройств определения коррозии в технологических установках химических и нефтеперерабатывающих производств (на 11 промышленных предприятиях).

Подтверждены теоретические расчёты экспериментом. Для проверки гипотез и технических решений применялись экспериментальные методы, для исследования механизма преобразования метод моделирования. Результаты диссертационного исследования докладывались: на научных семинарах на кафедре «Вычислительная техника» ВолгГТУ; на областных, всесоюзных и всероссийских научно-технических конференциях; на семинарах и школах по обмену передовым опытом (Волгоград 1977г., 1978г., 1981г., 2007-2013г.г., Черкассы 1978 г., Киев 1988г., Ленинград 1988г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе, 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено 2 авторских свидетельств СССР.

Личный вклад автора Автором разработано и исследовано: схема, механизм и алгоритм преобразования значений измеряемого параметра; структурно-блочная схема информационно-измерительной системы; технические решения: по введению в образец-свидетель долгоживущего радионуклида (5), [3]; для расширения возможностей информационно-измерительной системы [4]; по уменьшению погрешностей результатов преобразования: выбор оптимального порога интегральной дискриминации амплитудного (энергетического) спектра (Рисунок 4); выбор оптимальной геометрии измерения (10) интенсивности Г -квантов (Рисунок 5).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы. Общий объем составляет 100 страниц, включая 26 рисунков и графиков. Список литературы содержит 100 наименований цитируемых работ отечественных и зарубежных авторов.

Электрохимические методы определения коррозии

Защита от коррозионных разрушений технологического оборудования, сокращение потерь металла от коррозии, снижение вероятности и числа аварий, сокращение незапланированных временных и дорогостоящих остановок в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей и других отраслях промышленности - одна из крупных актуальных современных проблем, значение которой трудно переоценить как в технико-экономическом, экологическом, так и в социальном плане [4].

Коррозия – одно из самых распространённых и губительных явлений в технике. Коррозия является первопричиной не только преждевременного выхода из строя приборов и оборудования, но, как показывает мировой опыт ХХ и начала ХХI века, коррозия - это крупные аварии в разных областях челове ческой деятельности (химическая, нефтегазоперерабатывающая, нефтехимическая, нефтегазодобывающая промышленность, строительная индустрия, авиация, космонавтика и др.). Значительные коррозионные потери имеют место на предприятиях Российской Федерации, например: ОАО «Московский НПЗ» г. Москва; ОАО «НОРСИ» г. Кстово; химзавод г. Уфа; ОАО «Каустик» г. Волгоград; ОАО «Лукойл Нефтепереработка»; ОАО «Химпром» г. Волгоград; ОАО «Волжский Оргсинтез» г.

Волжский. Другие химические и нефтеперерабатывающие предприятия (несколько десятков предприятий). Аварии из-за коррозионного разрушения оборудования имели место и в других странах, например на химических заводах в Англии и в Индии (унёсшие многие человеческие жизни).

Поступление коррозионных веществ в окружающую среду (в том числе по причине коррозии оборудования) ведёт к разрушению основных фондов и среды обитания человека. Успешное решение коррозионной проблемы требует разрабатывать, применять и совершенствовать объективные, с заданными метрологическими характеристиками экспериментальные методы коррозионных исследований, позволяющие оценивать коррозионные параметры, как в лабораторных, так и в промышленных условиях (особенно где имеет место дрейф факторов, определяющих коррозию, увеличивая её значение выше расчётной) и находить оптимальные способы защиты от коррозии, снижения её скорости до экономически разумных пределов.

В соответствии с объектом и способом оценки коррозии, а также измеряемым параметром, методы измерений (лабораторные и промышленные) можно свести к пяти основным группам её определения: визуальные, весовые, электрические, физические и аналитические [4, 6, 7, 10-12]. Все они, однако, встречают серьёзные затруднения при реализации их в промышленности.

Использование одного метода коррозионных измерений недостаточно (особенно при значимых коррозионных проблемах), предпочтительно подвергнуть анализу и испытаниям некоторое число, представляющих интерес методов, из которых затем выбираются два-три наиболее подходящих [4].

В нефтяной и химической промышленности, в результате повышения эффективности отбора и защиты материалов от коррозии, потенциальная экономия может составить более 15 млн. долл., 20 % этой суммы может быть обеспечено в результате расширения применения методов коррозионного контроля [4].

Выбираемый оценочный критерий должен соответствовать ряду требований, в том числе [4, 6 -8]: отражать реально протекающий коррозионный процесс, не искажаемый измерительной системой (поляризацией и другими воздействиями тока); основываться или непосредственно зависеть от прямого параметра коррозионного процесса (например, потери массы металла).

Всё это должно сочетаться с требованиями к оптимуму технологических и экономических характеристик измерительного процесса в промышленных условиях [4]. Получать информацию о происходящем коррозионном процессе в промышленных условиях необходимо не только с достаточной частотой, но и с заданной точностью, и измерять непосредственно прямые потери металла, из которого изготовлено оборудование. При этом нежелательно исключать значимые параметры коррозионного процесса.

Представляется интересным воспользоваться достоинствами весового метода. Например, при коррозионных испытаниях образцов-свидетелей представляется возможным использовать материал аналогичный материалу оборудования, тем самым, приближая условия испытания к реальным. При этом получаемая информация о коррозии будет зафиксирована в виде прямых потерь (прямые измерения коррозии). Для устранения недостатков весового метода представляется возможным применить современные способы и устройства преобразования, обработки, передачи и отображения информации. Ниже рассмотрены достоинства, возможности и ограничения существующих методов

(Таблица 1.1).

Последовательность преобразований значений измеряемого параметра в значения выходной величины

Значения активностей радионуклидов, остаточного 526Fe и полученных из химических элементов, входящих в состав стали (материал образца-свидетеля -сталь ст. 20), в результате активации образца-свидетеля нейтронами (первое облучение, радиоактивный распад и второе облучение), не приводятся, ввиду их малой доли (по отношению к основному радионуклиду 627Со) в образце-свидетеле и малого периода полураспада. На начало коррозионных измерений, в результате предусмотренной выдержки образца-свидетеля, радионуклиды с малым периодом полураспада значительно распадутся, а остаточная активность радионуклида 526Fe будет составлять доли процента от активности основного радионуклида 627Со. Погрешность выходной величины (интенсивности /()), при наличии выше приведённых факторов, несравнимо мала с суммарной погрешностью от более значимых влияющих параметров. При изготовлении образцов-свидетелей из других материалов, особенно из легированных и нержавеющих сталей, необходима оценка радионуклидного состава, полученного после активации и последующего радиоактивного распада. Баланс ядер, N(25 68Fe) = N 70 Со ) (tРЕС ) + NНА (25 68 Fe) + С(2 6Й)/() + NНА (27Со) + Nx(26 80fli) (tРЕС) (3.20) где tРЕС -заданный ресурс первичного измерительного преобразователя (образца-свидетеля).

Значение активности а образца-свидетеля преобразуется через квантовый выход п = 2 в значение первичного потока У -квантов ф1, [т(обр.св.) ± Ат(обр.св.)] К1 К2 0 58 [а1 (акт) Ф2{1 - ехр(- 2(акт.))}] А(г - am2F) {1-exp(- (пр .))} [ 2(акт .) Ф2{1-ехр(- 3(акт .))}] exp(-Л2) Л «= (3-21) = [ф1-Аф1 (Лі)]±Аф1т. 60Со Квантовый выход п = 2 (при распаде радионуклида 27 ) позволяет снизить СКСП ВВ в 1,4 раза и повысить в 2 раза чувствительность ПИП и ИИС (при одинаковых прочих условиях) в сравнении с применением образцов-свидетелей, содержащих радионуклид 25 69Fe (п = 1). 60Со Радионуклид 27 и, соответственно, удельная активность «меченного» им 60Со материала, равномерно распределены в образце-свидетеле, так как, 27 получен из 58 J7 изотопа 2 6te (см. 3.10), который является составной частью естественной смеси 55,847т изотопов химического элемента 26 ). Достаточный период полураспада (Т1/2 = 1924суток 27Со и высокий квантовый выход (п = 2), позволяет проводить измерения с заданной погрешностью, высокой чувствительностью, и достаточным ресурсом образца-свидетеля.

Первичный поток у -квантов ф1 в результате взаимодействия с материалом образца-свидетеля, с веществом технологической среды (с коррозионной средой окружающей образец-свидетель) и стенкой технологического оборудования (через фотоэффект, Комптон-эффект и эффект образования пар) преобразуется во вторичный поток у -квантов ф2 ф2=ф1В(Е,2,М,р,сі)exp(-МР і) р 22) В процессе взаимодействия /-квантов с веществом технологической среды, вызывающее ослабление интенсивности (полное поглощение некоторой доли /-квантов) первичного потока, и его рассеяние, имеют место флуктуации плотности р+Ар и толщины d + M слоя вещества между образцом-свидетелем и детектором. Эти флуктуации (±Ар и ±М) являются влияющим параметром ВП3, а также уменьшение толщины образца-свидетеля и стенки технологического оборудования вызывают изменения значений выходной величины ( ), не отображающие изменения значений измеряемого параметра,

Для уменьшения погрешности ±Ддаг, вызванной (в основном) изменением плотности р и (или) толщины d коррозионной среды (изменением поглощения и рассеяния первичных /-квантов) необходимо, уменьшение (в результате поглощения) числа регистрируемых /-квантов (последовательности электрических импульсов области полного поглощения) первичного потока ф1 компенсировать увеличением числа регистрируемых рассеянных /-квантов (последовательности электрических импульсов области рассеяния) вторичного потока ф2. Это достигается подбором порога интегральной дискриминации амплитудного (энергетического) спектра (Рисунок 3.2), позволяющего выделить (для регистрации интенсивности l(t)) стабильную площадь диапазона спектра (диапазон «сообщающихся сосудов»), тем самым стабилизировать измеряемую интенсивность I(t) при допустимых изменениях параметров (±Ар и±Ad) технологической среды.

Преобразование значений измеряемого параметра (в электронной части информационно-измерительной системы) через последо-вательность сцинтилляций Nc в значения интенсивности выходной величины I (t)

Скорость коррозии в химических и нефтеперерабатывающих производствах обычно (в соответствии с инструкциями) определялась весовым методом (гравиметрическим) в том числе и на установках первичной переработки нефти АВТ. В инструкции ОНПО «Пластполимер» [88] сказано, что при лабораторных испытаниях продолжительность испытаний должна составлять не менее 250 часов (скорость коррозии должна определяться после 24, 48, 100, 250 часов испытаний) при промышленных не менее 1000 часов. При невозможности снятия кинетической кривой и определении сравнительной стойкости материалов продолжительность лабораторных испытаний должна составлять не менее 500 часов.

В соответствии с инструкцией ВНИКТИнефтехимоборудование [89] оценивается скорость коррозии гравиметрическим методом - по потере массы образцов-свидетелей, продолжительность испытаний 7 суток; Инструкция Московского НПЗ [90] определяет следующий контроль за эффективностью противокоррозионной защиты. Эффективность применяемой ингибиторной защиты следует оценивать по скорости коррозии контрольных образцов-свидетелей из углеродистой стали, установленных на технологической установке ЭЛОУ-АВТ-6: после КВО по бензиновому тракту колонны К-1; после КВО по бензиновому тракту колонны К-2. Скорость коррозии контрольных образцов-свидетелей не должна превышать 0,1 мм в год. Контроль скорости коррозии в период наладки режима ингибирования производится регулярно 1 раз в 2-3 недели.

Достаточный опыт определения коррозии в промышленности диктует необходимость непрерывных и прямых измерений коррозии в промышленных условиях, и получении оперативной информации, позволяющей своевременно принять соответствующие решения; Отсутствие оперативного контроля коррозии не позволяет поддерживать её скорость на приемлемом уровне. Например, в Акте расследования производственной неполадки на установке АВТ-3 завода производства топлив (НПЗ г. Кстово) приведены следующие факты: обнаружены пропуски бензина на линии бензина (трубопровод 219 х 8 мм, материал сталь 20); свищ в стенке нижней части горизонтального участка трубопровода; свищ в верхней части сварного шва врезки трубопровода выхода из теплообменника.

После замены трубопровода (трубопровод вышел из строя преждевременно) и устранения выявленных коррозионных поражений через 5 дней выявлены новые пропуски бензина в стенке трубы коллектора бензина после теплообменника. Кроме того, появились пропуски задвижек из-за коррозии последних. За последнее время на установке АВТ-3 выходили из строя вследствие коррозионного износа секции теплообменника бензина. При проведении ремонта трубопровода бензина на внутренней поверхности нижней части труб отводов обнаружены многочисленные коррозионные поражения стенок. Проводимая ультразвуковая толщинометрия не позволяла получать истинного представления о состоянии трубопровода. Приборы непрерывного контроля скорости коррозии на технологической установке отсутствуют. Длительность простоя технологической установки из-за коррозии -8 часов. В дальнейшем были заменены выходящие из строя секции теплообменника. Заменён трубопровод - коллектор бензина.

Анализируя выше изложенное, очевидно, что существуют факторы, в том числе случайные и случайное их соотношение, которые вызывают повышенные скорости коррозии. Существующие системы защиты технологического оборудования от коррозии в состоянии не допускать высоких значений скорости коррозии при условии оперативного управления ими. Весовой (гравиметрический) метод не в состоянии оперативно отслеживать скорость коррозии, выдаёт результаты измерений с большой задержкой, обладает значительной инерционностью. Соответственно не может быть эффективным звеном в системе управления коррозией. Другие методы, а их не мало, не нашли применение, по ряду причин, для эффективного, надёжного и не зависящего, от многообразия влияющих факторов, контроля коррозии в промышленных условиях.

Результаты проведённого анализа коррозионной ситуации на предприятиях нефтеперерабатывающей и химической промышленности позволили сделать предположение, что скорость коррозии при проведении технологического процесса во времени неравномерна, и за период 7 дней (периодичность получения данных о скорости коррозии весовым методом) могут иметь место её значимые изменения.

Реализация контроля промышленной коррозии с применением ядерно-физических методов

В связи с вышеизложенным можно сделать следующие выводы. Равновесный диапазон спектра перемещается в область значений скоростей коррозии, адекватных защите от коррозии. Ширина диапазона спектра сужается вокруг ожидаемого среднего значения скорости коррозии по мере наладки системы защиты от коррозии. И наоборот диапазон уходит и расходится по мере расстройства системы защиты от коррозии или её несоответствия новым условиям или новым отдельным факторам. Оценивая динамику равновесного диапазона, спектра значений скоростей коррозии, появляется возможность выявления механизма, контролирующего коррозию.

На основании исследований можно сделать следующие выводы. Гипотеза о наличии «залповых» скоростей коррозии на установках первичной пе-реработки нефти (АВТ) получила экспериментальное подтверждение.

Впервые «залповые» скорости коррозии были выявлены на установке АВТ-6 (130 мм в год – апрель 1988 г. на НПЗ, г. Волгоград) и впоследствии подтверждены в результате проведённых экспериментов на установках АВТ-4 и АВТ-5 (96 мм в год – апрель-май 1994 г. и 91 мм в год – июнь-июль 1997 г. на НПЗ, г. Кстово). Значения скоростей коррозии имеют широкий спектр (нижние значения в пределах от 0,1 до 10 мм в год, верхние -до 130 мм в год). Изменение скорости коррозии во времени не имеют плавного характера, их дискретный характер является отличительным признаком от других параметров технологического процесса, таких как температура или давление. При таком (впервые выявленном) характере скорости коррозии, скачкообразных изменениях и разбросе значений (от 0,1 до 130 мм в год) отличающихся в 1000 раз эта величина не входит в рамки понятия параметра технологического процесса, её нельзя поставить в один ряд с такими параметрами как, температура, давление, концентрация. Встаёт вопрос -скорость коррозии параметр технологического процесса? или эта величина претендует на другое название и, соответственно, другое отношение к ней. Не исключено, что разброс значений вызван отсутствием оперативного контроля коррозии и, соответственно, оперативного принятия защитных мероприятий. Значительный разброс скоростей коррозии говорит о том, что сырьё (нефть) не подготовлено должным образом к переработке, а система защиты от коррозии не достаточна и не оперативна. Разброс значений скоростей коррозии (в 1000 раз) не коррелирует ни с одним параметром технологического процесса и является результатом несовершенства технологии, в данном случае имеется в виду технология первичной переработки нефти, её подготовка. В дальнейшем, очевидно, с уменьшением запасов её качество, определяющее её коррозионные свойства, будет падать. Другой нефти не будет. Один из вариантов – предварительная подготовка добытой нефти на нефтепромысле, кроме того, выходной и входной её контроль, в том числе по показателям коррозионной активности.

3. Получены убедительные результаты контроля коррозии на установках первичной переработки нефти АВТ. Реализованная технология контроля коррозии оказалась эффективной, скорость коррозии, например, на установке АВТ-4 удалось снизить более чем в 40 раз. Непрерывный контроль коррозии позволил поддерживать значение скорости коррозии на установке АВТ-4 на уровне 0,06 мм в год в течение 900 суток.

4. На установках первичной переработки нефти АВТ выявлены «залповые» скорости коррозии и убедительно показана их значимость и опасность их воздействия на технологическое оборудование продолжительное время.

5. Результаты, полученные с применением разработанной технологии позволили выявить спектр значений скоростей коррозии и структуру коррозионных потерь. Оценивая динамику равновесного (с условиями коррозии) диапазона, спектра значений скоростей коррозии, появляется возможность выявления механизма, контролирующего коррозию.

1. Обозначена актуальность решения задачи сохранения технологического оборудования, защиты его от коррозионного разрушения, снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций особенно во взрывопожаро- опасных химических и нефтеперерабатывающих производствах.

2. Коррозионный мониторинг показан как важная компонента в системе защиты от коррозии.

3. Рассмотрены методы и средства контроля коррозии и испытаний (визуальный, весовой гравиметрический, контрольно – регистрирующий, натурные испытания, электрохимический, электрический, электромагнитный, ультразвуковой и методы с применением радионуклидов).

4. Принят вывод, что для получения достоверной картины коррозионной ситуации применение одного метода недостаточно, необходимо подобрать два-три метода, наиболее эффективных в каждом конкретном производстве и взаимно дополняющих друг друга. Это способствует использованию преимуществ каждого метода, нивелирует их недостатки, позволяя получить однозначные исчерпывающие результаты.

5. Информацию о коррозии необходимо получать прямым методом (непосредственно, в виде потерь металла) в реальных условиях работы оборудования и в реальном масштабе времени, не зависящим от механизма коррозии и возмущающих факторов технологической среды.

5. Для реализации положительных возможностей гравиметрического метода и проведения непрерывных прецизионных измерений дополнить его достоинствами ядерно-физического метода, позволяющего бесконтактно и непрерывно передавать информацию от объекта измерения к детектору.