CN109187619B - 一种涉硫石化设备腐蚀自燃预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及安全预测方法技术领域，具体涉及一种涉硫石化设备腐蚀自燃预测方法，以解决现有技术中预测范围较小，安装、维护的工作量大，对设备内腐蚀自燃的情况预测不够及时的技术问题。本发明包括双指标体系预测的步骤；所述双指标体系预测的步骤，包括对温度监测的步骤和对自燃生成的SO2气体检测的步骤。本发明精确度高，运用拟合腐蚀产物自燃产生的定量关系公式，能较为精确的计算出发生自燃的时间，人工成本较低，不必使用人工检测的形式进行现场气体检测，降低成本的同时还确保了检测精度，本发明的方法操作简单，预测方法使用设备检测和运行程序自动化处理的形式，无需操作人员进行额外操作，确保了检测精度，避免了人员失误产生的事故。
Description
技术领域
本发明涉及安全预测方法技术领域，具体涉及一种涉硫石化设备腐蚀自燃预测方法。
背景技术
原油开采至今已有百余年，当下世界原油消耗量不断增加，位于北非地区传统的轻质低硫原油出产率快速下降，亚洲低密度、低硫原油同时进一步减少，而波斯湾地区生产的原油重量和含硫量也在不断升高。今后，世界原油质量将趋向于重质化、含硫化。
含硫油品中存在的活性硫对油品中存在的活性硫对油品储罐的腐蚀属于低温硫腐蚀。活性硫中的H2S处于低温干燥的环境下对储罐内壁没有腐蚀作用，但在有水的条件下会呈现出极强的腐蚀性。随着储罐服役时间的增加，罐壁内壁表面防腐层作用降低，导致壁面发生化学和电化学腐蚀，生成以FeS为主的混合物。随之，活性硫中的H2S进一步腐蚀罐壁，缓慢形成囊状或者层状物质，该物质由硫铁化合物、铁锈类化合物、单质硫以及少量的水分和油滴组成，其中油滴、单质硫及其它可燃性硫铁氧化物固体颗粒构成了储罐内壁上的可燃物质。特殊地，炼油厂内常减压、催化裂化、焦化等装置的塔顶及其冷凝冷却系统，以及污水气提塔塔顶，加硫脱氢反应器空冷等部位，装置、设备停车后打开清洗、检测与维修期间硫铁化合物氧化自热现象均会频繁发生。
当有大量空气进入设备内部气相空间时，一方面硫铁化物快速氧化放出大量热，设备内壁上形成的囊状或层状物质阻碍了热量扩散，致导热量积聚而形成自燃，并引起可燃物质燃烧；另一方面，大量空气与油品挥发或气化出来的气体形成火灾、爆炸环境、热量积聚形成的自燃以及可燃物质的燃烧极易造成火灾、爆炸事故。
目前，石化工业中设备腐蚀自燃预测的几种方法都存在着一定的缺陷：先前科研研究的腐蚀产物多为单一腐蚀物无法有效模拟实际情况下涉硫石化设备内所生成的硫铁化物。测温法安装温度传感器在设备内部，由于是点接触，预测范围较小，安装、维护的工作量大，特别是温度传感的探头、引线极易遭受到破坏；标志性气体检测法设定的指标定量若过高的话，存在一定的滞后性，在氧化反应速度快的情况下，对设备内腐蚀自燃的情况预测不够及时；人工检测工作量大、间隔时间长，不能连续实时检测。
发明内容
本发明提供了一种涉硫石化设备腐蚀自燃预测方法，以解决现有技术中预测范围较小，安装、维护的工作量大，对设备内腐蚀自燃的情况预测不够及时的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种涉硫石化设备腐蚀自燃预测方法，包括双指标体系预测的步骤；所述双指标体系预测的步骤，包括对温度监测的步骤和对自燃生成的SO2气体检测的步骤；
所述对温度监测步骤为：
A.通过连接在涉硫石化设备外壁的热电偶进行实时温度测量，并且温度测量值通过测温仪表进行显示并且将温升情况数据传递至温度参数数据处理设备；
B.所述温度参数数据处理设备将涉硫石化设备内的温升情况数据与温升临界指标比对从而判断是否开启警报，在需要开启警报的情况下传送信号至DCS中控系统；
C.所述DCS中控系统接到报警信号后开启警报；
所述对自燃生成的SO2气体检测的步骤包括：
A.通过连接在涉硫石化设备上的无线SO2气体检测仪对涉硫石化设备内的SO2气体浓度进行检测，并且根据SO2气体浓度判定设备内的硫化程度，将硫化程度数据传递至气体浓度参数数据处理设备；
B.选用对应硫化程度的拟合公式的临界值；
C.所述气体浓度参数数据处理设备将涉硫石化设备内部的硫化程度数据和对应硫化程度的拟合公式的临界值进行比对从而判断是否开启警报，在需要开启警报的情况下传送信号至DCS中控系统；
D.所述DCS中控系统接到报警信号后开启警报。
优选的，所述对温度监测步骤中的步骤A中所述的热电偶为外部铠装热电偶。
优选的，所述对温度监测步骤中的温升临界指标△Ts的计算方式如下：
ΔTs＝CsΔTmax
式中，△Ts为预测涉硫石化设备自燃火灾的临界温升，计量单位为℃；
Cs为安全控制系数，在大空间建筑中采用Cs＝0.2～0.8，本预警方法优选Cs＝0.5；
△Tmax为研究工况下，涉硫石化设备发生自燃火灾时，在氧化初始期可能达到的最大温升，计量单位为℃。
更优选的，环境温升临界指标△Ts取30℃，在设备内温升超过30℃时，则对该设备采取相应的冷却降温预控措施。
优选的，所述对自燃生成的SO2气体检测的步骤中对应硫化程度的拟合公式的临界值ys的计算方式如下：
ys＝Csymax
式中，ys为预测涉硫石化设备自燃火灾的临界SO2气体浓度，计量单位为mg/μL；
Cs为安全控制系数，在大空间建筑中采用Cs＝0.2～0.8；
ymax为研究工况下SO2气体的最大浓度，计量单位为mg/μL。
优选的，所述涉硫石化设备腐蚀自燃中产生的腐蚀情况包括轻度硫化和深度硫化。
更优选的，对于轻度硫化和深度硫化情况下可通过如下的自燃生成SO2浓度y与时间t的
定量关系公式进行计算：
1)轻度硫化：y＝-3×10-9t5+2×10-7t4-3×10-6t3
-0.0002t2+0.0055t-0.0101
2)深度硫化：y＝-5×10-7t4+4×10-5t3
-0.0012t2+0.0129t-0.0125
其中，y为SO2气体浓度，计量单位为mg/μL；
t为反应时间，计量单位为min；
对SO2浓度y与时间t定量关系拟合公式两边求一阶导数，令dy/dt＝0，可求得SO2气体浓度y达到最大值时的对应时间tmax，把tmax代入拟合公式则可得到SO2气体的最大浓度ymax。
对深度硫化产物其自燃火灾的SO2气体预警浓度宜取ys＝0.017mg/μL；对轻度硫化产物的自燃火灾SO2气体预警浓度宜取ys＝0.012mg/μL。
更优选的，在氧化自燃反应开始后150s内产生SO2气体时，判定设备内发生的腐蚀为深度硫化；在氧化自燃反应开始150s之后产生SO2气体时，判定设备内发生的腐蚀为轻度硫化。
本发明作为针对涉硫石化设备腐蚀自燃的一种预测方法，具有以下有益效果：
现有技术大部分自燃火灾监测指标的选取不恰当，对于设备内自燃情况预测不准确，本发明精确度高，运用拟合腐蚀产物自燃产生的定量关系公式，能较为精确的计算出发生自燃的时间。一方面，本发明的人工成本较低，不必使用人工检测的形式进行现场气体检测，降低成本的同时还确保了检测精度。另一方面，本发明的方法操作简单，预测方法使用设备检测和运行程序自动化处理的形式，无需操作人员进行额外操作，确保了检测精度，避免了人员失误产生的事故。最后，在线实时检测，铠装热电偶和SO2气体检测仪实时反馈监测结果，保障设备一直处于监控之下，能够及时的发出警报，进行预警。
附图说明
图1是本发明用于涉硫石化设备腐蚀自燃预测的结构示意图。
图2是本发明方法的预测流程图。
图中，1-涉硫石化设备，2-热电偶，3-测温仪表，4-温度参数数据处理设备，5-DCS中控系统，6-气体浓度参数数据处理设备，7-无线SO2气体检测仪。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例的具体实施步骤为：
1、根据浮顶罐尺寸将装有铠装热电偶的瓷套管焊接在涉硫石化设备底部以及气相空间顶部等器壁内部易与空气接触发生腐蚀部位对应的外壁，热电偶时间常数为15s，热电偶冷端接补偿导线，补偿导线另一端接测温仪表，将测温仪表与温度数据处理设备相连接。
2、在温度数据处理设备处设置好温度临界值△Ts＝30℃，通过热电偶获得设备腐蚀自燃部位的实时温度，当任意一处热电偶所测温度超过临界值△Ts＝30℃时，将温升温度到达临界时间(t△Ts)反馈至DCS系统处进行下一步处理。
3、发生腐蚀自燃后，测温仪表反馈反应开始起始时间，结合无线SO2气体检测仪检测的SO2气体出现时间，分析判定得到浮顶罐内腐蚀物的硫化程度，选用对应硫化程度的SO2浓度与时间的定量关系拟合公式，得到SO2气体的最大浓度ymax及临界SO2气体浓度临界值。同时，通过无线SO2气体检测仪实时检测设备内SO2浓度，气体检测仪每10s反馈一次SO2浓度数值。若浓度到达自燃火灾的SO2气体预警浓度时，将储罐SO2气体浓度达到临界浓度的时间(tys)反馈至DCS系统。
4、当温升达到临界温升的时间(t△Ts)和SO2气体浓度达到临界浓度的时间(tys)其中任一或两者反馈到DCS系统中时，DCS控制界面即发出浮顶罐内发生腐蚀自燃的事故预警警报，对操作人员进行事故预警。
以上所述，仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效方法的变化，均属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种涉硫石化设备腐蚀自燃预测方法，其特征在于：包括双指标体系预测的步骤；所述双指标体系预测的步骤，包括对温度监测的步骤和对自燃生成的SO2气体检测的步骤；
所述对温度监测步骤为：
A.通过连接在涉硫石化设备(1)外壁的热电偶(2)进行实时温度测量，并且温度测量值通过测温仪表(3)进行显示并且将温升情况数据传递至温度参数数据处理设备(4)；
B.所述温度参数数据处理设备(4)将涉硫石化设备(1)内的温升情况数据与温升临界指标比对从而判断是否开启警报，在需要开启警报的情况下传送信号至DCS中控系统(5)；温升临界指标△Ts取30℃；
C.所述DCS中控系统(5)接到报警信号后开启警报；
所述对自燃生成的SO2气体检测的步骤包括：
A.通过连接在涉硫石化设备(1)上的无线SO2气体检测仪(7)对涉硫石化设备(1)内的SO2气体浓度进行检测，并且根据SO2气体浓度判定设备内的硫化程度，将硫化程度数据传递至气体浓度参数数据处理设备(6)；
B.选用对应硫化程度的拟合公式的临界值；
C.所述气体浓度参数数据处理设备(6)将涉硫石化设备(1)内部的硫化程度数据和对应硫化程度的拟合公式的临界值进行比对从而判断是否开启警报，在需要开启警报的情况下传送信号至DCS中控系统(5)；所述涉硫石化设备(1)腐蚀自燃中产生的腐蚀情况包括轻度硫化和深度硫化，对深度硫化产物其自燃火灾的SO2气体预警浓度取ys＝0.017mg/μL；对轻度硫化产物的自燃火灾SO2气体预警浓度取ys＝0.012mg/μL；对于轻度硫化和深度硫化情况下可通过如下的自燃生成SO2浓度y与时间t的定量关系公式进行计算：
1)轻度硫化：
2)深度硫化：
其中，y为SO2气体浓度，计量单位为mg/μL；
t为反应时间，计量单位为min；
对SO2浓度y与时间t定量关系拟合公式两边求一阶导数，令dy/dt＝0，可求得SO2气体浓度y达到最大值时的对应时间tmax，把tmax代入拟合公式则可得到SO2气体的最大浓度ymax；
D.所述DCS中控系统(5)接到报警信号后开启警报。
2.根据权利要求1所述的涉硫石化设备腐蚀自燃预测方法，其特征在于：所述对温度监测步骤中的步骤A中所述的热电偶(2)为外部铠装热电偶(2)。
3.根据权利要求1所述的涉硫石化设备腐蚀自燃预测方法，其特征在于：所述对温度监测步骤中的温升临界指标△Ts的计算方式如下：
△Ts＝Cs△Tmax
式中，△Ts为预测涉硫石化设备(1)自燃火灾的临界温升，计量单位为℃；
Cs为安全控制系数，在大空间建筑中采用Cs＝0.2～0.8；
△Tmax为研究工况下，涉硫石化设备(1)发生自燃火灾时，在氧化初始期可能达到的最大温升，计量单位为℃。
4.根据权利要求3所述的涉硫石化设备腐蚀自燃预测方法，其特征在于：在涉硫石化设备(1)内温升超过30℃时，则对该设备采取相应的冷却降温预控措施。
5.根据权利要求1所述的涉硫石化设备腐蚀自燃预测方法，其特征在于：所述对自燃生成的SO2气体检测的步骤中对应硫化程度的拟合公式的临界值ys的计算方式如下：
ys＝Csymax
式中，ys为预测涉硫石化设备(1)自燃火灾的临界SO2气体浓度，计量单位为mg/μL；
Cs为安全控制系数，在大空间建筑中采用Cs＝0.2～0.8；
ymax为研究工况下SO2气体的最大浓度，计量单位为mg/μL。
6.根据权利要求1所述的涉硫石化设备腐蚀自燃预测方法，其特征在于：在氧化自燃反应开始后150s内产生SO2气体时，判定设备内发生的腐蚀为深度硫化；在氧化自燃反应开始150s之后产生SO2气体时，判定设备内发生的腐蚀为轻度硫化。
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