CN116823207A - 一种加热炉设备的腐蚀检查和状态评估系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加热炉设备的腐蚀检查和状态评估系统及方法，属于腐蚀检测技术领域，所述系统包括超声测厚仪、可视化的数据平台、APP软件、服务器，通过可视化的数据平台和APP软件共同实现加热炉设备的腐蚀检查过程控制、腐蚀状况评估及自动报告生成；所述方法建立了加热炉动态腐蚀检查计划、腐蚀检查过程控制、加热炉腐蚀状态即时评估、自动报告、缺陷自动识别和提报等腐蚀检查的流程，包括建立了加热炉重要性等级和腐蚀检查等级的划分、寿命预测、腐蚀风险等级划分。本发明提升了加热炉设备腐蚀检查的效率和科学性，可广泛应用于石油、化工领域加热炉设备的腐蚀检查、日常定点测厚、缺陷管理、预防性维修。
Description
技术领域
本发明属于腐蚀检测技术领域，具体涉及一种加热炉设备的腐蚀检查和状态评估系统及方法。
背景技术
腐蚀检查是搞好设备腐蚀防护技术工作的重要手段，设备专业管理的一项基础性工作。通过腐蚀检查可以全面了解设备的腐蚀环境和腐蚀情况，及时发现并处理腐蚀严重或存在安全隐患，是设备更新、预防性维修、缺陷管理等设备管理活动的重要依据，设备长周期运行的重要保障。
常规加热炉的腐蚀检查流程包括资料收集、制定腐蚀检查方案、现场检查、结果反馈、数据整理、提交报告等环节。腐蚀检查方案主要根据防腐经验来制定，技术人员现场开展检查、拍照、测厚等活动，需要人工记录位号、部位、测厚数据等信息，再对各种照片、数据等分类整理，最后形成检查报告，整个周期长。
随着人工智能、云计算、工业互联网、5G等新技术的不断深入应用，炼化行业对于“工业互联网+安全生产”有着迫切和现实的需求，急需数字化转型，加热炉腐蚀检查过程采用人工线下单点记录，数据分散，后期采用人工处理数据的方式，对各种照片、数据等分类整理，编制腐蚀检查报告，工作量相当大，人工成本高，效率极低。此外，对于测量获得的腐蚀测厚数据不能深度分析利用，不能及时反映加热炉设备健康状况，现有的加热炉设备的缺陷管理和设备预防性管理工作主要依靠人工经验，不能与设备的主数据和腐蚀测厚数据相关联，科学有效的指导设备管理相关工作。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种加热炉设备的腐蚀检查和状态评估系统及方法，基于物联网技术，可以实现加热炉设备信息自动识别、测点定位，测厚数据无线传输、腐蚀速率和剩余寿命自动计算，设备腐蚀风险评估，同类数据实时对比分析反馈，自动报告，专家远程诊断，设备相关的其他管理活动协同办理等功能，从而规范管理，减轻人工劳动，提高腐蚀检查的效率和质量，并为设备的缺陷识别和预防性维修管理提供数据支撑。
本发明的技术方案如下：
一种加热炉设备的腐蚀检查和状态评估系统，括超声测厚仪、可视化数据平台、APP软件、服务器；其中，
所述超声测厚仪用于完成加热炉设备关键部位的厚度检测，并通过无线传输功能将检测数据发送到加热炉设备腐蚀检查APP软件上；
所述可视化数据平台与所述APP软件配合完成加热炉设备的腐蚀检查过程控制、腐蚀状况评估及自动报告生成，共包括PC端和移动端两部分；其中，移动端包括加热炉设备基础信息识别模块、腐蚀检查任务管理模块、现场检查信息采集及过程控制模块、加热炉设备腐蚀状况评级模块、检查进度查询模块、专家诊断模块、设备相关的其他管理活动协同办理模块；PC端包括建立加热炉设备标准数据库模块、编制加热炉设备腐蚀检查方案模块、确定加热炉设备需重点检查部位模块、加热炉设备腐蚀状态评估模型模块、等级划分模块、腐蚀检查报告自动生成模块；
所述服务器内置算法程序，用于存储和快速处理系统产生的所有数据，包括基础数据和过程数据，并及时响应移动端和PC端的服务请求并对其进行处理。
进一步地，超声测厚仪采用脉冲反射超声波测量原理和电磁超声测厚原理进行厚度测量，探头和机身一体化设计，能够单手操作，且根据测量对象的管径、尺寸大小以及温度的高低，更换不同尺寸和类型的探头，内置无线或蓝牙模块，采用规范的数据传输格式，与手机、平板电脑进行通信并传输数据与波形。
进一步地，移动端搭载在防爆PAD或防爆手机上，通过功能和检查流程设计，向导式的开展加热炉设备腐蚀检查以及系统化的数据管理。
一种加热炉设备的腐蚀检查和状态评估方法，采用如上所述加热炉设备的腐蚀检查和状态评估系统进行腐蚀检查和状态评估，具体包括如下步骤：
步骤1.现场检查前，建立加热炉设备的主数据，包含加热炉设备的基础信息、工艺规程、测厚数据台账、检维修记录信息，通过资料上传、关键字段识别的方式导入数据库，便于计算机识别和统一处理，以及后续模型风险计算与自动报告内容的获取；移动端扫描设备二维码标签快速定位设备，并显示设备的相关信息；或通过拍照设备铭牌/编码定位到对应设备，并显示设备基本信息；或通过设备树的形式逐级查找设备信息；
步骤2.在PC端从服务器下载腐蚀检查装置基本资料后，根据加热炉设备的腐蚀机理分析、设备的重要性等级、上周期腐蚀检查问题及运行期间腐蚀问题梳理、理论腐蚀速率核算结果确定需要检查的加热炉设备，并进行检查等级划分，等级划分包括重点检查和一般检查两个等级，确定设备管线的检查内容和要点，编制腐蚀检查计划方案，并回传至服务器；
步骤3.腐蚀检查人员在APP软件上通过账号密码和相应的权限设置进行登录，从服务器下载加热炉设备的主数据、腐蚀检查计划到腐蚀检查移动终端，根据检查计划向导式的完成检查任务，一体化测厚设备测量的数据自动上传到对应的检查位置，必要时，对于检查出的问题进行专家远程诊断；
根据检查结果，系统自动汇总生成加热炉设备检查的腐蚀问题；根据设备管线完成状态，自动生成甘特图，统计完成率、完成明细表，显示进度状态；完成检查的数据和结果上传至服务器；
步骤4.服务器内按照加热炉设备状态评估流程评估设备状态，根据测厚数据、历史数据、加热炉的基础信息，通过内置算法自动评估加热炉设备健康状态，包括腐蚀速率、剩余寿命、腐蚀风险等级；
其中，加热炉的剩余寿命为腐蚀剩余寿命和蠕变断裂剩余寿命的最小值；腐蚀风险等级是基于测厚数据、腐蚀速率、剩余寿命及设备的重要性等级确定的，并在界面显示中以红黄绿交通灯形式展示报警信息；
步骤5.根据腐蚀风险等级进一步确定是否提报缺陷，或者根据腐蚀风险等级判定该加热炉设备是否作为下次检查的重点，同时动态的自动生成腐蚀检查计划；
对于高风险和中风险，系统自动提报缺陷，进入缺陷管理流程，同时反馈给APP软件进行分级预警展示；
步骤6.在PC端下载检查数据，通过设置报告模板，根据现场腐蚀检查情况，并结合项目腐蚀检查方案自动生成加热炉腐蚀检查日报、单体设备检查表、腐蚀检查总报告，从而完成加热炉整个腐蚀检查过程和健康状态评估。
进一步地，对加热炉设备基础资料库中的主数据、特性值进行过滤，提取有效字段形成各类设备标准数据库；数据库的数据结构、名词术语、材料和介质名称、计量单位实行标准化、统一化。
进一步地，加热炉设备腐蚀检查等级的划分方法如下：
重点检查设备包括：1)上次腐蚀检查发现问题较重的加热炉设备；2)本周期运行中出现问题的加热炉设备；3)RBI分析失效概率高于3和风险等级为中高以上的加热炉设备；4)核算得到的腐蚀速率>0.38mm/a的薄弱部位；5)装置设备管理人员认为存在问题的加热炉设备；6)设备重要性等级为A类的加热炉；7)同类装置出现过腐蚀问题的设备；
重点检查设备检查深度：针对设备存在的损伤机理或以往出现的问题详细检查；
除重点检查以外的设备视为一般检查设备。
进一步地，加热炉设备重要性等级根据生产重要性、自身重要性、炉管使用年限、联锁完善程度、可维修性综合判断，进行量化分级(A、B、C三级)，A级：≥3.65分；B级：＜3.65分，≥2.8分；C级：＜2.8分；其中，
生产重要性，权重45％，评价加热炉重要程度，参照设备故障强度等级分级，表示故障停机时对装置造成的影响，等级越高评分越高；无影响时计1分，单台设备停运计2分，单套生产装置异常波动或未引起装置异常波动的大机组停机计3分，系统或装置局部停工，大机组急停计4分，单套装置非计划停工或2套以上装置异常波动计5分；涉及联锁的加热炉，按照加热炉故障后触发联锁对生产造成的影响评分，不涉及联锁的设备按照实际影响评分；
自身重要性，权重20％，结合加热炉在不同生产装置中运行环境，评价加热炉的重要程度；其它加热炉计1分，炉膛温度≥70℃且炉管材质为碳钢的加热炉计2分，负荷≥10MW的加热炉计3分，临氢介质加热炉计4分，制氢转化炉、延迟焦化加热炉、减压炉、裂解炉计5分；不同生产装置的加热炉，炉膛温度、炉管结焦程度、高温损伤程度不同，运行环境越苛刻，评分越高；
炉管使用年限，权重10％；炉管使用年限越长，发生失效的可能性越大，剩余寿命越小；评价加热炉联锁保护系统设置完善程度；炉管运行时间超过4年但不足10年，且裂解炉炉管不足6年计2分，裂解炉炉管≥6年计3分，炉管运行时间≥10年，裂解炉炉管≥8年计5分；炉管运行时间越长，炉管发生高温损伤的可能性越大，评分越高；
联锁完善程度，权重15％；评价加热炉联锁保护系统设置完善程度；联锁保护设置符合标准的加热炉计1分，联锁保护设置不符合标准且有整改计划的加热炉计3分，联锁保护设置不符合标准且没有整改计划的加热炉计5分；联锁完善标准参照《中国石化炼油装置管式加热炉联锁保护系统设置指导意见》，联锁保护完善程度越低的加热炉，发生事故的概率越高，评分越高；
可维修性，权重10％；故障后大修造成的修理费用及时间成本；造成的损失＜5万元或检修时长3天以内计1分，造成的损失5-10万元或检维修时长3～7天计2分，造成的损失10-50万或检维修时长7～15天计3分，造成的损失超过50-10万或检维修时长15-30天计4分，造成的损失超过10万或检维修时长30天以上计5分；此项只根据设备维修费用评分，包括零配件采购费用、配合维修产生的费用、人工费用及检修时长。
进一步地，加热炉设备需要重点检查的部位有：炉管、弯头、吊挂、钢结构、吹灰蒸汽管道、炉体、空气预热器；建立加热炉设备腐蚀检查方案列表，列表字段包括企业、车间、装置、工艺单元、设备名称、设备位号、投用日期、损伤机理、上周期腐蚀检查情况、本周期运行状况、检查等级、对流段温度、对流段压力、对流段炉管材质、对流段炉管规格、辐射段温度、辐射段压力、辐射段炉管材质、辐射段炉管规格；其中，加热炉的损伤机理包括渗碳、热疲劳、热冲击、氧化、硫化、热腐蚀、冲蚀。
进一步地，腐蚀速率的自动计算包括两种方法：
方法1，根据一定周期内的壁厚减薄量进行计算，腐蚀速率＝(tN-t0)/d，tN为原始壁厚，t0为最近一次测量壁厚，tN-t0为壁厚减薄量，d为设备投用时间；相对减薄量表示为
方法2，历次测厚数据求斜率，首先将时间转换为天；然后对(si,st)i＝1,2,…,N求直线t＝as+b，使Q(a,b)最小，
最后腐蚀速率＝a/365；
其中，s为测厚数据；N为第n次测厚。
进一步地，腐蚀剩余寿命的计算过程为：
如果DN≥100并且最近一次壁厚测量值≤3mm，或者最近一次壁厚测量值≤计算的最小壁厚，则剩余寿命＝0，其他情况按下式计算剩余寿命：
蠕变断裂剩余寿命的计算过程为：
①炉管热应力分析
式中：P为工作时的内压力(Pa)；rw为炉管外径(m)；rn为炉管内径(m)；β为线膨胀系数(1/℃)；E为弹性模量(Pa)；ΔT为内外壁平均温差(℃)；u为泊松比；
②对于CrMo钢，根据下面公式计算蠕变断裂剩余寿命：
lgtr＝[28384.06-4136.19lgσ-T0(20.3+lgt0)]/Tr-20.3
tr为在继续运行温度下持续的时间；σ为热应力；T0为历史运行温度；t0为历史运行时间；Tr为继续运行温度。
进一步地，确定加热炉腐蚀风险等级的过程为：
当腐蚀速率大于0.5mm/a或剩余寿命小于1年时，腐蚀风险为1级；当腐蚀速率在0.3-0.5mm/a或剩余寿命在1-1.5mm/a年之间时，腐蚀风险为2级；当腐蚀速率在0.1-0.3mm/a或剩余寿命在1.5-2年之间时，腐蚀风险为3级；当腐蚀速率小于0.1mm/a时，腐蚀风险为4级；在此基础上结合设备的重要度：A级、B级、C级，确定设备的风险等级；具体如下：
当设备重要度为A级，腐蚀风险为1级或2级时，风险等级判定为高风险；
当设备重要度为A级，腐蚀风险为3级时，风险等级判定为中风险；
当设备重要度为A级，腐蚀风险为4级时，风险等级判定为低风险；
当设备重要度为B级，腐蚀风险为1级时，风险等级判定为高风险；
当设备重要度为B级，腐蚀风险为2级时，风险等级判定为中风险；
当设备重要度为B级，腐蚀风险为3级或4级时，风险等级判定为低风险；
当设备重要度为C级，腐蚀风险为1级时，风险等级判定为中风险；
当设备重要度为C级，腐蚀风险为2级、3级或4级时，风险等级判定为低风险。
进一步地，根据腐蚀风险等级动态调整日常测厚与维护计划：
①当腐蚀速率在0.3-0.5mm/a或剩余寿命在1-1.5mm/a年之间时，每三个月测定一次；
②当腐蚀速率在0.1-0.3mm/a或剩余寿命在1.5-2年之间时，每六个月测定一次；
③当腐蚀速率小于0.1mm/a时，可在每次停工检修时测定一次；
④对腐蚀速率大于0.5mm/a或剩余寿命小于1年的部位应进行监控，增加测厚频率。
进一步地，加热炉腐蚀检查日报包含的内容有：项目整体进度、加热炉设备检查完成列表和完成率、当日所有的腐蚀检查情况；腐蚀检查总报告内容包括：设备概况、上周期检查情况、本周期运行情况、单体设备检查表、结论与建议。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明实现了加热炉设备腐蚀检查过程的数字化转型，测厚数据能够实时获取、存储及深度分析利用，并即时评估、反馈加热炉设备的健康状态，自动生成腐蚀检查日报和总报告，动态调整腐蚀检查计划，规范了加热炉设备的腐蚀检查流程，提高了腐蚀检查的效率和科学性，为加热炉设备完整性缺陷管理和预防性、预测性维修提供了技术支撑。本发明可广泛应用于石油、化工领域加热炉设备的腐蚀检查、日常定点测厚、缺陷管理、预防性维修。
附图说明
图1为本发明加热炉设备的腐蚀检查和状态评估方法的整体流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
本发明涉及的方法及系统可以用于加热炉设备现场腐蚀检查，所要解决的技术问题主要有：结合工业物联网技术，实现加热炉腐蚀检查过程控制，提高腐蚀检查效率和科学性，并与设备管理相关活动关联，提升管理效率；腐蚀测厚数据深度分析利用，加热炉设备状态即时评估、反馈。
基于上述问题，本发明了提出了一种基于物联网的加热炉设备的腐蚀检查方法及信息系统，建立了加热炉动态腐蚀检查计划、腐蚀检查过程控制、加热炉腐蚀状态即时评估、自动报告、缺陷自动识别和提报等腐蚀检查的流程和方法，提升了加热炉设备腐蚀检查的效率和科学性。同时，建立了加热炉重要性等级和腐蚀检查等级的划分方法；以及建立了加热炉腐蚀状态评估方法，包括寿命预测、腐蚀风险等级划分等。以下对系统及方法进行详细介绍。
一种加热炉设备的腐蚀检查和状态评估系统，包括超声测厚仪、可视化数据平台、APP软件、服务器；其中，
超声测厚仪完成加热炉设备关键部位的厚度检测，并通过无线传输功能将检测数据发送到加热炉设备腐蚀检查APP软件上，超声测厚仪可采用脉冲反射超声波测量原理和电磁超声测厚原理进行厚度测量，探头和机身一体化设计，能够单手操作，且根据测量对象的管径、尺寸大小以及温度的高低，更换不同尺寸和类型的探头，内置无线或蓝牙模块，采用规范的数据传输格式，可与手机、平板电脑进行通信并传输数据与波形；
通过可视化数据平台和APP软件共同实现加热炉设备的腐蚀检查过程控制、腐蚀状况评估及自动报告生成，共包括PC端和移动端两部分；移动端可搭载在防爆PAD或防爆手机上，通过功能和检查流程设计，向导式的开展加热炉设备腐蚀检查以及系统化的数据管理，移动端主要的功能模块包括加热炉设备基础信息的识别模块、腐蚀检查任务管理模块、现场检查信息采集及过程控制模块、加热炉设备的腐蚀状况评级模块、检查进度查询模块、专家诊断模块、设备相关的其他管理活动协同办理模块等；PC端的主要功能模块包括建立加热炉设备标准数据库模块、编制加热炉设备腐蚀检查方案模块、确定加热炉设备需重点检查部位模块、加热炉设备腐蚀状况评估模型模块、等级划分模块、腐蚀检查报告自动生成模块等。
服务器内置算法程序，主要用于存储和快速处理系统产生的所有数据，包括基础数据和过程数据，并及时响应移动端和PC端的服务请求并对其进行处理。
如图1所示，一种加热炉设备的腐蚀检查和状态评估方法，包括如下步骤：
步骤1.现场检查前，建立加热炉设备的主数据，包含加热炉设备的基础信息、工艺规程、测厚数据台账、检维修记录等信息，通过资料上传、关键字段识别的方式导入数据库进而建立加热炉设备标准化数据库，便于计算机识别和统一处理，以及后续模型风险计算与自动报告等内容的获取；移动端可扫描设备二维码标签快速定位设备，并显示设备的相关信息；或通过拍照设备铭牌/编码定位到对应设备，并显示设备基本信息；也可通过设备树的形式逐级查找设备信息；
对加热炉设备基础资料库中的主数据、特性值进行过滤，提取有效字段形成各类设备标准数据库，主要特征值见表1。数据库的数据结构、名词术语、材料和介质名称、计量单位实行标准化、统一化。
表1加热炉标准化数据库
步骤2.在PC端从服务器下载腐蚀检查装置基本资料后，根据加热炉设备的腐蚀机理分析、设备的重要性等级、上周期腐蚀检查问题及运行期间腐蚀问题梳理、理论腐蚀速率核算结果确定需要检查的加热炉设备，并进行检查等级划分，等级划分包括重点检查和一般检查两个等级，确定设备管线的检查内容和要点，编制腐蚀检查计划方案，并回传至服务器；
该系统会根据检查内容，停工网络，编制腐蚀检查进度计划，人员安排等表格。根据计划表格可自动生成甘特图等可视化计划图表；可采用腐蚀检查移动终端扫描二维码实现设备的定位。也可以在检查设备清单中点击相应的设备位号，定位设备。在PC端编制完成腐蚀检查计划，可将计划相关内容上传至服务器汇总。在服务器内将加热炉基础数据和检查计划封装成不同的子项目，并分配不同的账号，赋予下载和上传权限。
其中，
(1)加热炉设备腐蚀检查等级的划分方法如下：
重点检查(Ⅰ类)设备包括：
1)上次腐蚀检查发现问题较重的加热炉设备；
2)本周期运行中出现问题的加热炉设备；
3)RBI分析失效概率高于3和风险等级为中高以上的加热炉设备；
4)核算得到的腐蚀速率>0.38mm/a的薄弱部位；
5)装置设备管理人员认为存在问题的加热炉设备；
6)设备重要性等级为A类的加热炉；
7)同类装置出现过腐蚀问题的设备。
Ⅰ类设备检查深度：针对设备存在的损伤机理或以往出现的问题详细检查。
除Ⅰ类以外的设备视为Ⅱ类设备，即一般检查设备。
(2)设备重要性等级根据生产的重要性、自身重要性、炉管使用年限、联锁完善程度、可维修性综合判断，进行量化分级(A、B、C三级)，A级：≥3.65分；B级：＜3.65分，≥2.8分；C级：＜2.8分，量化评估方法见表2。
表2量化评估表
(3)加热炉理论腐蚀速率核算：对加热炉操作温度≥220℃的部位进行核算，原料中的酸值≥0.3的，通过API581查表获得腐蚀速率；酸值<0.3的，可不考虑环烷酸腐蚀，采用下式获得腐蚀速率；
FS＝1.22095268+1.00846101lgS+0.419133838(lgS)2+0.0899270387(lgS)3
其中，CR为腐蚀速率；FS为腐蚀速率倍乘因子；T为操作温度；S为硫含量；a1、b1、c1、d1为常数，参见表3。
表3 a1、b1、c1、d1取值划分
| 材质 | a1 | b1 | c1 | d1 |
| 碳钢 | -8.03653240 | 0.04061326 | -5.55953193×10-5 | 14.2287897×10-9 |
| 1～3Cr | -8.12546730 | 0.04133083 | -6.34606549×10-5 | 27.1779559×10-9 |
| 4～6Cr | -6.84755850 | 0.02903126 | -3.19845385×10-5 | 0.696036617×10-9 |
| 7Cr | -7.46046352 | 0.03324798 | -4.56596135×10-5 | 15.0157327×10-9 |
| 9Cr | -7.10172462 | 0.02974897 | -3.75692871×10-5 | 8.12984347×10-9 |
| 12Cr | -5.33904362 | 0.01519004 | -1.30935196×10-5 | 2.50995558×10-9 |
| 18-8 | -5.87787104 | 0.01639363 | -1.94588374×10-5 | 9.97231187×10-9 |
腐蚀速率限值设为0.38mm/a(15mil/a)。
当腐蚀速率>0.381mm/a(15mil/a)时，建议材质升级，腐蚀检查计划重点检查；当腐蚀速率>0.254mm/a&≤0.381mm/a时，进行提醒，加强监测，腐蚀检查关注；当腐蚀速率≤0.254mm/a时，材质满足使用要求，腐蚀检查可一般关注。
(4)加热炉设备需要重点检查的部位有：炉管、弯头、吊挂、钢结构、吹灰蒸汽管道、炉体、空气预热器等。
(5)建立加热炉设备腐蚀检查方案列表，列表字段包括企业、车间、装置、工艺单元、设备名称、设备位号、投用日期、损伤机理、上周期腐蚀检查情况、本周期运行状况、检查等级、对流段温度、对流段压力、对流段炉管材质、对流段炉管规格、辐射段温度、辐射段压力、辐射段炉管材质、辐射段炉管规格。其中，加热炉的损伤机理包括渗碳、热疲劳、热冲击、氧化、硫化、热腐蚀、冲蚀等。
步骤3.腐蚀检查人员在APP软件上通过账号密码和相应的权限设置进行登录，从服务器下载加热炉设备的主数据、腐蚀检查计划到腐蚀检查移动终端，根据检查计划向导式的完成检查任务，一体化测厚设备测量的数据自动上传到对应的检查位置，对于检查出的问题可进行专家远程诊断；
在进行检查任务时，已完成检查的设备、完成部分检查的设备和未开始检查的设备以不同的颜色标识。如，已完成的用绿色表示；部分完成的用黄色表示；未开始检查时用白色表示。
点开未完成的设备开始检查时，会显示检查内容和要点，点击每一项检查内容与要点，开始检查，并录入检查结果，也可通过点击二维码按钮，扫描设备二维码标签快速定位设备；采用一体化超声测厚仪测量需要检测的部位，测厚数据通过无线或蓝牙方式传输到APP软件中待检查加热炉设备的对应部位。检查过程可以上传腐蚀相关的照片、视频(相册选取或直接调用相机拍照)，其他检查内容还包括坑蚀测量、硬度测量、采样分析、材质分析等，检查内容样例表如表4所示：
表4检查内容样例表
根据检查结果，系统自动汇总生成加热炉设备检查的腐蚀问题。根据设备管线完成状态，自动生成甘特图(计划和实际完成情况对比)，统计完成率(饼图、柱状图等)、完成明细表等，显示进度状态。完成检查的数据和结果可上传至服务器。
步骤4.服务器内按照加热炉设备状态评估流程评估设备状态，根据测厚数据、历史数据、加热炉的基础信息，通过内置算法自动评估加热炉设备健康状态，包括腐蚀速率、剩余寿命、腐蚀风险等级等；
其中，腐蚀风险等级是基于测厚数据、腐蚀速率、剩余寿命及设备的重要性等级确定的，并在界面显示中以红黄绿交通灯形式展示报警信息；
(1)腐蚀速率的自动计算包括两种方法：
方法1，根据一定周期内的壁厚减薄量进行计算，腐蚀速率＝(tN-t0)/d，tN为原始壁厚，t0为最近一次测量壁厚，tN-t0为壁厚减薄量，d为设备投用时间；相对减薄量表示为
方法2，历次测厚数据求斜率，首先将时间转换为天；然后对(si,st)i＝1,2,…,N，s为测厚数据；N为第n次测厚；求直线t＝as+b，使Q(a,b)最小，
最后腐蚀速率＝a/365。
最小承压壁厚的计算过程为：
炉管最小承压壁厚不应小于以下三项中的最大值：
①当S0<D0/6时(S0>D0/6的直管道很少，如有，其计算壁厚应根据断裂理论、疲劳、热应力及材料特性等因素综合考虑确定)，按下式计算：S0＝P*D0/(2[σ]t*Φ+2*P*Y)，式中：S0—管子的计算壁厚，mm；P—设计压力，MPa；D0—管子外径，mm；[σ]t—设计温度下的管子材料的许用应力，MPa；Φ—焊缝系数，对无缝钢管取1；Y—温度对计算管子壁厚公式的修正系数，按下表5取值。
表5Y的取值规定
焊缝钢管的焊接系数，一般取0.85。
②按D0/150确定的管子壁厚；
③最小选用壁厚应符合下表6要求。
表6壁厚选用要求
计算示例：
如某一弯管公称直径DN＝250，壁厚8mm，外径D0＝273，操作温度为320℃，操作压力为1.68MPa，材质为20#。
计算：
在不知设计温度和设计压力的情况下，一般设计温度取操作温度+10-30℃(高温管道和低温管道取值不同)，在这取操作温度+20℃，即为340；设计压力取操作压力的1.1-1.3倍，在这取1.2倍，即为2.02MPa。
查GB150-1998或GB8163得20#钢在300℃时的许用应力为101MPa，在350℃时的许用应力为92MPa，根据差值法，计算出在340℃时的许用应力[σ]t为93.8MPa。焊缝系数Φ取0.85，温度修正系数Y查表取0.4。
按①计算，S0＝2.02*273/(2*93.8*0.85+2*2.02*0.4)＝3.42mm。
按②计算得最小壁厚为1.82mm。
按③查表得最小壁厚为4.0mm。
故最小壁厚取值为4.0mm，加热炉运行时可取125％的安全系数加强管理，还有弯管、弯头及斜弯弯头的最小壁厚也可参照该标准进行计算。
(2)加热炉的剩余寿命为腐蚀剩余寿命和蠕变断裂剩余寿命的最小值。
1)计算腐蚀剩余寿命
如果(DN≥100并且最近一次壁厚测量值≤3mm)或者(最近一次壁厚测量值≤计算的最小壁厚))，则剩余寿命＝0，其他情况按下式计算剩余寿命：
2)计算蠕变断裂剩余寿命
①炉管热应力分析
式中：P为工作时的内压力(Pa)；rw为炉管外径(m)；rn为炉管内径(m)；β为线膨胀系数(1/℃)；E为弹性模量(Pa)；ΔT为内外壁平均温差(℃)；u为泊松比。
②对于CrMo钢，根据下面公式计算蠕变断裂剩余寿命：
lgtr＝[28384.06-4136.19lgσmd-T0(20.3+lgt0)]/Tr-20.3
tr为在继续运行温度下持续的时间；；σmd为热应力；T0为历史运行温度；t0为历史运行时间；Tr为继续运行温度。
(3)确定加热炉腐蚀风险等级
当腐蚀极为严重(腐蚀速率大于0.5mm/a)或剩余寿命小于1年时，腐蚀风险为1级；当腐蚀速率在0.3-0.5mm/a或剩余寿命在1-1.5mm/a年之间时，腐蚀风险为2级；当腐蚀速率在0.1-0.3mm/a或剩余寿命在1.5-2年之间时，腐蚀风险为3级；当腐蚀速率小于0.1mm/a时，腐蚀风险为4级。在此基础上结合设备的重要度(A级、B级、C级)，确定设备的风险等级，如表7所示。
表7风险等级确认表
步骤5.根据腐蚀风险等级进一步确定是否提报缺陷，或者根据腐蚀风险等级判定该加热炉设备是否作为下次检查的重点，同时动态的自动生成腐蚀检查计划；
对于高风险和中风险，系统会自动提报缺陷，进入缺陷管理流程，同时反馈给APP软件进行分级预警展示。
根据腐蚀风险等级动态调整日常测厚与维护计划：
①当腐蚀速率在0.3-0.5mm/a或剩余寿命在1-1.5mm/a年之间时，每三个月测定一次；
②当腐蚀速率在0.1-0.3mm/a或剩余寿命在1.5-2年之间时，每六个月测定一次；
③当腐蚀速率小于0.1mm/a时，可在每次停工检修时测定一次；
④对腐蚀极为严重(腐蚀速率大于0.5mm/a)或剩余寿命小于1年的部位应进行监控，增加测厚频率(测厚频率及位置由测厚管理部门、车间和检测单位共同确定)。
步骤6.在PC端下载检查数据，通过设置报告模板，根据现场腐蚀检查情况，并结合项目腐蚀检查方案自动生成加热炉腐蚀检查日报、单体设备检查表、腐蚀检查总报告等，从而完成加热炉整个腐蚀检查过程和健康状态评估。
加热炉腐蚀检查日报包含的内容有：项目整体进度；加热炉设备检查完成列表和完成率；当日所有的腐蚀检查情况。
腐蚀检查总报告内容包括：设备概况、上周期检查情况、本周期运行情况、单体设备检查表、结论与建议等。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种加热炉设备的腐蚀检查和状态评估系统，其特征在于，包括超声测厚仪、可视化数据平台、APP软件、服务器；其中，
所述超声测厚仪用于完成加热炉设备关键部位的厚度检测，并通过无线传输功能将检测数据发送到加热炉设备腐蚀检查APP软件上；
所述可视化数据平台与所述APP软件配合完成加热炉设备的腐蚀检查过程控制、腐蚀状况评估及自动报告生成，共包括PC端和移动端两部分；其中，移动端包括加热炉设备基础信息识别模块、腐蚀检查任务管理模块、现场检查信息采集及过程控制模块、加热炉设备腐蚀状况评级模块、检查进度查询模块、专家诊断模块、设备相关的其他管理活动协同办理模块；PC端包括建立加热炉设备标准数据库模块、编制加热炉设备腐蚀检查方案模块、确定加热炉设备需重点检查部位模块、加热炉设备腐蚀状态评估模型模块、等级划分模块、腐蚀检查报告自动生成模块；
所述服务器内置算法程序，用于存储和快速处理系统产生的所有数据，包括基础数据和过程数据，并及时响应移动端和PC端的服务请求并对其进行处理。
2.根据权利要求1所述加热炉设备的腐蚀检查和状态评估系统，其特征在于，所述超声测厚仪采用脉冲反射超声波测量原理和电磁超声测厚原理进行厚度测量，探头和机身一体化设计，能够单手操作，且根据测量对象的管径、尺寸大小以及温度的高低，更换不同尺寸和类型的探头，内置无线或蓝牙模块，采用规范的数据传输格式，与手机、平板电脑进行通信并传输数据与波形。
3.根据权利要求1所述加热炉设备的腐蚀检查和状态评估系统，其特征在于，所述移动端搭载在防爆PAD或防爆手机上，通过功能和检查流程设计，向导式的开展加热炉设备腐蚀检查以及系统化的数据管理。
4.一种加热炉设备的腐蚀检查和状态评估方法，其特征在于，采用如权利要求1-3任意一项所述加热炉设备的腐蚀检查和状态评估系统进行腐蚀检查和状态评估，具体包括如下步骤：
步骤1.现场检查前，建立加热炉设备的主数据，包含加热炉设备的基础信息、工艺规程、测厚数据台账、检维修记录信息，通过资料上传、关键字段识别的方式导入数据库，便于计算机识别和统一处理，以及后续模型风险计算与自动报告内容的获取；移动端扫描设备二维码标签快速定位设备，并显示设备的相关信息；或通过拍照设备铭牌/编码定位到对应设备，并显示设备基本信息；或通过设备树的形式逐级查找设备信息；
步骤2.在PC端从服务器下载腐蚀检查装置基本资料后，根据加热炉设备的腐蚀机理分析、设备的重要性等级、上周期腐蚀检查问题及运行期间腐蚀问题梳理、理论腐蚀速率核算结果确定需要检查的加热炉设备，并进行检查等级划分，等级划分包括重点检查和一般检查两个等级，确定设备管线的检查内容和要点，编制腐蚀检查计划方案，并回传至服务器；
步骤3.腐蚀检查人员在APP软件上通过账号密码和相应的权限设置进行登录，从服务器下载加热炉设备的主数据、腐蚀检查计划到腐蚀检查移动终端，根据检查计划向导式的完成检查任务，一体化测厚设备测量的数据自动上传到对应的检查位置，必要时，对于检查出的问题进行专家远程诊断；
根据检查结果，系统自动汇总生成加热炉设备检查的腐蚀问题；根据设备管线完成状态，自动生成甘特图，统计完成率、完成明细表，显示进度状态；完成检查的数据和结果上传至服务器；
步骤4.服务器内按照加热炉设备状态评估流程评估设备状态，根据测厚数据、历史数据、加热炉的基础信息，通过内置算法自动评估加热炉设备健康状态，包括腐蚀速率、剩余寿命、腐蚀风险等级；
其中，加热炉的剩余寿命为腐蚀剩余寿命和蠕变断裂剩余寿命的最小值；腐蚀风险等级是基于测厚数据、腐蚀速率、剩余寿命及设备的重要性等级确定的，并在界面显示中以红黄绿交通灯形式展示报警信息；
步骤5.根据腐蚀风险等级进一步确定是否提报缺陷，或者根据腐蚀风险等级判定该加热炉设备是否作为下次检查的重点，同时动态的自动生成腐蚀检查计划；
对于高风险和中风险，系统自动提报缺陷，进入缺陷管理流程，同时反馈给APP软件进行分级预警展示；
步骤6.在PC端下载检查数据，通过设置报告模板，根据现场腐蚀检查情况，并结合项目腐蚀检查方案自动生成加热炉腐蚀检查日报、单体设备检查表、腐蚀检查总报告，从而完成加热炉整个腐蚀检查过程和健康状态评估。
5.根据权利要求4所述加热炉设备的腐蚀检查和状态评估方法，其特征在于，对加热炉设备基础资料库中的主数据、特性值进行过滤，提取有效字段形成各类设备标准数据库；数据库的数据结构、名词术语、材料和介质名称、计量单位实行标准化、统一化。
6.根据权利要求4所述加热炉设备的腐蚀检查和状态评估方法，其特征在于，加热炉设备腐蚀检查等级的划分方法如下：
重点检查设备包括：1)上次腐蚀检查发现问题较重的加热炉设备；2)本周期运行中出现问题的加热炉设备；3)RBI分析失效概率高于3和风险等级为中高以上的加热炉设备；4)核算得到的腐蚀速率>0.38mm/a的薄弱部位；5)装置设备管理人员认为存在问题的加热炉设备；6)设备重要性等级为A类的加热炉；7)同类装置出现过腐蚀问题的设备；
重点检查设备检查深度：针对设备存在的损伤机理或以往出现的问题详细检查；
除重点检查以外的设备视为一般检查设备。
7.根据权利要求4所述加热炉设备的腐蚀检查和状态评估方法，其特征在于，加热炉设备重要性等级根据生产重要性、自身重要性、炉管使用年限、联锁完善程度、可维修性综合判断，进行量化分级(A、B、C三级)，A级：≥3.65分；B级：＜3.65分，≥2.8分；C级：＜2.8分；其中，
生产重要性，权重45％，评价加热炉重要程度，参照设备故障强度等级分级，表示故障停机时对装置造成的影响，等级越高评分越高；无影响时计1分，单台设备停运计2分，单套生产装置异常波动或未引起装置异常波动的大机组停机计3分，系统或装置局部停工，大机组急停计4分，单套装置非计划停工或2套以上装置异常波动计5分；涉及联锁的加热炉，按照加热炉故障后触发联锁对生产造成的影响评分，不涉及联锁的设备按照实际影响评分；
自身重要性，权重20％，结合加热炉在不同生产装置中运行环境，评价加热炉的重要程度；其它加热炉计1分，炉膛温度≥70℃且炉管材质为碳钢的加热炉计2分，负荷≥10MW的加热炉计3分，临氢介质加热炉计4分，制氢转化炉、延迟焦化加热炉、减压炉、裂解炉计5分；不同生产装置的加热炉，炉膛温度、炉管结焦程度、高温损伤程度不同，运行环境越苛刻，评分越高；
炉管使用年限，权重10％；炉管使用年限越长，发生失效的可能性越大，剩余寿命越小；评价加热炉联锁保护系统设置完善程度；炉管运行时间超过4年但不足10年，且裂解炉炉管不足6年计2分，裂解炉炉管≥6年计3分，炉管运行时间≥10年，裂解炉炉管≥8年计5分；炉管运行时间越长，炉管发生高温损伤的可能性越大，评分越高；
联锁完善程度，权重15％；评价加热炉联锁保护系统设置完善程度；联锁保护设置符合标准的加热炉计1分，联锁保护设置不符合标准且有整改计划的加热炉计3分，联锁保护设置不符合标准且没有整改计划的加热炉计5分；联锁完善标准参照《中国石化炼油装置管式加热炉联锁保护系统设置指导意见》，联锁保护完善程度越低的加热炉，发生事故的概率越高，评分越高；
可维修性，权重10％；故障后大修造成的修理费用及时间成本；造成的损失＜5万元或检修时长3天以内计1分，造成的损失5-10万元或检维修时长3～7天计2分，造成的损失10-50万或检维修时长7～15天计3分，造成的损失超过50-10万或检维修时长15-30天计4分，造成的损失超过10万或检维修时长30天以上计5分；此项只根据设备维修费用评分，包括零配件采购费用、配合维修产生的费用、人工费用及检修时长。
8.根据权利要求4所述加热炉设备的腐蚀检查和状态评估方法，其特征在于，加热炉设备需要重点检查的部位有：炉管、弯头、吊挂、钢结构、吹灰蒸汽管道、炉体、空气预热器；建立加热炉设备腐蚀检查方案列表，列表字段包括企业、车间、装置、工艺单元、设备名称、设备位号、投用日期、损伤机理、上周期腐蚀检查情况、本周期运行状况、检查等级、对流段温度、对流段压力、对流段炉管材质、对流段炉管规格、辐射段温度、辐射段压力、辐射段炉管材质、辐射段炉管规格；其中，加热炉的损伤机理包括渗碳、热疲劳、热冲击、氧化、硫化、热腐蚀、冲蚀。
9.根据权利要求4所述加热炉设备的腐蚀检查和状态评估方法，其特征在于，腐蚀速率的自动计算包括两种方法：
方法1，根据一定周期内的壁厚减薄量进行计算，腐蚀速率＝(tN-t0)/d，tN为原始壁厚，t0为最近一次测量壁厚，tN-t0为壁厚减薄量，d为设备投用时间；相对减薄量表示为
方法2，历次测厚数据求斜率，首先将时间转换为天；然后对(si,st)i＝1,2,…,N求直线t＝as+b，使Q(a,b)最小，
最后腐蚀速率＝a/365；
其中，s为测厚数据；N为第n次测厚。
10.根据权利要求4所述加热炉设备的腐蚀检查和状态评估方法，其特征在于，腐蚀剩余寿命的计算过程为：
如果DN≥100并且最近一次壁厚测量值≤3mm，或者最近一次壁厚测量值≤计算的最小壁厚，则剩余寿命＝0，其他情况按下式计算剩余寿命：
蠕变断裂剩余寿命的计算过程为：
①炉管热应力分析
式中：P为工作时的内压力(Pa)；rw为炉管外径(m)；rn为炉管内径(m)；β为线膨胀系数(1/℃)；E为弹性模量(Pa)；ΔT为内外壁平均温差(℃)；u为泊松比；
②对于CrMo钢，根据下面公式计算蠕变断裂剩余寿命：
lgtr＝[28384.06-4136.19lgσ-T0(20.3+lgt0)]/Tr-20.3
tr为在继续运行温度下持续的时间；σ为热应力；T0为历史运行温度；t0为历史运行时间；Tr为继续运行温度。
11.根据权利要求4所述加热炉设备的腐蚀检查和状态评估方法，其特征在于，确定加热炉腐蚀风险等级的过程为：
当腐蚀速率大于0.5mm/a或剩余寿命小于1年时，腐蚀风险为1级；当腐蚀速率在0.3-0.5mm/a或剩余寿命在1-1.5mm/a年之间时，腐蚀风险为2级；当腐蚀速率在0.1-0.3mm/a或剩余寿命在1.5-2年之间时，腐蚀风险为3级；当腐蚀速率小于0.1mm/a时，腐蚀风险为4级；在此基础上结合设备的重要度：A级、B级、C级，确定设备的风险等级；具体如下：
当设备重要度为A级，腐蚀风险为1级或2级时，风险等级判定为高风险；
当设备重要度为A级，腐蚀风险为3级时，风险等级判定为中风险；
当设备重要度为A级，腐蚀风险为4级时，风险等级判定为低风险；
当设备重要度为B级，腐蚀风险为1级时，风险等级判定为高风险；
当设备重要度为B级，腐蚀风险为2级时，风险等级判定为中风险；
当设备重要度为B级，腐蚀风险为3级或4级时，风险等级判定为低风险；
当设备重要度为C级，腐蚀风险为1级时，风险等级判定为中风险；
当设备重要度为C级，腐蚀风险为2级、3级或4级时，风险等级判定为低风险。
12.根据权利要求4所述加热炉设备的腐蚀检查和状态评估方法，其特征在于，根据腐蚀风险等级动态调整日常测厚与维护计划：
①当腐蚀速率在0.3-0.5mm/a或剩余寿命在1-1.5mm/a年之间时，每三个月测定一次；
②当腐蚀速率在0.1-0.3mm/a或剩余寿命在1.5-2年之间时，每六个月测定一次；
③当腐蚀速率小于0.1mm/a时，可在每次停工检修时测定一次；
④对腐蚀速率大于0.5mm/a或剩余寿命小于1年的部位应进行监控，增加测厚频率。
13.根据权利要求4所述加热炉设备的腐蚀检查和状态评估方法，其特征在于，加热炉腐蚀检查日报包含的内容有：项目整体进度、加热炉设备检查完成列表和完成率、当日所有的腐蚀检查情况；腐蚀检查总报告内容包括：设备概况、上周期检查情况、本周期运行情况、单体设备检查表、结论与建议。
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| CN118134272A (zh) * | 2024-05-10 | 2024-06-04 | 中国特种设备检测研究院 | 一种设备局部腐蚀风险分级预警方法及系统 |
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