打开文本图片集

摘要：空冷器换热管的局部腐蚀深度的最大值是判断空冷器寿命的重要标志，检测出所有管束的最大腐蚀深度工作量大，难以实现。本文选择采用IRIS-内置式旋转超声检测技术，随机抽取一定数量的管束进行最大腐蚀深度检测，对检测数据进行统计分析，建立极值统计模型，对空冷器管束的最大腐蚀深度进行预测，为空冷器管束使用剩余寿命评估提供参考。

关键词：空冷器 旋转超声 极值统计 最大腐蚀深度

1 引言

炼化装置中大量使用空冷器对设备产出物进行冷却，但产出物在空冷器内部结垢堵塞管束时，会形成垢下腐蚀、湿H2S腐蚀等，这会对空冷器的安全、节能运行构成威胁，直接影响到正常生产。空冷器管束失效主要因素在腐蚀，腐蚀分均匀腐蚀和局部腐蚀，而空冷器换热管的局部腐蚀深度的最大值是判断空冷器寿命的重要标志，但是实际情况是往往很难找到在役空冷器管束的最大腐蚀深度处。本文阐述的是一种基于极值统计法的空冷器管束最大腐蚀深度预测方法。极值统计分析法是通过对样本中的最大值或最小值（极值）进行统计分析，获取最大值或最小值的分布特征，建立统计分析模型。本预测方法是利用IRIS-内置式旋转超声检测技术对抽取空冷管束进行检测，对检测的空冷器管束局部腐蚀深度数据进行统计，分析出局部腐蚀最大值分布特征，揭示空冷器管束最大腐蚀深度的统计规律，建立极值统计模型，从而对空冷器管束的最大腐蚀深度进行预测。再根据建立的最大腐蚀深度与使用年限的关系函数，最终获取空冷器管束使用剩余寿命。

2 空冷器管束局部腐蚀深度检测方法的选择与抽检策略

2.1 空冷器管束的检测方法

应用极值统计法进行在役空冷器管束局部腐蚀深度预测的前提是管束壁厚检测数据的获取和处理。对于在制的管束目前可以采用漏磁、涡流等检测方法，技术较为成熟，检测难度较低。但是对于在役管束，由于管束内壁结垢以及现场检测条件不允许，漏磁、涡流等检测难以实施，而内窥镜也只能观测到管束内表面状态，无法检测管束厚度。

IRIS检测是水浸超声的一种，不受材料电导率或磁导率的影响，能提供管子腐蚀减薄量以及减薄位置。IRIS检测适用于外径为φ13mm～φ75mm、壁厚为1 mm～20mm的金属管和非金属管，对于管束的形式没有特殊要求，适用于目前常见的光管、翅片管以及钉头管。IRIS在检测过程中只需要打开空冷器的管箱或者空冷器的丝堵就可进行检测工作，对现场正常的检修工作影响不大。因此IRIS内旋转超声检测技术适合在检修过程中对空冷管束进行检测，了解在役换热管束目前的腐蚀状态、剩余壁厚、上下表面以及内部缺陷。

2.2 空冷器管束抽检策略

对所有空冷管束都进行检测，工作量太大，且受检修时间的约束，因此往往采用抽检的方式。应用IRIS检测技术对空冷器管束进行检测前，首先需要确定换热管的抽检数量，这个抽检数量要能满足空冷器管束最大腐蚀深度估计值所希望达到的精度，以及估计值所能允许的误差，管束检测抽检数量还需考虑到空冷本身风险等级以及产生失效可能性的程度。一般情况空冷器管束抽检策略为：高压空冷或运行在易产生铵盐结晶的条件工况下的，抽取总管束数量的10%;其它空冷运行年限大于10年的，抽取总管束数量的5%;其它空冷运行年限不大于10年的，抽取总管束数量的3%。

3空冷器管束最大腐蚀深度Gumbel极值统计模型建立

空冷器管束是大量的单根换热管的集合体，设备检修工期都比较紧张，而且空冷器管的数量较多，因此，对全厂的空冷器的全部管束都进行检测基本上是不可行的。这就需要一种方法，只要抽取对全厂的关键、重点空冷器的部分换热管，用一定的分析方法，就能推测出整台空冷器管束可能产生的最大腐蚀深度，进而对该空冷器的寿命进行预测，以达到预知性维修的目的。

基于Gumbel 分布的空冷器管束极值统计法的分析原理是： 对空冷器管孔蚀深度数据进行最大值极值统计，构建获取最大极值的统计分析模型。空冷器管束最大腐蚀深度服从Gumbel最大极值分布，空冷器管束最大腐蚀深度的随机变量的累积分布函数由下式给出：

式中：——最大腐蚀深度不超过 的概率

——最大腐蚀深度的随机变量

——尺度参数，概率密度最大的点蚀孔深度

——位置参数，所有腐蚀孔深度的平均值

对于某空冷器，检测出所有管束上的点蚀深度是不可能的，很难获取点蚀孔最大深度。用空冷器管束最大腐蚀深度随机变量x的样本观测值对Gumbel分布的参数α和λ值进行估计计算，得到统计参数和，代入式（4）估算出空冷器管束最大点蚀孔深度不超过某一数值的概率。此时可以通过统计参数和的表达式（5）来确定出该空冷器管束的最大腐蚀坑深。

表达式（5）中的T为回归期，可由被测空冷器管束的总根数确定。

4 空冷器管束寿命预测方法研究

空冷器管束的剩余寿命预测一般是依据管束的点腐蚀速率，目前没有任何检测手段可以获取所有腐蚀点的腐蚀速率。一般空冷管束的腐蚀会随着时间的增加而增长，点腐蚀深度与使用年限的关系与均匀腐蚀不一样，查阅相关文献[4]，点腐蚀深度与使用年限间的关系式为：

式中r为空冷管束的使用时间; c为r时刻检测到的最大腐蚀深度，mm;采用IRIS检测到的抽取空冷器管束的最大腐蚀深度，利用Gumbel 分布获得空冷管束最大腐蚀深度，带入式（6）可得出n。腐蚀穿孔，则表示最大腐蚀深度达到原始壁厚，将换热管束原始壁厚带入c，则可以计算出腐蚀穿孔的时间r，此时的r就是换热管束的使用寿命。

5小结

基于Gumbel 分布的空冷器管束极值统计法，可以依据少量抽检空冷管束的最大孔蚀深度值，推算出整个空冷器的最大孔蚀深度值，为空冷器管束的寿命预测提供参考，为下一步的检修工作提供依据，大大减少了检修的工作量。

作者：孙全胜，1968年9月出生，1991年毕业于北京化纤工学院，就职于中石化股份公司天津分公司装备研究院，从事设备安全技术研究，高级工程师。

参考文献

[1] 史道济，《极值分布的方差分析检验》，天津大学学报，1988，（2）：116-121

[2] 汤东亚 姚安林 马洪亮 等，《基于灰色理论的含腐蚀缺陷油气管道剩余寿命预测分析》，成都大学学报： 自然科学版，2011，30（ 2）：181-183

[3] 颜力 廖柯熹 蒙东英 王靖 曾润奇 王晓刚，《管道最大腐蚀坑深的极值统计方法研究》，石油工程建设，2007，（03）：5+11-14

[4] 张新生 曹乃宁 王小完，《Gumbel分布的油气管道的剩余寿命预测》，中国安全科学学报2015，（09）：98-103