金属材料分析技术在炼化装置中的实际应用探究

余意

摘 要：在当下这个新兴科技迅猛发展的时代，各个领域各个行业的发展都依赖新的科技，新技术可以带来效益的提高，从而更大程度上催化生产的过程。本文以金属材料光谱材质分析技术为例，全面介绍金属材料分析技术在炼化装置中的应用， 光谱材质分析技术是新兴的设备完整性管理技术，在实际应用中可以配合硬度检测等技术在炼化企业的实际生产中发挥重要作用。此外，本文将阐述金属材料分析技术最新的发展情况，为将来进一步优化炼化装置提供依据和保证。

关键词：光谱材质分析；炼化装置；实际应用；发展趋势

1 简介

金属材料的分析方法有“定量”和“定性”两种，本文中举例介绍的光谱分析属于前者，用于测定金属材料中所含的合金元素的百分比含量或某一特定的合金元素的百分比含量。在目前的炼化企业的炼化生产中，最常用的是原子发射光谱分析和硬度测量技术，两者通常配合进行。

2 光谱材质分析技术原理

2.1物理原理

金属的最小单位原子，是原子核和绕核运动的电子组成的，原子核外的电子因能量不同形成不同的能级，故而原子核具有多种能级状态。能量最低的是基态能级（E0=0），其余均为激发态能级，在激发态能级中能量最低的又称为第一激发态。当基态原子获得外界能量，且外界能量足够使基态原子跃迁到另一高能级，则其就可以吸收这一特征波长的光，使外层电子跃迁到相应的激发态，从而产生原子吸收光谱。但我们知道，激发态电子是极其不稳定的，其经过几秒后将返回基态或低能级，并将跃迁吸收的能量以光的形式释放出去，以上这个过程就称为原子发射光谱。原子吸收光谱是通过吸收一定的能量再释放出去，通过这样一个循环过程来形成特征谱线，金属具有自己特定的特征谱线，通过光学系统，特征谱线进行分光色散等过程后根据谱线波长的大小差异形成连续光谱，最后通过计算机进行相应计算就可以确定各个金属元素的百分含量。

2.2分析原理

待测元素的特征光谱被样品蒸汽中的基态原子吸收，吸收后光谱强度减弱，根据减弱的程度可以计算相应金属元素的百分含量。这种计算方式符合郎珀-比尔定律A= -lg I/I o= -lgT = KCL，在这个计算公式中，I为透射光强度，I0为发射光强度，T为透射比， L是不变值，故而可得A=KC。

3 金属光谱分析在炼化装置中的应用举例

3.1 炼化设备重复使用的案例分析

1.2007年9月，沈阳某炼化企业对生产的炼化装置罐体305材质进行光谱分析， 最后根据检测结果得出该罐体是304不锈钢材质， 故而认定可以重复使用。

2.2005年6月，天津某煉化企业对工厂车间的炼化罐体302材质进行光谱材质分析， 从结果得知罐体材质为不锈钢304， 符合再次利用的标准【1】。

3.2 炼化装置故障分析

2010年3月，某聚丙烯厂造粒机螺杆因常年露天导致腐蚀特别严重， 其正常运行受阻，故而对装置进行停工检修。为此，聚丙烯装置的生产厂家提供了该设备的材料出厂证明，从证明文件，我们可以知道该装置的材质为NHD4一M（日本钢牌号标准）， 之后便将设备送去给专业人员检测，通过专业的分析得知该材料的材质为Cr12MolVI，与厂家提供的证明差别，从而可以得知部分生产厂家具有售假行为，这也从一定程度上造成了后期设备运行故障，此类案例的发生为后期该类炼化企业进行装置选材和优化检修方案等流程提供了有力的数据支持【1】。

3.3 光谱分析的实际应用

炼化企业每年均会对各类炼化钢材进行金属元素成分分析，但效率和效果都很低，2005年光谱出现之后，经过光谱分析检测得知供货单位供应的合金钢管件存在75%的不合格产品， 数据令人惊讶，与此同时，也为各大炼化企业挽回了巨额的经济损失。因此，定期对炼化设备进行材质分析， 不仅能够在技术上化被动为主动，实现从估计到准确监测的转变，使监测人员能够及时了解生产设备的材质变化和腐蚀程度，从而及时解决问题，为企业减少损失，降低成本，提高经济效益。

4 金属材料分析技术的发展趋势

光谱分析法在炼化装置中的应用非常广泛，但是这种传统方法具有一定的局限性，体现在数据、时效性等方面。随着科技的不断创新，很多新兴的技术不断涌现，这些新的技术方法有助于金属分析技术的不断提高，不仅可以给企业带来更大的效益，还可以促进科技发展，更好得满足人们日常生活的需要，推动我国生产加工以及制造业的发展和创新。下面将详细介绍几种新兴的金属分析技术。

4.1电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法是于二十世纪八十年代发展出来的一种高灵敏度的测试分析技术，这项技术改进了传统检测的技术灵敏度低的缺点，因此广泛被应用于分析测试无机元素和同位素。它是用特殊的接口技术把电感耦合的高温特点与质朴技术的灵敏特性的优点融合起来发展成为一种新型技术【2】。它可以根据金属材料中的稀有金属成分进行测试，其高灵敏性和简单的谱线技术使得其成本大幅提高，但是也有相应的缺点，因此在实际的应用过程中也存在一定的局限性。

4.2 激光诱导等离子体光谱法

激光诱导等离子体光谱法是近几年新兴的分析技术，其分析装备很简易，操作也十分简便，不需要大规模的高级培训，这也为企业节省了不小的人员成本【3】。更加特色的是，在这个过程中，设备发射一次脉冲能同时测量多种元素，实现高精度高效益的在线分析，满足当下现代工农业快速分析的需要，节约了时间，降低了成本，提高了效益。因为该项技术以上的各项优点，是它成为原子光谱分析技术阵营中的一颗明星。

4.3石墨炉原子吸收法

原子吸收是原子吸收能量跃迁到其他能级的过程，当有能量通过自由原子蒸气，并且频率足够原子跃迁时，原子便可以从基态跃迁到较高能态，原子在这个过程中产生了共振吸收，而这种方法就是通过共振吸收量来定量分析各金属成分的百分含量。石墨炉原子吸收法主要是将石墨材料加工成管或者是其他原子化器，利用金属在密闭空间里发生原子化，然后通过电流加热进行原子化吸收和分析，最终检测出金属成分的含量【2】。这个原子化的发生过程效率和灵敏度高，但也存在一定的劣势，它的背景干扰大，制备样品的时间长，成本也相对较高。

4.4 金属材料分析方法的发展趋势

随着各项技术的进步和发展，炼化设备的金属材料种类越来越复杂，这不仅对金属材料分析技术的发展是一个挑战，也是对操作环境，人员技术水平的考验。传统的分析方法因为灵敏度不高以及易受外界环境影响已经不能满足各大炼化企业的需要，因此，必须在传统方法的基础上不断创新和改进，使技术朝着更加快速、便捷、高精度的方向发展【3】。与此同时，我们也需要促进各项专业技术的交叉和融合，吸收各项技术的优势，摒除劣势，使金属分析技术更具全面性和高效性。

5 结语

本文主要介绍了金属分析的各项技术，既分析了传统方法以及其在炼化装置中的具体应用，也介绍了当下新兴的几种金属分析技术以及该类技术的发展趋势，这些技术主要用于检测炼化装置中金属成分的百分含量，科学技术的应用不仅可以提高结果的精确性和准确性，还可以降低操作成本，为企业带来更大效益。与此同时，也促进了金属分析技术的创新发展，带动了我国工业的发展。

参考文献：

[1]徐建庆.金属材料分析技术在炼化装置中的实际应用[J].化工管理，2016（23）：163.

[2]赵黎锋.各种金属材料成分分析方法现状与趋势[J].科技创新导报，2012（05）：143.

[3]程美洁.金属材料成分分析技术现状及发展趋势[J].资源节约与环保，2015（08）：20.