腐蝕檢測體系的建立及在常減壓蒸餾裝置上的應用

潘 巖，吳 嫡，葛玉龍，晉西潤，薛光亭，左 甜

（中海油煉油化工科學研究院，山東青島266500）

腐蝕檢測體系的建立及在常減壓蒸餾裝置上的應用

潘 巖，吳 嫡，葛玉龍，晉西潤，薛光亭，左 甜

（中海油煉油化工科學研究院，山東青島266500）

基于風險的檢驗方法，建立常減壓蒸餾裝置設備腐蝕評價體系，從而實現裝置設備的腐蝕控制及系統管理。在設備腐蝕評價過程中，按設備的材料類別、操作條件及損傷模式建立不同的設備腐蝕回路，并根據體系評價的結果得到各設備的風險等級，在此基礎上確定其抽檢比例，制訂在線檢驗策略。以某廠蒸餾常減壓裝置為對象，應用該評價體系完成對常減壓裝置塔器、容器、換熱器和壓力管道的腐蝕風險評價工作，根據腐蝕風險評價結果制定相應的腐蝕控制措施。檢驗結果表明：本體系能夠有效發現常減壓蒸餾裝置系統中存在的設備安全隱患，并通過制定合理的腐蝕控制策略和方案，節約了檢驗成本。

設備腐蝕回路 檢查體系 風險評估

原油加工生產裝置的長周期安全平穩運行是煉化企業設備管理的核心工作，而腐蝕則是影響裝置平穩運行的關鍵問題［1］。近年來，原油的重質化和劣質化日益嚴重，對設備造成的腐蝕日益加劇，給煉化裝置的安全生產帶來了極大的隱患［2］。因此，有效減緩設備腐蝕是各煉化企業需要解決的實際問題。目前采取的措施主要是材料防腐和工藝防腐［3］。

基于風險的檢測技術（Risk-Based Inspection，RBI）是近三十年來國際上新興的一種承壓設備優化檢驗策略方法［4-5］。RBI采用以風險為基礎對設備的檢驗工作進行優先化排序和管理，從而實現檢驗資源合理配給。對煉化裝置實施RBI，能夠識別裝置內設備及管道的風險分布情況，從而指導檢驗策略的制定，避免檢驗不足或檢驗過度的情況。RBI自本世紀初引入中國石化行業，已有三十余套石化裝置承壓系統進行了卓有成效的實踐，企業生產的安全性與經濟性得到了提高［6-7］。

但隨著煉化裝置的監測及檢測技術的不斷提升，除采用常規的停車定點檢測的模式外，如何通過在線檢驗控制風險提升裝置腐蝕防護水平成為一個重點。腐蝕控制過程中單獨使用一種方法是不全面的，各種腐蝕控制方法之間相互關聯，因此從腐蝕控制方法經濟性角度出發，在RBI文件基礎上，以某廠常減壓裝置為對象，應用所提出的評價體系完成對常減壓裝置塔器、容器、換熱器和壓力管道的風險評估工作，根據風險評估結果制定相應的腐蝕控制手段。

1 煉油裝置的腐蝕防護概況

某煉廠加工海洋高酸原油的過程中，不僅高溫部位工藝管線環烷酸腐蝕嚴重，而且電脫鹽操作困難，脫后鹽含量高，造成常減壓裝置初頂、常頂和減頂部位及冷凝冷卻系統工藝管道的嚴重腐蝕，甚至造成下游催化裝置、焦化裝置及加氫裝置低溫部位和高溫部位工藝管道的腐蝕，嚴重影響和制約了裝置的長周期安全平穩運行，也影響了企業的經濟效益。

針對煉化裝置的腐蝕與防護工作，國內外相當多的組織與機構都對其進行了探索研究，而在設備腐蝕防護工作中，最重要也是最關鍵的莫過于設備腐蝕的檢（監）測工作，因為做好腐蝕的檢（監）測工作是控制腐蝕加劇最有效的手段之一。

腐蝕監測、檢測的方法主要有腐蝕介質的分析監測，塔頂冷凝水中 Fe2＋，Cl－，S2－，氨氮含量和pH值分析，常減壓側線油中Fe2＋、酸值和硫含量分析，管道定點測厚，腐蝕在線監測，pH值在線監測，掛片腐蝕監測等。但目前腐蝕檢（監）測工作的檢測策略制定并沒有一個明確的標準。加工同一種海洋高酸原油的7家煉油企業常減壓裝置腐蝕檢（監）測的措施及方法見表1。

表1 各企業腐蝕監測措實施情況

2 腐蝕檢查評價體系建立

評價過程并不復雜，就是經過風險的計算與排序，主要是失效模式的確定、腐蝕機理與部位分析和檢驗方法選擇來形成一種優化的檢驗策略。方法參照API的文件及相關標準。根據裝置設備腐蝕情況，參照API580相關文件標準制定常減壓裝置設備腐蝕檢測體系評價體系。評估實施一般包括：明確分析范圍、搜集數據資料、劃分腐蝕回路、數據的錄入和計算以及評估結果獲得等步驟。

2．1 腐蝕機理劃分

本評估的常減壓裝置包括電脫鹽、換熱網絡、閃蒸塔、常壓蒸餾塔、減壓蒸餾塔以及相關的容器和管道。共計包含塔器劃分為18個評價單元，換熱器70臺，壓力管道532條，容器5臺，整套裝置共劃分625個評價單元。其失效機理劃分見圖1。

圖1 設備腐蝕失效機理劃分

設備腐蝕主要發生在常減壓裝置的初餾塔頂、常壓塔頂、減壓塔頂的低溫部位及塔頂冷凝冷卻系統、常減壓裝置的高溫重油部位的塔內件和工藝管道。設備腐蝕的形態主要是低溫部位的HCl-H2S-H2O腐蝕、高溫部位的高溫環烷酸腐蝕、硫化物應力開裂、氫致應力開裂、酸性水腐蝕以及保溫層下腐蝕等。

2．2 腐蝕回路劃分

腐蝕回路劃分的基本原則是將腐蝕機理相同、材料、介質相同且彼此相連的設備劃分為一個腐蝕回路。按以上原則將某煉油廠常減壓裝置劃分腐蝕回路15條，所包含設備見表2。

2．3 設備及管道風險等級評價

實施過程中理論分析與檢驗實踐相結合的關鍵環節就是檢驗方案的制定，而檢驗方案必須有效可行，不僅要符合裝置整體的風險控制要求，還需與單元本身的特點結合，當設備和管道的失效機理和損傷位置確定后，即可選擇相應的檢驗方法。裝置的風險等級按照風險程度高低分為高風險、中高風險、中風險和低風險。風險等級評估是本評價體系的核心和基礎。根據API581文件，風險具有二維性的特征，可定義為失效可能性與失效后果的乘積，本體系失效可能性分析充分考慮被評估對象由運行環境引起的材質損傷機理，通過確定損傷機理所能導致的損傷模式、損傷速率或敏感性，結合檢測數據和檢測技術手段，計算每種損傷模式導致失效的概率。失效后果主要考慮設備、管道中流體性質以及泄放量和泄放速率等參數，以設備、管道失效破壞造成傷亡面積和毒性介質泄漏造成的致死面積為衡量指標來確定失效后果。

本裝置設備及管道評價單元的安全風險矩陣見圖2。各腐蝕回路的風險等級評價見圖3。從圖3中可以看出，主要的安全風險由較少的設備／管道承擔。在該常減壓裝置中，常壓塔頂、減壓塔頂等低溫腐蝕單元及減壓塔高溫側線油單元的設備與管道，占據了超過90%的安全風險。也就是說維護好該6處腐蝕回路的設備和管道，就能有效地控制工廠90%左右的安全風險，這樣可以實現資源優化和降低風險。

表2 腐蝕回路劃分及所包含的設備名稱

圖2 常減壓裝置設備腐蝕風險等級矩陣

圖3 常減壓裝置設備腐蝕評價單元風險等級

3 腐蝕控制策略的制定優化與應用

根據腐蝕檢查評價體系得到的風險評價結果，制定相應的腐蝕控制策略。對每一臺設備或管道檢驗策略至少應包括監（檢）測什么、在哪里查、用什么方法查、多長時間查一次等四方面內容。本質上就是依據一定的失效模式制定有效的檢驗方案，既要減少不必要的檢驗項目，又要有效降低設備的失效可能性。

3．1 現有腐蝕控制方案概況

表3是某煉油廠常減壓裝置現有的腐蝕檢（監）測手段，圖4為各種腐蝕檢（監）測方法在裝置中的分布情況。對比各腐蝕回路單元風險發現，原油管道測厚點分布不均勻；風險等級低的閃蒸塔單元與常二線單元、常三線單元存在過度檢測；對于高風險的減四線單元、減頂段單元及減壓爐單元存在檢驗不足的情況；常減壓塔頂的污水分析頻率不夠；僅有減一中及減二中部位側線油有Fe2＋分析及酸值分析，沒有對風險等級更高的減四段油品進行側線油Fe2＋分析及酸值分析。

表3 常減壓裝置設備腐蝕檢（監）測數據表

圖4 常減壓裝置設備腐蝕檢測分布

3．2 腐蝕控制方案的優化

原油性質和產品生產方案的不同，設備腐蝕的機理和設備腐蝕的部位也會不同。通過腐蝕檢測體系的建立，識別腐蝕風險的等級，進而加強和規范腐蝕檢（監）測工作，及時發現設備和工藝管道存在的腐蝕隱患，調整和改進工藝防腐蝕措施來減緩腐蝕；同時確定裝置檢修策略及需要重點檢查檢修的設備和工藝管道；通過優化檢（監）測方案，避免漏檢設備腐蝕隱患或過度檢測造成不必要的費用。如針對性地加強原油電脫鹽的管理，降低電脫鹽脫后原油鹽含量；規范優化低溫部位的“三注”工藝措施和高溫部位的緩蝕劑加注點，提高工藝防腐的效果等。

根據某煉油廠常減壓裝置風險評價結果，對其常減壓裝置的腐蝕控制方案進行了如下修訂：

將原有的測厚部位減少20處，并將腐蝕風險等級低的5個腐蝕單元回路（電脫鹽及前后換熱段、閃蒸塔段、常二線段、常三線段、減一線段）由原來的半年一次調整為每年1次。增加常壓爐段、減壓爐段、減頂段、減三段及減四段5個單元的測厚點；

增加了塔頂污水的檢測頻率，每周2次，如有產品工藝調整則每天2次。同時增加減四線側線油Fe2＋分析及酸值分析；

增加高溫段常壓爐段、減壓爐段、減四線的腐蝕探針，加強在線監測；

工藝調整時增加電脫鹽脫前、脫后原油的鹽含量、水含量及污水油含量檢測；

對減壓塔高溫緩蝕劑的加注部位進行了優化，增設減四線填料段緩蝕劑的加注點，減少減一中緩蝕劑加注量；

減少腐蝕風險等級低的換熱設備的檢修數量，避免設備的過度檢修。

3．3 腐蝕控制方案的優化效果

3．3．1 定點測厚方案優化

某煉油廠2014年常減壓蒸餾裝置管道的定點測厚工作共針對625個部位完成了2 469個數據檢測。其中識別出4處位置發生嚴重腐蝕減薄現象，需要加強觀察部位27處，對腐蝕減薄嚴重的部位，在裝置檢修時進行了更換處理。

經過腐蝕檢測體系評定后，對2015年測厚方案進行了優化，減少了風險等級低的管道測厚數量，增加了風險等級高的管道檢測點，結果發現高風險嚴重減薄點5個，中等風險需加強關注點35個。在腐蝕控制策略指導下，測厚點減少了3．2%，但測厚結果表明，識別出問題的部位更多，測厚針對性更強，效率更高。

3．3．2 工藝防腐的優化

經過腐蝕檢測體系評定后，2015年優化了腐蝕檢（監）測的方案。工藝防腐方案根據實時檢（監）測數據，及時調整“一脫三注”的助劑加注量，在保證腐蝕防護效果的前提下，全年共節約防腐助劑費用5%。

3．3．3 檢修方案的優化

根據設備腐蝕風險評價的結果，2015年該廠改變了以往將全部換熱設備解體檢修的現狀，只是對風險級別稍高的換熱設備進行了解體檢修，換熱設備的解體檢修數量由2014年的65臺降低到2015年的32臺，避免了裝置設備的過度檢修，降低了裝置的檢修費用。

4 結 語

（1）常減壓裝置承壓設備腐蝕的風險評估，要求充分、全面考慮裝置內存在的損傷風險，合理劃分腐蝕回路。對腐蝕回路內的設備及管線按照其材料類別、操作條件以及損傷模式等因素進行分組，錄入到事先制定好的體系評價表中，整理和風險計算，得到裝置內各設備及管道的風險等級，形成一套針對加工海洋高酸原油的設備腐蝕防護檢查評價體系。

（2）以評價體系的風險評估結果為指引，根據常減壓裝置內各設備及管道的風險等級，采取不同的腐蝕檢測手段進行檢測，保證中等風險等級以上的設備及管道有較高的檢驗比例和較短的檢測周期，中等風險等級以下的設備及管道組則合理少檢，經應用證明，評價體系能夠有效判斷常減壓裝置內設備及管道腐蝕狀態，提升檢測的準確性、保障裝置的安全穩定運行，降低企業檢驗成本。

（3）與停車全面檢驗相比，裝置運行過程中的腐蝕檢測面臨更復雜的作業環境和要求，在線檢驗的技術手段仍十分有限，如何更準確預判裝置的腐蝕狀況，還應根據實際狀況進行相應的防腐措施，也僅在這方面做一些前瞻性的探索和實踐。

［1］ 薛光亭．加工海洋高酸原油常減壓裝置的腐蝕與防護［J］．石油化工腐蝕與防護，2013，30（5）：50-53．

［2］ 李奇，姜春明，謝守明，等．石化裝置長周期安全運行風險分析和對策［J］．中國安全生產科學技術，2007，3（4）：91-94．

［3］ 趙敏，康強利，楊歡，等．石化企業設備防腐蝕管理現狀及存在問題［J］．石油化工設備，2010，39（增刊 1）：27-30．

［4］ American Petroleum Institute，Risk based Inspection［S］．API580—2002，First Edition，2002．API publish sevice：Washington D．C．

［5］ American Petroleum Institute．Risk-based Inspection Recommended Practice，API Recommended Practice 581—2008［S］，2008．API publish sevice：Washington D．C．

［6］ 陳鋼，左尚志，陶雪榮，等．承壓設備的風險評估技術及其在我國的應用和發展趨勢［J］．中國安全生產科學技術，2005，1（1）：31-35．

［7］ 王偉華，矯永濤．RBI在煉油公用管道系統中的應用［J］．化工裝備技術，2011，32（6）：56-58．

Establishment of Corrosion Detection System and its Application in Atmospheric and Vacuum Distillation Unit

Pan Yan，Wu Di，Ge Yulong，Jin Xirun，Xue Guangting，Zuo Tian
（CNOOC Research Institute of Refining and Petrochemicals，Qingdao 266500，China）

Based on the principle of RBImethod，corrosion evaluation system of atmospheric vacuum unit was established so as to realize equipment’s corrosion control and system management．During the corrosion assessment process，different equipment corrosion loops were established according to equipment material category，operating condition and damage model．Risk grade of each equipment was obtained according to the system evaluation results，which was taken as the basis to determine sampling proportion and formulate the online inspection strategy．Taking a factory as an example，applying the evaluation system into corrosion risk assessment of tower，vessel，heat exchanger and pressure pipeline of atmospheric vacuum unit，corresponding control measures were formulated on the basis of assessment results．The test results showed that hidden dangers of equipment in atmospheric vacuum unit system could be detected effectively by the system and inspection costs could be reduced through the formulation of reasonable corrosion control strategies and plan．

equipment corrosion loop，inspection system，risk assessment

2017-07-19；修改稿收到日期：2017-08-28。

潘巖（1982—），工程師，碩士，2009年畢業于延邊大學有機化學專業，現從事工作為腐蝕與防護技術研究。E-mail：pyice＠126．com

（編輯 王菁輝）