基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)-RBI 在乙烯裝置中的應(yīng)用

劉晨

（大慶石化公司化工一廠，黑龍江 大慶 163000）

1 裝置簡(jiǎn)介

大慶石化公司120 萬(wàn)噸/年乙烯改擴(kuò)建工程60 萬(wàn)噸/年乙烯裝置建于大慶石化分公司廠區(qū)中部，西臨已建的乙烯球罐區(qū)，北側(cè)為現(xiàn)有MTBE、芳烴抽提裝置和新建聯(lián)合辦公樓，南側(cè)為苯乙烯裝置和新建丙烯球罐區(qū)，東側(cè)為碳九裝置。乙烯裝置共占地79152m2。乙烯裝置主要由7 個(gè)單元組成，包含原料預(yù)處理工序、裂解工序、急冷工序、壓縮工序、分離工序、制冷工序和公用工程系統(tǒng)。SSW 負(fù)責(zé)裝置裂解爐的工藝包設(shè)計(jì)，中國(guó)寰球工程公司負(fù)責(zé)分離系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)及整個(gè)乙烯裝置的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。乙烯裝置年操作小時(shí)數(shù)為8000h。操作彈性為70%～110%。裝置以生產(chǎn)高純度乙烯和丙烯為主，同時(shí)得到氫氣、甲烷、混合碳四、裂解汽油和裂解燃料油等副產(chǎn)品。小時(shí)乙烯生產(chǎn)能力75 噸。

2 項(xiàng)目實(shí)施

2.1 RBI 檢測(cè)工作范圍

本次RBI 檢測(cè)為該裝置2012 年投產(chǎn)以來(lái)首次計(jì)劃性停工大檢修，由大慶石化公司委托，2014 年10 月～2015 年11 月，中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院對(duì)該裝置進(jìn)行基于風(fēng)險(xiǎn)的RBI 評(píng)估，本次評(píng)估圍包含該裝置中在用所有壓力容器296臺(tái)和壓力管道4976 條，容器共劃分749 個(gè)評(píng)價(jià)單元，管道共劃分4976 個(gè)評(píng)價(jià)單元，安全閥322 臺(tái)，劃分322 個(gè)評(píng)價(jià)單元。

2.2 RBI 檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)過(guò)程中乙烯裝置296 臺(tái)設(shè)備劃分為749 個(gè)單元，占比最高的是中等風(fēng)險(xiǎn)，占比達(dá)到56.07%，而且并未出現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)單元。而管道檢測(cè)結(jié)果，低風(fēng)險(xiǎn)單元占比最高，在4970個(gè)檢驗(yàn)單元中3212 個(gè)為低風(fēng)險(xiǎn)單元，同樣未發(fā)現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)單元。

2.3 裝置的主要失效機(jī)理分析

該裝置中，壓力容器類損失以焦粒沖刷，磷酸鹽開(kāi)裂，高溫H2S/H2腐蝕為主；管線類損失以高溫氧化，焦粒沖刷，堿腐蝕/堿開(kāi)裂，碳酸鹽開(kāi)裂 機(jī)理為主。

2.3.1 高溫H2S/H2腐蝕+焦粒沖刷

（1）損傷機(jī)理描述。高溫H2S/H2腐蝕+焦粒沖刷損傷機(jī)理較有代表性，其原因?yàn)椋喝绻橘|(zhì)中含H2S 和H2，并且操作溫度大于190℃，則可能發(fā)生高溫H2S/H2腐蝕。也有資料表明高溫硫化物腐蝕發(fā)生在約204℃以上的溫度。

（2）損傷機(jī)理分析。由于裂解原料本身含硫，而且在裂解過(guò)程發(fā)生高溫焦化，因此裂解氣中會(huì)含有焦粒。從裂解爐出來(lái)的裂解氣含有H2S 和H2、塔底溫度較高（高于204℃），因而會(huì)發(fā)生高溫H2S/H2腐蝕和焦粒沖刷。內(nèi)部減薄速率保守的定為0.2mm/年。

（3）損傷機(jī)理分布。高溫H2S/H2腐蝕和焦粒沖刷主要發(fā)生在裂解爐對(duì)流段下部、裂解爐輻射段、裂解爐出料至塔底的管線、急冷器、急冷油塔底部及塔底回流線等。

2.3.2 堿腐蝕

（1）損傷機(jī)理描述。堿腐蝕：高濃度的苛性堿或堿性鹽，因蒸發(fā)及高傳熱導(dǎo)致的局部濃縮引起的金屬腐蝕。碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼都可能發(fā)生堿腐蝕。

（2）損傷機(jī)理分析。稀釋蒸汽發(fā)生塔底部有注堿且溫度較高；堿洗系統(tǒng)用堿吸收裂解氣中的酸性氣體，堿液濃度較高。

（3）損傷機(jī)理分布。堿腐蝕和堿開(kāi)裂主要發(fā)生在稀釋蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、堿洗系統(tǒng)等。腐蝕速率保守定為0.2mm/年。

2.3.3 堿腐蝕+堿開(kāi)裂+碳酸鹽開(kāi)裂

（1）損傷機(jī)理描述。接觸碳酸鹽溶液環(huán)境的碳鋼和低合金鋼，同時(shí)在拉應(yīng)力作用下，使得焊縫附近的表面發(fā)生開(kāi)裂，損傷形態(tài)類似于堿開(kāi)裂，其損傷敏感性與殘余應(yīng)力水平和PH 值有關(guān)。

（2）損傷機(jī)理分析。稀釋蒸汽發(fā)生塔底部有注堿且溫度較高，塔底進(jìn)料污水中含有酸性氣和碳酸鹽; 堿洗系統(tǒng)用堿吸收裂解氣中的酸性氣體形成碳酸鹽，因而會(huì)發(fā)生碳酸鹽開(kāi)裂。

（3）損傷機(jī)理分布。碳酸鹽開(kāi)裂主要發(fā)生在稀釋蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、塔底、堿洗系統(tǒng)底部等。腐蝕速率保守取為0.2mm/年。

2.3.4 濕硫化氫破壞+酸性水腐蝕

（1）損傷機(jī)理描述。濕硫化氫破壞：碳鋼和低合金鋼在含水和硫化氫環(huán)境中所發(fā)生的損傷。

酸性水腐蝕：包含硫化氫且pH 值在4.5 ～7.0 的酸性水引起的金屬腐蝕損傷形態(tài)。

（2）損傷機(jī)理分析。乙烯裂解原料石腦油中不可避免的含有H2S，H2O 以及其它硫化物，經(jīng)裂解后堿洗前，冷卻過(guò)程中所有走工藝介質(zhì)、中質(zhì)油、急冷油、急冷水、工藝水、燃料油、污油等存在液態(tài)水的設(shè)備和管道。

（3）損傷機(jī)理分布。ET-3201 上部，ET-3202 上部等以及與之相連的換熱設(shè)備和管道。腐蝕速率保守的定為0.2mm/年。

2.4 降低風(fēng)險(xiǎn)的建議

（1）腐蝕檢測(cè)，對(duì)裝置的主要設(shè)備及管線，注意生產(chǎn)過(guò)程中pH 值的監(jiān)測(cè)，分析腐蝕狀況及腐蝕趨勢(shì)。（2）壁厚監(jiān)測(cè)，在裝置中設(shè)定固定位置的測(cè)厚點(diǎn)進(jìn)行定期測(cè)厚，對(duì)于有保溫的設(shè)備及管線可設(shè)置活動(dòng)保溫盒，方便測(cè)厚。（3）對(duì)全面檢驗(yàn)過(guò)程中已發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕部位，適當(dāng)考慮進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)。（4）裝置的循環(huán)水、冷卻水、蒸汽要定期進(jìn)行水質(zhì)分析，控制水質(zhì)pH。

2.5 RBI 檢驗(yàn)最終結(jié)果

（1）本次RBI 檢驗(yàn)范圍包含乙烯裝置壓力容器289 臺(tái)，1794 條壓力管道，檢驗(yàn)未見(jiàn)嚴(yán)重減薄或開(kāi)裂現(xiàn)象；與前期評(píng)估裝置中壓力容器和壓力管道的腐蝕速率偏差基本符合正態(tài)分布，評(píng)估預(yù)測(cè)的腐蝕速率0.2mm/年及風(fēng)險(xiǎn)與實(shí)際基本符合。

（2）該裝置中主要的潛在失效機(jī)理有：內(nèi)部腐蝕減薄（包括均勻腐蝕減薄和局部腐蝕減薄）、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、外部腐蝕、機(jī)械損傷四大類；本次評(píng)估共劃分物流回路12 個(gè)，腐蝕回路11 條。

（3）利用檢驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)裝置風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行了修正，為裝置風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)管理奠定了基礎(chǔ)。

（4）根據(jù)檢驗(yàn)前乙烯裝置2015 年6 月安全風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果，該裝置沒(méi)有安全風(fēng)險(xiǎn)為高風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備；安全風(fēng)險(xiǎn)為中高風(fēng)險(xiǎn)的容器單元為104 個(gè)，管道為142 條；安全風(fēng)險(xiǎn)為中風(fēng)險(xiǎn)的容器單元為419 個(gè)，管道為1846 條；安全風(fēng)險(xiǎn)為低風(fēng)險(xiǎn)的容器單元為226 個(gè)，管道為2988 條。

（5）基于2021 年6 月乙烯裝置中評(píng)估壓力容器和管道的安全風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果。

通過(guò)對(duì)比檢驗(yàn)前后數(shù)據(jù)可知，該裝置實(shí)施檢驗(yàn)后，裝置在2021 年的整體風(fēng)險(xiǎn)水平有所降低，中高風(fēng)險(xiǎn)的容器單元降低了4 個(gè)，中高風(fēng)險(xiǎn)的管道單元降低了392 個(gè)。

（6）根據(jù)檢驗(yàn)后乙烯裝置的RBI 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果可知，在一個(gè)檢驗(yàn)周期內(nèi)，隨著裝置運(yùn)行時(shí)間的增加，裝置的風(fēng)險(xiǎn)水平越來(lái)越高，至2021 年6 月30 日，裝置中不含高風(fēng)險(xiǎn)單元，裝置中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備所占比例約為80%，少量設(shè)備仍占據(jù)裝置大部分安全風(fēng)險(xiǎn)，重點(diǎn)關(guān)注少量風(fēng)險(xiǎn)較大的設(shè)備，可有效地控制裝置的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（7）該裝置應(yīng)完善工藝操作規(guī)程，嚴(yán)格控制溫度和壓力等工藝參數(shù)的穩(wěn)定，盡量避免溫度的驟然升降以及超溫或超壓運(yùn)行，造成的其他損傷。同時(shí)加強(qiáng)安全閥在線檢查、日常巡檢、年度檢查等，發(fā)現(xiàn)有腐蝕嚴(yán)重、泄漏現(xiàn)象的安全閥采取有效措施。

3 結(jié)語(yǔ)

RBI 技術(shù)分析在實(shí)施過(guò)程有效降低設(shè)備的開(kāi)蓋率，提高大檢修計(jì)劃的有效性；同時(shí)RBI 分析項(xiàng)目為檢測(cè)計(jì)劃提供依據(jù)；為大修合理分配檢修費(fèi)用提供了依據(jù)，提高了備件管理效率，為裝置大修設(shè)備、管線材質(zhì)升級(jí)提供依據(jù)。裝置完成第一次RBI 分析結(jié)果后，應(yīng)組織車間管理人員學(xué)習(xí)，設(shè)備管理人員學(xué)會(huì)用分析結(jié)果指導(dǎo)日常維護(hù)及裝置檢修，從而避免維護(hù)維修的盲目性，達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)檢修的目的。RBI 的分析數(shù)據(jù)及結(jié)果不僅可以用于制定設(shè)備檢驗(yàn)策略，還可以用于企業(yè)設(shè)備管理及安全管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，發(fā)揮更大作用。

目前，國(guó)內(nèi)化工企業(yè)裝置在RBI 分析過(guò)程中所使用的評(píng)估軟件仍是依靠進(jìn)口軟件技術(shù)。但是，國(guó)內(nèi)設(shè)備管理水平、管理方式與國(guó)外不盡相同，我們?cè)谕茝VRBI 風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)用的同時(shí)，應(yīng)組織相關(guān)科研機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)符合我國(guó)各類裝置的RBI 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件，這對(duì)下一步推動(dòng)RBI 應(yīng)用有著重要意義。