風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在烯烴轉(zhuǎn)化裝置中的應(yīng)用探討

潘志浩，李行達(dá)，傅如聞

（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院，廣東 佛山 528251）

烯烴轉(zhuǎn)化技術(shù)中，LUMMS公司的OCT工藝是目前丙烯增產(chǎn)技術(shù)中最成熟最具前景的專(zhuān)有技術(shù)之一[1]。隨著該技術(shù)的推廣運(yùn)用，烯烴轉(zhuǎn)化裝置的應(yīng)用越來(lái)越多，以該工藝為基礎(chǔ)的相關(guān)特種設(shè)備的安全形勢(shì)也備受重視。本文依據(jù) 《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則》[2]，對(duì)某石化公司烯烴轉(zhuǎn)化裝置壓力容器和壓力管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

1 裝置工藝流程

OCU裝置主要包括5個(gè)工藝單元：1）碳四原料預(yù)處理單元。主要作用是脫除碳四原料中的雜質(zhì)。2）碳四選擇加氫單元。經(jīng)預(yù)處理單元來(lái)的碳四原料，與氫氣按比例混合加熱后流經(jīng)加氫反應(yīng)器，將丁二烯選擇性加氫生成正丁烯。3）反應(yīng)精餾單元。主要作用是通過(guò)反應(yīng)精餾塔脫除選擇加氫后碳四物料中異丁烷、異丁烯和殘留的丁二烯。4）烯烴轉(zhuǎn)化及分離單元。混合碳四與乙烯原料混合并充分溶解后進(jìn)入烯烴轉(zhuǎn)化進(jìn)料預(yù)處理器，經(jīng)加熱后進(jìn)入烯烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，丁烯-2與乙烯反應(yīng)生成丙烯；反應(yīng)器出料經(jīng)冷卻進(jìn)入乙烯回收塔，對(duì)反應(yīng)生成丙烯產(chǎn)品進(jìn)行分離。5）再生氣系統(tǒng)單元。

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（RBI）的應(yīng)用

根據(jù)裝置情況和項(xiàng)目范圍，基于RBI項(xiàng)目需達(dá)成目標(biāo)，按照項(xiàng)目實(shí)施執(zhí)行或參照的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，采用風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)軟件對(duì)本裝置內(nèi)的壓力容器和壓力管道實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，得到相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

2.1 數(shù)據(jù)采集

對(duì)該裝置評(píng)估范圍內(nèi)壓力容器和壓力管道的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、整理，分類(lèi)建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（RBI）數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)采集的主要內(nèi)容包括企業(yè)基本情況、裝置運(yùn)行情況、設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及檢驗(yàn)信息、物料平衡表、PID圖等。

2.2 損傷機(jī)理定性分析

損傷機(jī)理定性分析是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（RBI）中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，根據(jù)pHA的概念，綜合分析OCU裝置工藝物料中含哪些腐蝕介質(zhì)，識(shí)別可能潛在的主要損傷機(jī)理。

2.2.1 σ相脆化

鉻元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)17%的300系列不銹鋼材料長(zhǎng)期在538～816℃范圍內(nèi)使用時(shí)，析出σ相而導(dǎo)致材料變脆的過(guò)程[3]。可能區(qū)域：長(zhǎng)期服役于高溫工況下300系列不銹鋼制壓力容器及反應(yīng)器進(jìn)出料工藝管道，再生系統(tǒng)處于再生工況下溫度較高，但歷時(shí)較短，σ相脆化可能性較低。

2.2.2 大氣腐蝕

未敷設(shè)絕熱層等覆蓋層的金屬在大氣中發(fā)生的腐蝕。在含有氯離子的海洋大氣和含有強(qiáng)烈污染的潮濕工業(yè)大氣中，材料表面溫度較環(huán)境露點(diǎn)低時(shí)，未敷設(shè)保溫層等覆蓋層的金屬在大氣中易發(fā)生大氣腐蝕。可能區(qū)域：未敷設(shè)絕熱層、防腐層部分破損的設(shè)備和管道。

2.2.3 保溫層下腐蝕（CUI）

CUI產(chǎn)生機(jī)理是由于保溫層與金屬表面間的空隙內(nèi)水的集聚產(chǎn)生的，可能來(lái)自雨水的泄漏和濃縮、蒸汽伴熱管泄漏等。CUI常發(fā)生在-12～120℃溫度范圍內(nèi)，形成局部腐蝕減薄。可能區(qū)域：保溫層穿透部位或可見(jiàn)的保溫層破壞部位，以及法蘭和其它管件的保溫層端口等敏感部位。本裝置處于沿海地區(qū)，雨水中含有的腐蝕性雜質(zhì)較多，一旦保溫層發(fā)生破損、脫落、松垮等現(xiàn)象，則可發(fā)生CUI。

2.2.4 氯化物應(yīng)力腐蝕

300系列奧氏體不銹鋼和鎳基合金在拉應(yīng)力和氯化物溶液的作用下發(fā)生的表面開(kāi)裂。可能區(qū)域：采用300系列不銹鋼制壓力容器及工藝管線，或因工藝物料中氯離子含量局部濃縮聚集超標(biāo)部位。

2.2.5 高溫氫損傷（HTHA）

碳鋼和合金鋼在溫度高于232℃、氫分壓大于7 kg／cm2時(shí)，氫進(jìn)入鋼材中并與碳發(fā)生反應(yīng)生成甲烷氣體；甲烷進(jìn)入晶界或夾雜界面的縫隙形成氣泡，隨氣泡的壓力增大，靠近鋼材表面的氣泡會(huì)發(fā)生形變而鼓凸成為甲烷鼓泡；相鄰晶界內(nèi)氣泡會(huì)長(zhǎng)大并連接形成裂紋，腐蝕部位的鋼材同時(shí)出現(xiàn)脫碳。可能區(qū)域：介質(zhì)中含有 H2，操作溫度大于232℃的工藝設(shè)備及管道系統(tǒng)。

2.3 物流劃分

在RBI分析過(guò)程中，物流數(shù)據(jù)收集和劃分是關(guān)鍵的一步，物流數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性會(huì)對(duì)評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生直接影響。本裝置物流基于OCU工藝生產(chǎn)流程單元進(jìn)行劃分，物流組份主要根據(jù)裝置初始工藝設(shè)計(jì)資料、物料平衡表以及分析數(shù)據(jù)等來(lái)確定，對(duì)于有些不能直接確定含量的有毒有害雜質(zhì)元素則須經(jīng)采樣分析獲得。

2.4 RBI風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果

1）風(fēng)險(xiǎn)分布。

對(duì)OCU裝置壓力容器進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算得到的風(fēng)險(xiǎn)矩陣如圖1所示。

圖1 OCU裝置壓力容器風(fēng)險(xiǎn)矩陣

對(duì)OCU裝置壓力管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算得到的風(fēng)險(xiǎn)矩陣如圖2所示。

圖2 OCU裝置壓力管道風(fēng)險(xiǎn)矩陣

從圖1可看出，中高風(fēng)險(xiǎn)壓力容器13臺(tái)，所占比例為17.3%；從圖2可看出，中高風(fēng)險(xiǎn)管道135條，所占比例為20.3%

2）重點(diǎn)關(guān)注管道及原因分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 OCU裝置失效可能性3以上的壓力管道及原因分析

3 檢驗(yàn)策略

經(jīng)評(píng)估，該裝置壓力容器和管道的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大部分處于可接受范圍之內(nèi)。把腐蝕速率大于等于0.1mm／a，及應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性為中或高、失效可能性大于等于3的中風(fēng)險(xiǎn)以上的壓力容器與壓力管道作為裝置重點(diǎn)關(guān)注的設(shè)備。詳見(jiàn)表2、表3。

表2 重點(diǎn)關(guān)注的壓力容器及降險(xiǎn)策略

表3 重點(diǎn)關(guān)注的壓力管道及降險(xiǎn)策略

4 結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)OCU裝置的工藝生產(chǎn)流程分析，識(shí)別該裝置的潛在損傷機(jī)理主要有σ相脆化、CUI、HTHA等。損傷機(jī)理的識(shí)別，有利于企業(yè)結(jié)合檢驗(yàn)情況對(duì)裝置內(nèi)壓力容器和管道采取針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)管控措施。2）通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算，得到OCU裝置壓力容器與壓力管道風(fēng)險(xiǎn)分布情況與統(tǒng)計(jì)結(jié)果：中高風(fēng)險(xiǎn)以上壓力容器占比為17.3%；中高風(fēng)險(xiǎn)以上壓力管道占比為20.3%。這為企業(yè)綜合研判裝置風(fēng)險(xiǎn)水平提供科學(xué)決策支持。3）通過(guò)定性的損傷機(jī)理識(shí)別和RBI風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)計(jì)算，分析給出OCU裝置重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備及原因分析，以此為依據(jù)制訂合理的檢驗(yàn)策略，對(duì)實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。