發(fā)表時(shí)間： 2023-03-02 13:09:49
作者： 梁國(guó)華 (廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州)
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摘 要：基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)是針對(duì)承壓設(shè)備進(jìn)行腐蝕、耐壓分析的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，能很好的將腐蝕機(jī)制的工程知識(shí)和檢測(cè)學(xué)科結(jié)合起來(lái)。通過(guò)對(duì)某煉廠常減壓裝置進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)裝置中固有或潛在危險(xiǎn)發(fā)生的可能性與后果進(jìn)行科學(xué)分析，得到風(fēng)險(xiǎn)排序，找出設(shè)備和管道腐蝕薄弱環(huán)節(jié)，制定科學(xué)合理的檢驗(yàn)策略，在保證裝置安全運(yùn)行的前提下確定設(shè)備開(kāi)蓋檢驗(yàn)原則，降低裝置修理費(fèi)用和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
關(guān)鍵詞：基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)(RBI)；腐蝕；檢驗(yàn)策略；常減壓裝置
某煉廠常減壓裝置于1990年9月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)原油加工能力為250萬(wàn)噸/年，是按加工輕質(zhì)、高含硫原油設(shè)計(jì)的燃料、潤(rùn)滑油型常減壓蒸餾裝置。裝置在設(shè)計(jì)上吸收了國(guó)內(nèi)其他常減壓裝置的優(yōu)點(diǎn)和結(jié)合了煉制輕質(zhì)、高含硫原油的特點(diǎn)，在工藝上采用常壓系統(tǒng)大(常壓塔、常壓爐)、減壓系統(tǒng)小(減壓塔、減壓爐)設(shè)計(jì)。目前裝置主要加工中東輕質(zhì)原油和伊朗南帕斯凝析原油的混合油，由于油品高硫含酸，裝置高溫下的高溫硫和環(huán)烷酸腐蝕、低溫下的濕硫化物和氯化物腐蝕給設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)了較高風(fēng)險(xiǎn)，影響裝置的安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行[1-4]。
1 腐蝕機(jī)理分析
常減壓裝置共有34種物流，加工的原油含硫量1.98%，酸值約為0.27 mg/g，原油中的硫、酸、氯、氮、重金屬等雜質(zhì)及其化合物在加工過(guò)程中被分割到石油餾分中，有的直接腐蝕設(shè)備，有的在高溫、高壓、催化劑的作用下轉(zhuǎn)化各種各樣的腐蝕性物質(zhì)，并與其它化學(xué)物質(zhì)一起形成復(fù)雜多變的腐蝕環(huán)境腐蝕設(shè)備。
1.1 HCl+H2O腐蝕環(huán)境
原油中的鹽分加熱時(shí)水解產(chǎn)生鹽酸腐蝕鋼材。此腐蝕在原油進(jìn)裝置換熱時(shí)開(kāi)始發(fā)生，對(duì)換熱器及電脫鹽罐造成腐蝕，該類型腐蝕多發(fā)生在電脫鹽系統(tǒng)。
1.2 HCl+H2S+H2O 腐蝕環(huán)境
低溫HCl+H2S+H2O主要發(fā)生部位在常壓塔上部五層塔盤、塔體及部分揮發(fā)線、塔頂冷凝系統(tǒng)以及減壓塔部分揮發(fā)線和冷凝冷卻系統(tǒng)。一般氣相腐蝕較輕，液相腐蝕較重，尤以氣液兩相轉(zhuǎn)變部位即露點(diǎn)部位最為嚴(yán)重。腐蝕形態(tài)為碳鋼的均勻腐蝕和Cr13的點(diǎn)蝕以及奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂[5]。由于常壓塔、減壓塔塔頂材質(zhì)均為20g+0Cr13，塔體頂部出現(xiàn)點(diǎn)蝕；冷凝系統(tǒng)為碳鋼材料，處于HCl+H2S+H2O腐蝕環(huán)境，冷凝器腐蝕嚴(yán)重。
1.3 氯化氨腐蝕
在塔頂五層塔盤以上到冷凝器下游，有氯化氨鹽的結(jié)晶和腐蝕。干態(tài)的氯化氨鹽不腐蝕，但容易吸濕形成低pH環(huán)境，造成設(shè)備和管道腐蝕。
1.4 高溫硫與環(huán)烷酸腐蝕環(huán)境
碳鋼在溫度大于204 ℃時(shí)，介質(zhì)中的活性流和環(huán)烷酸與金屬發(fā)生反應(yīng)，腐蝕金屬。高溫硫的腐蝕出現(xiàn)在裝置中與其接觸的各部位，而高溫環(huán)烷酸發(fā)生于液相，如果氣液中沒(méi)有凝液產(chǎn)生則腐蝕很小，但在氣液混相區(qū)或是高流速?zèng)_刷及產(chǎn)生渦流區(qū)腐蝕將加劇[5]。高溫硫與環(huán)烷酸腐蝕主要發(fā)生部位在常壓塔、減壓塔及側(cè)線高溫部位。
1.5 H2S+H2O濕硫化氫腐蝕
溫度120 ℃以下，含硫化氫水溶液的部位有均勻腐蝕及HB/HIC/SOHIC/SSCC腐蝕機(jī)理，其影響因素與材料、環(huán)境有關(guān)及應(yīng)力水平，材料因素包括組織、硬度、含硫量等，環(huán)境因素包括硫化氫濃度、pH值、溫度等[5]。主要發(fā)生在塔頂?shù)姆忠汗藓蛡?cè)線冷卻器和下游管線的低點(diǎn)部位。
1.6 保溫層下腐蝕
120 ℃以下碳鋼材料如果保溫結(jié)構(gòu)損壞，水侵入穿透保溫層引起設(shè)備和管道表面腐蝕。
1.7 其他腐蝕機(jī)理
裝置中其它腐蝕機(jī)理主要有循環(huán)水腐蝕、大氣腐蝕和埋地管道土壤腐蝕等。
2 裝置風(fēng)險(xiǎn)分析
按照石化裝置定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估規(guī)則，為了便于評(píng)價(jià)及認(rèn)識(shí)，將裝置按照工藝功能區(qū)劃分為電脫鹽系統(tǒng)、初餾系統(tǒng)、常壓系統(tǒng)和減壓系統(tǒng)等四個(gè)工段。
2.1 風(fēng)險(xiǎn)分布
運(yùn)用RB.eye軟件，對(duì)裝置120臺(tái)設(shè)備和149條管道進(jìn)行了詳細(xì)的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，設(shè)備和管道風(fēng)險(xiǎn)矩陣分別見(jiàn)圖1、圖2所示。
由圖1可知，高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備2臺(tái)，占比1.7%；中高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備56臺(tái)，占比46.7%。由圖2可知，高風(fēng)險(xiǎn)管道2條，占比1.3%；中高風(fēng)險(xiǎn)管道31條，占比20.8%。由定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果顯示，中高風(fēng)險(xiǎn)以上設(shè)備和管道占比不高，裝置整體風(fēng)險(xiǎn)水平較低，處于風(fēng)險(xiǎn)可接受水平。
圖1 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)矩陣
圖2 管道風(fēng)險(xiǎn)矩陣
2.2 高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備和管道原因分析
裝置中高風(fēng)險(xiǎn)以上設(shè)備和管道主要集中在常壓系統(tǒng)和減壓系統(tǒng)，表1和表2分別為設(shè)備和管道高風(fēng)險(xiǎn)排序及原因分析。
表1 設(shè)備高風(fēng)險(xiǎn)排序及原因分析
表2 管道高風(fēng)險(xiǎn)排序及原因分析
2.3 設(shè)備定量風(fēng)險(xiǎn)分析舉例
通過(guò)RBI定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，裝置中高風(fēng)險(xiǎn)以上設(shè)備共有58臺(tái)、管道共有33條。下面以高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備渣油拔頭油換熱器E1301A為例進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)分析。渣油拔頭油換熱器E1302A由撫順機(jī)械廠制造，管箱和殼體材質(zhì)為16MnR，換熱管材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti，存在的腐蝕性物質(zhì)主要有：Cl-、H2S、H2O和硫化物(RSH)等物質(zhì)，為了掌握換熱器E1301A各部件的風(fēng)險(xiǎn)情況，將換熱器分為殼程、管箱、管程等三個(gè)部件分別評(píng)估。
2.3.1 殼 程
運(yùn)用RB.eye軟件對(duì)殼程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，殼程主要失效機(jī)理是高溫硫/環(huán)烷酸腐蝕減薄，其腐蝕減薄速率為1.016 mm/yrs。換熱器E1302A殼程腐蝕計(jì)算情況如圖3所示；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)為5D，處于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，詳見(jiàn)圖4。
圖3 渣油拔頭油換熱器E1302A殼程腐蝕計(jì)算情況
圖4 渣油拔頭油換熱器E1302A殼程風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算情況
2.3.2 管 箱
運(yùn)用RB.eye軟件對(duì)管箱進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，管箱主要失效機(jī)理是高溫硫/環(huán)烷酸腐蝕減薄，其腐蝕減薄速率為0.1778 mm/yrs。管箱腐蝕計(jì)算情況如圖5所示；風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為4A，處于中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，詳見(jiàn)圖6。
圖5 渣油拔頭油換熱器E1302A管箱腐蝕計(jì)算情況
圖6 渣油拔頭油換熱器E1302A管箱風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算情況
2.3.3 管 程
運(yùn)用RB.eye軟件對(duì)管程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，管程主要失效機(jī)理是高溫硫/環(huán)烷酸腐蝕減薄，其腐蝕減薄速率為0.0508 mm/yrs，換熱器管程腐蝕計(jì)算情況如圖7所示；風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為3A，處于低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，詳見(jiàn)圖8。
圖7 渣油拔頭油換熱器E1302A管程腐蝕計(jì)算情況
圖8 渣油拔頭油換熱器E1302A管程風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算情況
從渣油拔頭油換熱器E1302A各部件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果可知，換熱器風(fēng)險(xiǎn)主要存在于殼程，因此日常巡檢、維護(hù)和檢驗(yàn)需重點(diǎn)關(guān)注。由于殼體材質(zhì)為16MnR，在300 ℃左右環(huán)境下，主要失效機(jī)理是高溫硫/環(huán)烷酸腐蝕減薄，采用材質(zhì)升級(jí)是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。為降低其風(fēng)險(xiǎn)，換熱器殼體可采用內(nèi)襯13%Cr(410S)材質(zhì)。
3 檢驗(yàn)策略
3.1 檢驗(yàn)周期制定原則
通過(guò)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果，結(jié)合設(shè)備的使用情況、設(shè)備剩余使用壽命等來(lái)確定下一個(gè)檢驗(yàn)周期，并依據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(TSG21-2016)檢驗(yàn)周期最長(zhǎng)不超過(guò)壓力容器剩余使用壽命的一半，且不超過(guò)9年的規(guī)定來(lái)調(diào)整設(shè)備的檢驗(yàn)周期[6]。
另外，對(duì)于上次檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備和管道，還應(yīng)根據(jù)問(wèn)題的嚴(yán)重程度，對(duì)上述原則確定的檢驗(yàn)周期做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
3.2 設(shè)備開(kāi)蓋原則
通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果、設(shè)備使用情況、歷史檢驗(yàn)情況，確定設(shè)備是否需要開(kāi)蓋檢驗(yàn)原則。
(1)在能開(kāi)蓋或能進(jìn)入內(nèi)部檢驗(yàn)的情況下，高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備一般需開(kāi)蓋進(jìn)行內(nèi)部檢驗(yàn)；低風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備一般不需開(kāi)蓋檢驗(yàn)。
(2)中高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備視失效概率等級(jí)，失效概率等級(jí)為1、2，如果無(wú)內(nèi)壁應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂或局部腐蝕機(jī)理的，一般可不開(kāi)蓋檢驗(yàn)；失效概率等級(jí)為3的，視設(shè)備具體情況而定是否需要開(kāi)蓋檢驗(yàn)；失效概率為4或5的，通常應(yīng)安排開(kāi)蓋檢驗(yàn)。
(3)根據(jù)工藝需要如更換催化劑、工藝變更、設(shè)備改造或操作時(shí)有異常情況的，通常應(yīng)開(kāi)蓋檢驗(yàn)；對(duì)內(nèi)部有特殊介質(zhì)，開(kāi)蓋后反而會(huì)造成腐蝕的設(shè)備可不開(kāi)蓋，但應(yīng)增加針對(duì)內(nèi)壁可能存在的腐蝕機(jī)理有效的檢驗(yàn)手段。
(4)根據(jù)裝置管理人員的經(jīng)驗(yàn)、裝置多年的運(yùn)行情況與歷次檢驗(yàn)的情況，認(rèn)為有必要的均應(yīng)開(kāi)蓋檢驗(yàn)。
(5)對(duì)于首檢裝置，能開(kāi)蓋的設(shè)備，均應(yīng)進(jìn)行一次開(kāi)蓋檢驗(yàn)。
基于上述原則，通過(guò)常減壓裝置風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果，結(jié)合設(shè)備和管道的使用情況、風(fēng)險(xiǎn)狀況及損傷機(jī)理分布狀況，優(yōu)化設(shè)備和管道檢驗(yàn)策略，使檢驗(yàn)計(jì)劃和檢驗(yàn)方案更具針對(duì)性和可靠性；分析確定了設(shè)備開(kāi)蓋清單，開(kāi)蓋率為89.2%，降低了設(shè)備的開(kāi)蓋比例，減少裝置修理費(fèi)用，縮短檢驗(yàn)、維修時(shí)間。
4 結(jié) 論
基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)是一種追求系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一的理念與方法，是針對(duì)承壓設(shè)備進(jìn)行腐蝕、耐壓分析的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。它的一大顯著優(yōu)點(diǎn)是能很好的將腐蝕機(jī)制的工程知識(shí)和檢測(cè)學(xué)科結(jié)合起來(lái)。常減壓裝置通過(guò)基于風(fēng)險(xiǎn)的腐蝕與檢驗(yàn)的應(yīng)用，對(duì)裝置中固有或潛在危險(xiǎn)發(fā)生的可能性與后果進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，得到風(fēng)險(xiǎn)排序，找出腐蝕薄弱環(huán)節(jié)，在保證設(shè)備安全運(yùn)行的前提下減少設(shè)備開(kāi)蓋率和減少維修時(shí)間，降低裝置修理費(fèi)用和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到裝置安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行的目的。
