风险评估技术在丙烯腈装置的应用研究

薛利杰

摘 要：通过运用风险评估技术，对某化工企业丙烯腈装置失效后果和失效概率进行定量分析，确定该装置潜在的损伤机理及其严重程度，结合腐蚀回路和物流回路的科学有效划分，确定了该装置内中高及以上风险的压力容器及管道，以及在两个检验周期内风险分布及变化情况，风险分析的结果为提高检验有效性提供数据支撑，为企业加强日常管理提供科学依据。

关键词：基于风险的检验；丙烯腈装置；损伤机理；应力腐蚀

1概况

风险管理是在经济与社会效益、风险和费用的三度空间中寻求达到风险最小，效益最大的目标。石化装置中基于风险的设备完整性管理主要包括RBI（Risk-Based Inspection）、RCM（Reliability-Centered Maintenance）以及SIL（Safety Integrity Level），RBI、RCM与SIL共同构成了基于风险的设备管理方法的核心内容，是确保装置安全的最重要手段。基于风险的检验（RBI），是在风险分析基础上，找出薄弱环节，以确保本质安全和减少运行费用为目标，优化检验策略的一种管理方式。本项目主要对化工企业丙烯腈装置进行风险评估，该装置采用丙烯氨氧化法生产丙烯腈，共包含反应部分、精制部分、废水处理、硫铵浓缩单元、催化剂沉降系统、制冷单元、乙腈单元等工段。前，丙烯腈装置于2012年开始投料生产，整个装置工艺稳定，设备运行良好，整个单元计划于2019年进行定期检验。

2损伤机理分析

丙烯腈装置主要工艺介质为丙烯、合成氨、空气、硫酸、醋酸等，丙烯腈装置潜在的损伤模式主要为减薄、环境开裂、外部腐蚀、材质劣化等，主要损伤机理为内部腐蚀减薄、氯化物应力腐蚀开裂、氨应力腐蚀开裂、大气腐蚀、保温层下腐蚀、珠光体球化等。

2.1内部腐蚀减薄

内部腐蚀减薄主要是由内部介质引起的腐蚀，金属材料本体发生损失引起壁厚减薄，存在均匀或局部腐蚀两种不同形态，丙烯腈装置中的内部介质引发的腐蚀，正常情况下腐蚀的速率比较低。

2.2氯化物应力腐蚀开裂

由于丙烯腈生产工艺中可能含有氯离子，并且该装置部分使用了不锈钢建造的压力容器和管道，因此氯化物应力腐蚀开裂是潜在的损伤形式。氯化物应力腐蝕开裂影响因素主要包括材料、应力、浓度、温度、pH值等，在多种因素综合具备下，产生起源于表面的开裂，不会引起明显的减薄，这些裂纹主要呈现分叉、树枝状。

2.3氨应力腐蚀开裂

压力容器或管道材质为碳钢和低合金钢，在介质为无水液氨中的环境下，容易发生氨应力腐蚀开裂。对于碳钢或低合金钢，主要影响因素包括残余应力、温度、含水量和杂质等。对于材质为碳钢，又未进行过热处理，这种情况下，焊缝金属和热影响区在液氨中都可能发生开裂。对于铜合金，大多数情况会发生表面开裂，裂纹沿晶或穿晶扩展，裂纹中存在浅蓝色腐蚀产物。

2.4外部腐蚀

包括无隔热层大气腐蚀和有隔热层大气腐蚀两种形式。无隔热层大气腐蚀是未敷设覆盖层的金属在大气中发生的腐蚀，对于碳钢和低合金钢，其损伤形态遭受腐蚀时主要表现为均匀减薄或局部减薄，影响因素主要有大气成份、湿度、温度等。有隔热层的大气腐蚀是指敷设隔热层等覆盖层的金属在覆盖层下发生的腐蚀，又称层下腐蚀。对于碳钢和低合金钢，其遭受腐蚀时损伤形态主要表现为覆盖层下局部减薄，其主要影响因素主要有大气成份、结构和覆盖层质量、温度、运行周期、高湿度区域等。

2.5珠光体球化

材料在高温（440℃～760℃）长期使用过程中，珠光体中渗碳体（碳化物）形态由最初的层片状逐渐转变成球状的过程。受影响的常用碳钢和低合金钢，主要影响因素包括温度、微观组织。目视检测一般不能发现球化，主要通过金相分析判断。材料因球化而强度降低，强度下降最大降幅可达30%，同时延展性一般会增大，应力集中区域会发生变形。

2.6其他损伤

丙烯腈装置中还包括其他损伤，如冲蚀、振动疲劳等。

3物流回路和腐蚀回路划分

物流首先按单元的工艺流程来进行划分，物流组份主要根据单元初始工艺设计资料、流程以及分析数据等来确定，共划分为48个物流。腐蚀回路划分主要按照装置主工艺流程和腐蚀特征来划分，划分的依据是基于：相同或相似的工艺介质操作条件+相同的设备或管道材质会产生相似的腐蚀机理，基本上同一个腐蚀回路中的设备及管道具有相似的选材及腐蚀特性。

4风险分析结果

2024年与2019年的分析结果相比较，有44个容器项的失效可能性类别从1上升到3，对高可能性系数起作用的主要损伤机理是氯化物应力腐蚀开裂；对于管道项，有227条管线的失效可能性类别从1上升到2。对高可能性系数起作用的主要损伤机理是氯化物应力腐蚀开裂和液氨应力腐蚀开裂。

5检验策略

根据分析评估的结果，结合损伤机理，采取更有效的检验检测方法，制定更加科学合理的检验策略。比如，根据损伤机理来确定应检查的缺陷类型；根据损伤发生的部位来选择检验部位；根据需检测的缺陷类型选择采用何种检测方法；根据安全与经济效益协调统一的原则来确定检验周期。企业在管理过程中，还需要考虑采取有效降低风险的措施，由于风险是失效可能性与失效后果的组合，因此只要是能降低失效可能性或失效后果的措施都能起到降低风险的作用。可以通过在线检验调整风险、提高检验有效性调整风险、提高管理水平降低风险等方式降低失效可能性。对于那些由于介质毒性程度高或易燃爆而使设备与管道失效后果等级高的情况，可增加在线监测、有毒物质泄漏报警装置等安全保护措施，控制易燃、易爆、有毒物质的泄漏和扩散后果，达到降低失效后果的目的。

参考文献：

[1] GB/T 26610.1—2011，承压设备系统基于风险的检验实施导则 第1部分：基本要求和实施程序[S].

[2] 赵国相，田利，郭妍琼，等.基于风险的检验技术在含硫天然气处理装置中的应用[J].石油化工设备.