风险评估在烯烃转化装置中的应用探讨

潘志浩，李行达，傅如闻

（广东省特种设备检测研究院，广东 佛山 528251）

烯烃转化技术中，LUMMS公司的OCT工艺是目前丙烯增产技术中最成熟最具前景的专有技术之一[1]。随着该技术的推广运用，烯烃转化装置的应用越来越多，以该工艺为基础的相关特种设备的安全形势也备受重视。本文依据 《承压设备系统基于风险的检验实施导则》[2]，对某石化公司烯烃转化装置压力容器和压力管道进行风险评估。

1 装置工艺流程

OCU装置主要包括5个工艺单元：1）碳四原料预处理单元。主要作用是脱除碳四原料中的杂质。2）碳四选择加氢单元。经预处理单元来的碳四原料，与氢气按比例混合加热后流经加氢反应器，将丁二烯选择性加氢生成正丁烯。3）反应精馏单元。主要作用是通过反应精馏塔脱除选择加氢后碳四物料中异丁烷、异丁烯和残留的丁二烯。4）烯烃转化及分离单元。混合碳四与乙烯原料混合并充分溶解后进入烯烃转化进料预处理器，经加热后进入烯烃转化反应器，丁烯-2与乙烯反应生成丙烯；反应器出料经冷却进入乙烯回收塔，对反应生成丙烯产品进行分离。5）再生气系统单元。

2 风险评估（RBI）的应用

根据装置情况和项目范围，基于RBI项目需达成目标，按照项目实施执行或参照的法规标准，采用风险分析系统软件对本装置内的压力容器和压力管道实施风险计算，得到相应的风险等级。

2.1 数据采集

对该装置评估范围内压力容器和压力管道的数据信息进行采集、整理，分类建立风险评估（RBI）数据库。数据采集的主要内容包括企业基本情况、装置运行情况、设备基础数据及检验信息、物料平衡表、PID图等。

2.2 损伤机理定性分析

损伤机理定性分析是风险评估（RBI）中的一个重要环节，根据pHA的概念，综合分析OCU装置工艺物料中含哪些腐蚀介质，识别可能潜在的主要损伤机理。

2.2.1 σ相脆化

铬元素质量分数超过17%的300系列不锈钢材料长期在538～816℃范围内使用时，析出σ相而导致材料变脆的过程[3]。可能区域：长期服役于高温工况下300系列不锈钢制压力容器及反应器进出料工艺管道，再生系统处于再生工况下温度较高，但历时较短，σ相脆化可能性较低。

2.2.2 大气腐蚀

未敷设绝热层等覆盖层的金属在大气中发生的腐蚀。在含有氯离子的海洋大气和含有强烈污染的潮湿工业大气中，材料表面温度较环境露点低时，未敷设保温层等覆盖层的金属在大气中易发生大气腐蚀。可能区域：未敷设绝热层、防腐层部分破损的设备和管道。

2.2.3 保温层下腐蚀（CUI）

CUI产生机理是由于保温层与金属表面间的空隙内水的集聚产生的，可能来自雨水的泄漏和浓缩、蒸汽伴热管泄漏等。CUI常发生在-12～120℃温度范围内，形成局部腐蚀减薄。可能区域：保温层穿透部位或可见的保温层破坏部位，以及法兰和其它管件的保温层端口等敏感部位。本装置处于沿海地区，雨水中含有的腐蚀性杂质较多，一旦保温层发生破损、脱落、松垮等现象，则可发生CUI。

2.2.4 氯化物应力腐蚀

300系列奥氏体不锈钢和镍基合金在拉应力和氯化物溶液的作用下发生的表面开裂。可能区域：采用300系列不锈钢制压力容器及工艺管线，或因工艺物料中氯离子含量局部浓缩聚集超标部位。

2.2.5 高温氢损伤（HTHA）

碳钢和合金钢在温度高于232℃、氢分压大于7 kg／cm2时，氢进入钢材中并与碳发生反应生成甲烷气体；甲烷进入晶界或夹杂界面的缝隙形成气泡，随气泡的压力增大，靠近钢材表面的气泡会发生形变而鼓凸成为甲烷鼓泡；相邻晶界内气泡会长大并连接形成裂纹，腐蚀部位的钢材同时出现脱碳。可能区域：介质中含有 H2，操作温度大于232℃的工艺设备及管道系统。

2.3 物流划分

在RBI分析过程中，物流数据收集和划分是关键的一步，物流数据的准确性会对评估结果产生直接影响。本装置物流基于OCU工艺生产流程单元进行划分，物流组份主要根据装置初始工艺设计资料、物料平衡表以及分析数据等来确定，对于有些不能直接确定含量的有毒有害杂质元素则须经采样分析获得。

2.4 RBI风险分析结果

1）风险分布。

对OCU装置压力容器进行风险计算得到的风险矩阵如图1所示。

图1 OCU装置压力容器风险矩阵

对OCU装置压力管道进行风险计算得到的风险矩阵如图2所示。

图2 OCU装置压力管道风险矩阵

从图1可看出，中高风险压力容器13台，所占比例为17.3%；从图2可看出，中高风险管道135条，所占比例为20.3%

2）重点关注管道及原因分析，结果见表1。

表1 OCU装置失效可能性3以上的压力管道及原因分析

3 检验策略

经评估，该装置压力容器和管道的风险等级大部分处于可接受范围之内。把腐蚀速率大于等于0.1mm／a，及应力腐蚀开裂敏感性为中或高、失效可能性大于等于3的中风险以上的压力容器与压力管道作为装置重点关注的设备。详见表2、表3。

表2 重点关注的压力容器及降险策略

表3 重点关注的压力管道及降险策略

4 结论

1）通过对OCU装置的工艺生产流程分析，识别该装置的潜在损伤机理主要有σ相脆化、CUI、HTHA等。损伤机理的识别，有利于企业结合检验情况对装置内压力容器和管道采取针对性的风险管控措施。2）通过风险评估计算，得到OCU装置压力容器与压力管道风险分布情况与统计结果：中高风险以上压力容器占比为17.3%；中高风险以上压力管道占比为20.3%。这为企业综合研判装置风险水平提供科学决策支持。3）通过定性的损伤机理识别和RBI风险评估系统计算，分析给出OCU装置重点关注设备及原因分析，以此为依据制订合理的检验策略，对实现企业可持续发展具有重要意义。