乙烯装置设备风险评估

乙烯装置设备风险评估

胡足张佳亮李磊

兰州石化公司研究院甘肃兰州730060

摘要：本文利用基于风险的检验（RBI）技术，对乙烯装置中的静设备进行风险评估，同时对装置的主要失效机理进行分析，对比2015年6月份和2015年9月份两次风险评估的结果，并提出了降低风险的建议。

关键词：RBI；乙烯装置；风险评估

1引言

RBI就是基于风险的检验，即以设备破坏而导致的介质泄漏为分析对象，以设备检验为主要手段的风险评估和管理过程。

传统的检验规程主要从保障压力容器和压力管道安全的角度出发，来确定相应的检验方法和检验时间。如制定压力容器的定检方案时，虽然对其失效机理也有所考虑，但由于检验人员的技术水平的差异，所制定的检验方法的针对性、有效性、完整性并不理想。传统的大检修计划也通常是停产后设备100％进行检修，重点不突出。与传统的检验方法和大检修计划相对比，RBI技术全面考虑了评价对象的经济性、安全性以及潜在的失效风险，根据不同设备的失效机理确定相应的检验计划。统计数据表明：设备的失效风险不是平均分配的，其中约10%～20%的设备承担了大约80%～90%的风险。RBI风险分析对设备进行风险排序，确定高风险设备，并可根据风险驱动因素提出有针对性的检验计划[1]。

RBI是一种系统和动态的检验方法。一方面RBI充分考虑设备早期的检验结果和经验、服役时间、设备损伤水平和风险等级来确定检验时间；另一方面RBI提供了合理分配检验和维修资源的基础，它能够保证对高风险设备有较多的重视，同时对低风险的设备进行适当的评估，允许业主将精力集中于高风险的设备上，应用有效的检验技术加以检测，在降低成本的同时提高设备的安全性和可靠性。

2.乙烯装置失效机理分析

乙烯装置的主要失效机理有高温硫化物腐蚀、高温氢腐蚀、湿H2S破坏等。

2.1高温硫化物腐蚀

原料油中所含的硫经反应生成H2S，在高温下H2S与氢介质同时作用时腐蚀会加剧，但腐蚀形态仍为均匀腐蚀减薄。高温H2S＋H2的腐蚀在204℃以上时，其腐蚀率与温度、材料、工艺介质性质和H2S浓度有关。装置中部分设备存在高温硫化物腐蚀的可能性。

2.2高温氢腐蚀

碳钢、低合金钢材料在操作温度大于204℃，操作压力大于0.55MPa，则可能发生高温氢损伤（HTHA）。钢对HTHA的敏感性通常可用一些经验得到的曲线进行评估，最常用的是API941指导性文件中的Nelson曲线。易发生的设备有反应器、进出料热交换器管壳程及相连管道等。

2.3冷却水腐蚀

冷却水中由溶解盐、气体、有机化合物或微生物活动引起的碳钢和其他金属的腐蚀，其主要影响因素有包括流体温度、水质、是否结垢、氧含量和流速等，损伤形态可能为均匀腐蚀或者局部腐蚀。对乙烯装置，所有水冷热交换器和冷却塔设备都可能存在冷却水腐蚀。

2.4湿H2S破坏

湿硫化氢环境下的应力腐蚀开裂包括氢鼓包（HB）、氢致开裂（HIC）、应力导向氢致开裂（SOHIC）、硫化物应力腐蚀开裂（SSC）。其中氢鼓包、HIC、SOHIC发生在室温至150℃，SSC发生在82℃以下。湿硫化氢环境下的应力腐蚀开裂主要影响材料为碳钢和低合金钢。乙烯装置中压缩系统以及裂解与急冷系统的急冷部分等容易发生湿硫化氢破坏。

3乙烯装置2015年6月风险分析结果

3.1总体描述

利用ORBITONSHORE软件进行定量分析时，从安全性方面对装置进行风险分析，结果以安全风险的形式体现：

安全风险：在失效后果方面主要考虑压力容器中介质的特性以及泄放量和泄放速率等参数，以压力容器周围的破坏影响面积为指标来确定后果。

3.2乙烯装置2015年6月压力容器的安全风险计算结果

乙烯装置安全风险分为高风险、中等程度风险（中高、中）和低风险，分布情况见表3.2。

4乙烯装置2015年9月风险分析结果

4.12015年9月风险分析的前提条件

对2015年9月进行风险分析是建立在2015年6月风险分析的基础上的，并且假设：

（1）评估设备所属装置的生产工艺流程保持不变；

（2）评估设备的操作参数保持不变。

4.2乙烯装置2015年9月检验前的安全风险结果预测

与2015年6月安全风险分析结果比较，2016年9月设备安全风险分布变化情况见表4.2。

5降低风险的建议

需要指出的是，RBI的目标是通过管理可预计的、可检验的损伤机理进而管理风险，它不可能涵盖所有导致设备失效的问题。在确定损伤机理与损伤速率时，应充分考虑到工艺有变化可能带来的影响。有些工艺不正常对设备所造成的损伤，单靠RBI分析有时也难以完全解决。

风险的两个因素一个是失效可能性，另一个是失效后果。在RBI所能解决的范围内主要是针对前一个因素，实际通过对高后果单元的干预也能有效降低风险，比如在泄漏量大的存量组中增加紧急切断阀来使单个存量组的存量降低，或者是建立围堰、防爆墙，增设泄漏物料紧急处理系统、自动消防系统等都可以降低失效的后果。

据此，建议进行如下工作：

（1）工艺的变更应在RBI实施中有及时的更新和再评估，工艺的波动则须由评估人员来分析其是否对评估产生重大影响，以决定是否需要再评估；

（2）虽然RBI无法给出降低后果方面的针对性建议，但是良好的事故处理应急预案和操作规程会有效降低装置风险水平，建议在可行的情况下进行量化风险评估（QRA），综合评定其它安全控制和防护措施，以确定是否需要增加紧急切断设施等。

6总结

（1）本次RBI评估的对象是乙烯装置工艺系统内的116台静设备，通过对其进行风险分析的计算，对比2015年6月份和2015年9月份风险评估的结果，高风险的压力容器评价单元为2个，保持不变，中高风险的设备单元增加一个，绝大多数压力容器仍处于中等程度风险水平，但整体风险仍处于中风险水平，满足装置正常运行要求。

（2）乙烯装置的主要失效机理有高温硫化物腐蚀（氢气环境）、高温氢腐蚀、湿H2S破坏、冷却水腐蚀、汽蚀和大气腐蚀等。

（3）由于乙烯装置的整体风险水平较低，建议装置的下次检验时间延期到2016年9月。

（4）通过RBI项目的实施，提高了装置的管理水平，指导设备检修、维修及安全生产管理。

参考文献：

[1]中国石油兰州石化公司乙烯装置风险评估（RBI）报告.2016：11.