基于風(fēng)險(xiǎn)分析的乙烯裂解裝置壓力管道在線檢驗(yàn)的優(yōu)化

傅如聞 王 磊 楊景標(biāo) 李緒豐 羅偉堅(jiān) 李 蔚 廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院

基于風(fēng)險(xiǎn)分析的乙烯裂解裝置壓力管道在線檢驗(yàn)的優(yōu)化

傅如聞 王 磊 楊景標(biāo) 李緒豐 羅偉堅(jiān) 李 蔚 廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院

以乙烯裂解裝置RBI分析結(jié)果為基礎(chǔ)，將腐蝕回路中的壓力管道按照管徑、材質(zhì)及用途等因素劃分為不同的檢驗(yàn)單元進(jìn)行在線檢驗(yàn)優(yōu)化，根據(jù)其失效可能性及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定各檢驗(yàn)單元的檢驗(yàn)比例。結(jié)果表明：基于RBI分析結(jié)果的壓力管道在線抽檢方法可以滿足使用單位調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)要求。

乙烯裂解裝置 腐蝕回路 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí) 在線抽檢

壓力管道在線檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)通常是以‘條’為單元。根據(jù)《在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)則》(以下簡(jiǎn)稱為《管檢規(guī)》）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)。壓力管道的所謂‘條’是設(shè)計(jì)時(shí)按工藝目的劃分的一段管道。因此‘條’是管道設(shè)計(jì)單元而不是檢驗(yàn)單元。石化裝置進(jìn)行RBI分析是通常是以物流回路或腐蝕回路為單元進(jìn)行。以腐蝕回路或物流回路內(nèi)管道為單元進(jìn)行檢驗(yàn)優(yōu)化調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)是在線檢驗(yàn)新方向。

某化工廠的乙烯裂解裝置有5532條管道進(jìn)行了RBI分析。如果按照管檢規(guī)在線檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)所需的時(shí)間及檢驗(yàn)的工作量都將很大。本文研究了以RBI分析的結(jié)果為基礎(chǔ)，以腐蝕回路內(nèi)的管道為單位，根據(jù)失效可能性及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)別對(duì)待，進(jìn)行不同比例的抽檢進(jìn)行在線抽檢的結(jié)果。

1 管道基本情況及RBI分析結(jié)果

1.1 管道基本情況

某化工廠的乙烯裂解裝置，設(shè)計(jì)產(chǎn)能800kt/年乙烯和430kt/年丙烯。采用S&W公司的專利—超選擇性裂解爐(USC)技術(shù)和先進(jìn)回收系統(tǒng)(ARS)技術(shù)。劃分為9個(gè)單元,各單元的名稱及管道條數(shù)見表1。

1.2 工業(yè)管道RBI分析結(jié)果

RBI分析采用基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)軟件S-RBI進(jìn)行。各單元的裝置管道按腐蝕回路劃分及分組的詳細(xì)情況見表1，腐蝕回路內(nèi)按大管[管徑大于等于3in(76mm)]、小管[管徑小于3in(76.mm)]和排凝管、注入管等分別劃分為一個(gè)組。

表1 裝置的腐蝕回路及管道組情況

該裝置2006年底投用，2010年初停車檢修時(shí)對(duì)壓力容器進(jìn)行了首次檢驗(yàn)，由于檢修時(shí)間緊迫，壓力管道沒進(jìn)行停車全面檢驗(yàn)檢驗(yàn)。2011年底，根據(jù)裝置的失效模式，參照定點(diǎn)測(cè)厚及壓力容器全面檢驗(yàn)結(jié)果，利用S-RBI分析軟件完成了該裝置承壓設(shè)備基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)，壓力管道基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)結(jié)果見表1。風(fēng)險(xiǎn)矩陣見圖1。

圖1 裝置管道風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖

2 基于RBI分析的管道在線檢驗(yàn)優(yōu)化

2.1 在線檢驗(yàn)優(yōu)化調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)的可行性

《管檢規(guī)》中全面檢驗(yàn)關(guān)于測(cè)厚及無損探傷檢驗(yàn)比例的規(guī)定本質(zhì)上也是抽檢。管道抽檢無非有兩種方法：一是以條為檢驗(yàn)單元抽檢的部位按比例進(jìn)行，二是以腐蝕回路或物流回路為檢驗(yàn)單元抽檢的管道條數(shù)按比例進(jìn)行。另外，《管檢規(guī)》中關(guān)于不同級(jí)別管道超聲探傷或射線探傷比例不同的規(guī)定，其精神與RBI也是一致的。只不過其關(guān)注的是管道的本體安全而不是使用過程安全，目的是找出制造安裝過程中缺陷，而不是使用過程中產(chǎn)生的缺陷。因此，基于RBI分析的在線抽檢調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)是可行的。

2.2 在線檢驗(yàn)優(yōu)化策略

基于RBI分析結(jié)果表明該裝置各單元的承壓設(shè)備無明顯減薄、應(yīng)力腐蝕開裂敏感性不高、材質(zhì)劣化傾向性不大。停車進(jìn)行壓力容器內(nèi)部檢驗(yàn)結(jié)果表明：壓力容器腐蝕速率正常，未發(fā)現(xiàn)有異常的損傷機(jī)理。壓力管道的在線抽檢以RBI風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果為依據(jù)，結(jié)合管道現(xiàn)場(chǎng)操作狀況，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高并且檢驗(yàn)周期少于6年的管道進(jìn)行重點(diǎn)腐蝕監(jiān)控。對(duì)于其他風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較低并且推薦檢驗(yàn)周期大于6年的壓力管道，以依據(jù)RBI風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果，制定以宏觀檢驗(yàn)及在線測(cè)厚抽檢為主的檢驗(yàn)方案。同時(shí)，基于壓力管道腐蝕失效的機(jī)理, 壓力管道的檢驗(yàn)主要通過在線檢驗(yàn)的方式進(jìn)行，一些先進(jìn)的無損檢測(cè)技術(shù)可以用來作為傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的補(bǔ)充。

2.3 檢驗(yàn)方法及比例

表1可以看出,該裝置風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)無極高和高的壓力管道，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中高的壓力管道有106組，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中以下的管道有359組。中高風(fēng)險(xiǎn)以上的壓力管道占23%，中風(fēng)險(xiǎn)以下的壓力管道占77%。風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，共有16組管道（約占管道組總數(shù)的3%）的檢驗(yàn)周期少于5年（含5年）；共有4組管道的檢驗(yàn)周期為3年以下的，其中U1000有三組、U1700有一組，約占管道組總數(shù)的1%。壓力管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)水平總體較低。結(jié)合S－RBI分析軟件的特點(diǎn)及使用管理經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)關(guān)注檢驗(yàn)周期少于5年的管道組，特別是檢驗(yàn)周期少于3年的。失效概率大于等于M以上的25組管道進(jìn)行超聲無損探傷，檢驗(yàn)管道在線抽檢全部進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)，在線測(cè)厚比例見表2。

表2 按風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的壓力管道在線測(cè)厚抽檢比例

2.4 腐蝕回路內(nèi)管道的測(cè)厚抽檢原則

優(yōu)先選取下列管道：

1）如果腐蝕回路內(nèi)管道組風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不同，優(yōu)先選取風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高的管道組內(nèi)的管道；

2）如果腐蝕回路內(nèi)管道的級(jí)別不同，優(yōu)先選取級(jí)別高的管道；

3）含注入點(diǎn)（指向工藝流體中注入相對(duì)少量的介質(zhì)以控制化學(xué)反應(yīng)或其他工藝參數(shù)的位置但不包括兩條工藝線交匯處）管段；

4）盲管段（管道系統(tǒng)中沒有明顯介質(zhì)流動(dòng)的組成部分，如堵塞的支管、帶有常閉截止閥的管道、一端堵塞的管道、耐壓管支架、停用的控制閥旁通管、備用泵管道、液位計(jì)接管、卸壓閥進(jìn)出口總管、泵平衡旁路管、高位放空管、儀表連接管等）；

5）異常支吊架附近管道；

6）絕熱層或防腐層破損的管道；

7）與泵及壓縮機(jī)相連的管道；

8）相同條件下優(yōu)先容易進(jìn)行檢驗(yàn)的管道。

3 抽檢結(jié)果分析及存在的問題

3.1 抽檢結(jié)果

2010年3月進(jìn)行的停車檢修發(fā)現(xiàn)設(shè)備腐蝕主要集中在1000單元，主要是有機(jī)酸、高溫硫腐蝕導(dǎo)致部分設(shè)備出現(xiàn)腐蝕減薄；1100裂解單元中由于較高的溫度，隨著使用年限的增加，蠕變、滲碳、珠光體球化將會(huì)是潛在的問題。本次管道檢驗(yàn)過程中，1000單元又進(jìn)行停車檢修，對(duì)管道焊縫進(jìn)行了超聲橫波探傷，未發(fā)現(xiàn)裂紋。說明1000單元的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性不高。各單元可能存在的腐蝕失效模式及抽檢的管道條數(shù)、使用的檢驗(yàn)方法詳見表3。

表3 各單元管道的失效模式及抽檢數(shù)量

3.2 結(jié)果分析

抽檢的947條管道，發(fā)現(xiàn)的問題有保溫層下腐蝕嚴(yán)重、管道上有貼補(bǔ)及減薄等。各單元檢查發(fā)現(xiàn)減薄管道詳見表4，共有12個(gè)腐蝕回路共23組管道發(fā)現(xiàn)減薄，其中檢驗(yàn)周期少于4年的有10組，檢驗(yàn)周期大于4年有13組。檢驗(yàn)周期少于4年的管道按組數(shù)比例約為2%，有減薄的管道按組數(shù)比例約為5%。說明該企業(yè)壓力管道減薄比例比較小，本裝置壓力管道總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)相對(duì)較低。在線抽檢發(fā)現(xiàn)23組管道有減薄，比RIB分析發(fā)現(xiàn)的16組略有增加，特別是檢驗(yàn)周期小于4年的有9組，比RIB分析發(fā)現(xiàn)的4組，增加明顯；在RBI分析認(rèn)為沒有明顯腐蝕的U1200及U1300單元均發(fā)現(xiàn)有3個(gè)減薄腐蝕回路。

表4 各單元減薄管道數(shù)量在線抽檢前后比對(duì)

3.3 在線抽檢過程中存在的問題

在線抽檢過程中主要存在的問題：一是在線高溫超聲測(cè)厚在一些特殊的條件下測(cè)量精度不高[1]。如當(dāng)管道的公稱直徑小于3in(76mm)時(shí)、特別是測(cè)量彎管時(shí)，這是因?yàn)楦邷販y(cè)厚探頭尺寸相對(duì)管道尺寸來說，相對(duì)較大，測(cè)厚是耦合不好導(dǎo)致；還有就是當(dāng)溫度大于450℃以上時(shí)，耦合劑通常都會(huì)失效甚至著火。二是對(duì)材料的蠕變、滲碳、珠光體球化等問題沒有有效的檢驗(yàn)方法。

4 結(jié)論

通過這次在線抽檢，驗(yàn)證RBI分析的結(jié)果，以及識(shí)別失效概率較高的管道。通過加強(qiáng)監(jiān)控及采取降險(xiǎn)措施，如停車進(jìn)行檢修等，使得該裝置的總體風(fēng)險(xiǎn)能夠降到企業(yè)能夠承受的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)范圍內(nèi)。

1 黃新泉,崔軻龍等, DM4型超聲波測(cè)厚儀在高溫測(cè)厚過程中的應(yīng)用.石油化工腐蝕與防護(hù)技術(shù),2008,25(4)：48－50

Based on RBI analysis results for ethylene cracking unit, pressure pipelines in corrosion-circuit were divided into different inspection units and carried out on-site inspections, according to its diameter, material, application and etc. The inspection proportion for each unit was determined by its failure probability and risk level. It is showed that pressure pipelines on-site inspection based on RBI analysis results can meet the user’s requirement of risk adjustment.

Ethylene cracking unit Corrosion-circuit Risk level Sample inspections on-line

2013－08－05）