用作業(yè)條件危險評價法識別乙烯聯(lián)合裝置腐蝕泄漏風(fēng)險

孔朝輝，康強利，李 明

(中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司，新疆 獨山子 833600)

用作業(yè)條件危險評價法識別乙烯聯(lián)合裝置腐蝕泄漏風(fēng)險

孔朝輝，康強利，李 明

(中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司，新疆 獨山子 833600)

乙烯聯(lián)合裝置生產(chǎn)工藝復(fù)雜、工況苛刻，生產(chǎn)介質(zhì)易燃易爆、有毒有害，一旦發(fā)生泄漏造成設(shè)備損失的同時，也會對作業(yè)人員造成嚴重的安全風(fēng)險。從腐蝕介質(zhì)和腐蝕機理等方面入手，對1 Mt/a乙烯聯(lián)合裝置的裂解和急冷等各工段可能發(fā)生腐蝕泄漏的系統(tǒng)進行排查，通過全面分析識別，評價確定高溫爐管、進料預(yù)熱等9個系統(tǒng)為乙烯聯(lián)合裝置的易腐蝕系統(tǒng)。運用作業(yè)條件危險評價法對乙烯聯(lián)合裝置易腐蝕系統(tǒng)進一步開展安全風(fēng)險評價，客觀評定發(fā)生腐蝕泄漏事故后的傷亡風(fēng)險程度，并提出了防護措施。

作業(yè)危險分析 乙烯聯(lián)合裝置 腐蝕泄漏 識別評價

石化生產(chǎn)工藝復(fù)雜、規(guī)模龐大，生產(chǎn)介質(zhì)易燃易爆、有毒有害，這些特點決定了石化生產(chǎn)行業(yè)的高危險性，一旦發(fā)生生產(chǎn)事故，在給生產(chǎn)設(shè)備造成破壞損失的同時，往往也會造成作業(yè)人員的傷亡。在影響石化裝置安全運行的各種因素中，因設(shè)備腐蝕泄漏導(dǎo)致生產(chǎn)事故的達40%以上，與其他影響裝置安全生產(chǎn)因素相比，這類事故具有隱蔽性和突發(fā)性的特點，事前往往沒有征兆，一旦發(fā)生，瞬間就會發(fā)展成一場災(zāi)難，后果往往更嚴重，因此，防范腐蝕事故是石化裝置安全生產(chǎn)的關(guān)鍵之一。乙烯聯(lián)合生產(chǎn)裝置作為乙烯廠的龍頭裝置，物料種類多，裝置內(nèi)物料的溫度、壓力變化幅度很大，工藝十分復(fù)雜，腐蝕介質(zhì)、腐蝕環(huán)境及腐蝕影響因素很多。針對1 Mt/a乙烯聯(lián)合生產(chǎn)裝置各系統(tǒng)的工藝生產(chǎn)特點，開展腐蝕泄漏危險源識別、安全分析和風(fēng)險評價，掌握各系統(tǒng)風(fēng)險程度，按風(fēng)險等級采取相應(yīng)的防范措施，對防范或減少腐蝕泄漏事故發(fā)生，減輕作業(yè)人員傷亡和財產(chǎn)損失，保障裝置長周期安全平穩(wěn)運行具有重要的意義。

1 作業(yè)條件危險評價法(LEC法)

LEC是一種簡便易行的衡量人們在某種具有潛在危險的環(huán)境中作業(yè)的危險性的半定量評價方法。該方法以與系統(tǒng)風(fēng)險率有關(guān)的三種因素指標值之積來評價系統(tǒng)人員傷亡風(fēng)險的大小。某一作業(yè)的危險性可用下式表示：

D=L·E·C

式中： D——危險源帶來的風(fēng)險值；

L——發(fā)生事故或危險事件的可能性；

E——人出現(xiàn)在危險環(huán)境下的時間；

C——發(fā)生事故后可能產(chǎn)生的結(jié)果。

1.1 發(fā)生危險情況的可能性(L)

發(fā)生危險事故的可能性可用發(fā)生事故的概率來表示。表1為發(fā)生危險情況可能性(L)的分數(shù)值。

表1 發(fā)生危險可能性的分數(shù)值

發(fā)生危險可能性(L)分數(shù)值完全被預(yù)料10相當可能6可能3很少可能1極少可能0．5極不可能0．2不可能0．1

1.2 人出現(xiàn)在危險環(huán)境中的時間(E)

人員出現(xiàn)在危險環(huán)境中的時間越多，則危險性越大。表2列出了暴露在危險環(huán)境的時間分數(shù)值。

表2 暴露在危險環(huán)境中的分數(shù)值

1.3 事故后出現(xiàn)的危險程度(C)

事故造成的人身傷害的變化范圍很大，對傷亡事故來說，可以是極小的輕傷直到很多人死亡的結(jié)果。表3列出了事故后可能結(jié)果的分數(shù)值。

表3 事故后可能結(jié)果的分數(shù)值

1.4 危險性等級

根據(jù)公式，危險性D=L·E·C就可以計算出作業(yè)的危險程度，危險分級見表4。

表4 危險分數(shù)(D)值分級

需要注意的是，風(fēng)險級別的界定值并不是長期固定不變的，在不同時期、不同的條件下，發(fā)生危險的可能性、人員暴露在危險環(huán)境中的時間、發(fā)生事故的傷亡程度會發(fā)生變化，因此應(yīng)根據(jù)具體情況來確定危險性等級的界定值，保持評價結(jié)果實時有效。

2 乙烯聯(lián)合生產(chǎn)裝置概況

2.1 乙烯裝置工藝簡介

乙烯裝置主要由裂解、原料預(yù)熱、急冷、壓縮、冷分離、制冷、熱分離、汽油加氫和公用工程等工段組成。在裂解部分，原料經(jīng)預(yù)熱后進裂解爐對流段加熱，與稀釋蒸汽匯合后進裂解爐輻射爐管發(fā)生裂解反應(yīng)，反應(yīng)流出物經(jīng)廢熱鍋爐和急冷器冷卻到250 ℃以下；急冷部分把裂解爐流出物中的重組分分出；壓縮部分對裂解氣加壓，并脫除裂解氣中的酸性氣；冷分餾部分對裂解氣進行深冷，分離出甲烷、氫和乙烷；熱分餾部分分餾出丙烯和丁烯；制冷部分包括乙烯制冷系統(tǒng)、丙烯制冷系統(tǒng)、甲烷制冷系統(tǒng)，提供裂解氣深冷所需冷量。

2.2 主要腐蝕介質(zhì)失效機理

從裝置加工物料的組分來看，石腦油原料含有酸、硫直接腐蝕成分，氫化尾油A及氫化尾油B物料中含有硫，液化石油氣(LPG)物料組分中含有硫，這些物質(zhì)隨物料進入裝置必定會給裝置帶來明顯的腐蝕隱患；另外，由于乙烯裝置的生產(chǎn)過程有高溫、裂化和加氫等工藝過程，原料中的有機物與其它介質(zhì)組合能形成CO2、有機酸等腐蝕性介質(zhì)，這些腐蝕性介質(zhì)會對乙烯相應(yīng)生產(chǎn)工段的系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕。

乙烯裝置主要腐蝕介質(zhì)是氫、硫化氫、二氧化碳、有機酸和氫氧化鈉等。主要腐蝕機理包括高溫氫引起的損傷、高溫H2/H2S腐蝕、濕硫化氫環(huán)境的腐蝕、碳酸和有機酸腐蝕、沖蝕，以及蠕變損傷和開裂、高溫組織劣化，還有堿環(huán)境的應(yīng)力腐蝕開裂、碳酸鹽開裂、高溫H2/H2S腐蝕等[1]。

3 評價準備

大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，生產(chǎn)裝置的設(shè)備腐蝕問題并不是平均分配的，其中約10%～20%的設(shè)備承擔了大約80%～90%的腐蝕失效風(fēng)險，用LEC法分析腐蝕問題危險性等級的基礎(chǔ)是識別腐蝕介質(zhì)、分析判斷腐蝕程度，確定生產(chǎn)裝置的易腐蝕系統(tǒng)，從而能夠客觀準確評價系統(tǒng)的危險性等級。

(1)對照1 Mt/a乙烯聯(lián)合裝置工藝物料、工藝流程、控制參數(shù)等，查找腐蝕介質(zhì)、腐蝕部位，按工藝流程，將生產(chǎn)系統(tǒng)中，主要的腐蝕機理、腐蝕介質(zhì)相同或相似的腐蝕部位劃在一起，形成腐蝕回路，這樣一個生產(chǎn)系統(tǒng)可能存在幾個腐蝕回路。

(2)參考專家腐蝕速率數(shù)據(jù)庫以及API581推薦的數(shù)據(jù)，評定出每個回路的腐蝕程度，并用各系統(tǒng)中腐蝕程度最大的腐蝕回路來表征系統(tǒng)的腐蝕程度，列出腐蝕程度在中等以上的系統(tǒng)，初步確定為易腐蝕系統(tǒng)。

(3)收集國內(nèi)外乙烯聯(lián)合裝置生產(chǎn)系統(tǒng)的腐蝕事故案例，分析研究設(shè)備腐蝕失效產(chǎn)生事故的原因，結(jié)合裝置生產(chǎn)實際情況查找腐蝕重點部位，確定易腐蝕系統(tǒng)。

(4)對照排查各系統(tǒng)的設(shè)備管線材質(zhì)是否滿足其承擔的工藝介質(zhì)、溫度、壓力的安全運行要求，排查出不適應(yīng)或存在隱患的生產(chǎn)系統(tǒng)。

通過對收集到的乙烯裝置工藝設(shè)備、相關(guān)腐蝕數(shù)據(jù)、腐蝕案例資料的分析研究，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查情況，認為乙烯裝置運行中的腐蝕問題主要存在于裂解、急冷、壓縮和汽油加氫4個工段，控制好這4個工段的腐蝕問題，可有效保障裝置的安全運行，因此,重點對以上4個工段進行了分析和評價。為保證評出的易腐蝕系統(tǒng)準確可靠，補充完善易腐蝕系統(tǒng)表，確保易腐蝕系統(tǒng)的劃分評價準確，無遺漏和擴大傾向。

4 腐蝕風(fēng)險識別評價

4.1 裂解工段

來自罐區(qū)的輕烴、石腦油和加氫尾油等原料進入裂解工段加工，原料中含有酸、硫等腐蝕性介質(zhì)，原料預(yù)熱到80 ℃左右進入系統(tǒng)，其中的腐蝕性元素或成分會對系統(tǒng)中的設(shè)備、管線產(chǎn)生一定的腐蝕。此外，由于原料在裂解爐中發(fā)生極其復(fù)雜的高溫?zé)崃呀夥磻?yīng)，反應(yīng)溫度達820～845 ℃，在生成乙烯和丙烯等希望的反應(yīng)物的同時，也會生成多種副產(chǎn)物，甚至發(fā)生最后結(jié)焦或生碳的反應(yīng)，對爐管產(chǎn)生高溫腐蝕和滲碳等損傷[2]，裂解工段各系統(tǒng)化學(xué)腐蝕狀況分析見表5。

大部分國家和地區(qū)的教師開展教學(xué)活動時，比較依賴教材的探究活動。這就對教材中探究活動的實用性提出了較高要求。情境的創(chuàng)設(shè)是十分重要的，建議多創(chuàng)設(shè)學(xué)生感興趣的真實情境，甚至有關(guān)地理原理和過程的學(xué)習(xí)也可以結(jié)合真實情境展示。

表5 裂解工段各系統(tǒng)腐蝕狀況分析

由表5可知，裂解工段4個主要腐蝕回路里，以高溫爐管系統(tǒng)中的爐管高溫狀態(tài)下滲碳腐蝕最為嚴重，腐蝕程度中等，為易腐蝕系統(tǒng)。

4.2 急冷工段

來自裂解工段的裂解氣進入油洗塔和急冷油逆流冷卻至130 ℃左右，進入水洗塔，在水洗塔中通過大量的循環(huán)急冷水，進一步將裂解氣冷卻至環(huán)境溫度，塔頂抽出的裂解氣送往壓縮工段；水洗塔底采出的循環(huán)急冷水，用泵送往多個低溫?zé)崃炕厥沼脩簦粡乃此虏砍槌龅乃推徒?jīng)油水分離后，分離出的工藝水送往稀釋蒸汽系統(tǒng)去發(fā)汽。急冷工段工藝介質(zhì)主要涉及急冷水、急冷油、裂解氣，以及由工藝水生成的稀釋蒸汽等，工藝介質(zhì)中分別含有硫化氫、二氧化碳、有機酸、氫氧化鈉等腐蝕介質(zhì)，會對系統(tǒng)造成不同程度的腐蝕，急冷工段各系統(tǒng)腐蝕狀況分析見表6。

表6 急冷工段各系統(tǒng)腐蝕狀況分析

從表6可看出，急冷工段8個主要腐蝕回路里，腐蝕程度在中等以上的有5個，分別是進料預(yù)熱系統(tǒng)、急冷水塔系統(tǒng)、工藝水汽提塔系統(tǒng)、稀釋蒸汽系統(tǒng)、注堿系統(tǒng)，此5個系統(tǒng)為易腐蝕系統(tǒng)。其中以工藝水汽提塔系統(tǒng)、稀釋蒸汽系統(tǒng)的腐蝕程度最為嚴重。

4.3 壓縮工段

由水洗塔頂而來的裂解氣，進入壓縮工段進行壓縮和分離，由于經(jīng)過油洗、水洗后的裂解氣中依然含有腐蝕性介質(zhì)、水，加上系統(tǒng)中有堿洗工藝，所以必然會在壓縮工段中相關(guān)系統(tǒng)中造成腐蝕，壓縮工段各系統(tǒng)腐蝕狀況分析見表7。

表7 壓縮工段各系統(tǒng)腐蝕狀況分析

從表7中看出，壓縮工段6個主要腐蝕回路里，腐蝕程度在中等以上的有5個，分別在壓縮系統(tǒng)、堿洗系統(tǒng)、廢堿氧化系統(tǒng)，為易腐蝕系統(tǒng)。

來自水洗和壓縮工段的裂解汽油混合后進入汽油穩(wěn)定塔分餾，其中塔底的碳五及重組分(C5～C9)送至汽油加氫工段，在一段加氫反應(yīng)器內(nèi)進行全組分加氫，將含氧、氮、硫和氯的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)樗?、氨、硫化氫和氯化氫等，加氫汽油產(chǎn)品送入脫辛烷塔,塔底分離出碳九及重組分,塔頂物料送往二段加氫反應(yīng)器，單烯烴在反應(yīng)中被完全加氫為飽和烴，硫化物轉(zhuǎn)化為硫化氫。通過對加氫工段工藝過程、工藝介質(zhì)的分析研究，加氫工段各系統(tǒng)中分別存在著氫、氨、硫化氫和氯化氫等腐蝕性介質(zhì)，必然會對相關(guān)系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的腐蝕。加氫工段各系統(tǒng)腐蝕狀況分析見表8。

表8 加氫工段各系統(tǒng)腐蝕狀況分析

從表8可看出，加氫工段5個主要腐蝕回路里，脫戊烷塔系統(tǒng)的腐蝕程度在中等以上，為易腐蝕系統(tǒng)。

4.5 乙烯裝置易腐蝕系統(tǒng)LEC風(fēng)險評價

對上述識別出的易腐蝕系統(tǒng)，采用 LEC方法對潛在的發(fā)生腐蝕泄漏事故的可能性以及事故后果的嚴重程度進行打分評價，通過計算評估安全風(fēng)險程度。對于LEC值的選取，主要參考歷年來的行業(yè)腐蝕失效經(jīng)驗數(shù)據(jù)，并結(jié)合裝置系統(tǒng)的實際情況，客觀評價事故發(fā)生的可能性以及發(fā)生后可能的后果嚴重程度，在后果方面主要考慮設(shè)備、管道中的介質(zhì)的特性以及泄放量和泄放速率等參數(shù)，以設(shè)備、管道失效破壞造成的傷亡面積和毒性介質(zhì)泄漏造成的致死面積為衡量指標來確定后果，力求評價打分科學(xué)嚴謹，符合實際情況。評價結(jié)果見表9。

表9 乙烯裝置易腐蝕系統(tǒng)LEC風(fēng)險評價

4.6 乙烯裝置易腐蝕系統(tǒng)識別評價匯總

從上述評價結(jié)果來看，乙烯裝置存在的23個主要腐蝕回路中，腐蝕程度評價在中等以上的為9個，對此9個易腐蝕系統(tǒng)進行了LEC評價，其中高溫爐管系統(tǒng)風(fēng)險等級最高，為高度風(fēng)險，風(fēng)險等級在較大水平上的系統(tǒng)有5個，風(fēng)險等級在一般水平上的系統(tǒng)有3個。

5 建 議

根據(jù)乙烯裝置腐蝕風(fēng)險識別評價情況，制定科學(xué)的腐蝕監(jiān)測方案，采取合適的腐蝕監(jiān)測方法，及時準確掌握生產(chǎn)系統(tǒng)的腐蝕狀況，實施針對性的防護措施來控制好易腐蝕系統(tǒng)的腐蝕，可以有效地降低和減少乙烯裝置突發(fā)性的腐蝕泄漏事故?；诖?，對于風(fēng)險較大的易腐蝕系統(tǒng)提出以下風(fēng)險控制建議，以控制和降低乙烯裝置的風(fēng)險水平。

(1)加強對風(fēng)險較高的易腐蝕系統(tǒng)的日常巡查和檢驗檢測，及時發(fā)現(xiàn)腐蝕泄漏隱患。

(2)制定科學(xué)合理腐蝕監(jiān)測方案對易腐蝕系統(tǒng)開展長中短期、在線、離線相結(jié)合的腐蝕監(jiān)測方法，及時準確掌握系統(tǒng)腐蝕狀況和發(fā)展趨勢。

(3)加強對乙烯裝置加工的原料組成的分析監(jiān)測，嚴格控制腐蝕介質(zhì)含量。

(4)制定科學(xué)合理的完善工藝操作規(guī)程，加強工藝操作紀律管理，保持工藝參數(shù)和操作平穩(wěn)，避免生產(chǎn)負荷大范圍波動。

(5)加強工藝防腐蝕注劑的管理，認真開展工藝防腐蝕工作，確保工藝防腐蝕措施連續(xù)有效投用。

(6)嚴格控制裂解爐溫度，盡量避免操作溫度的驟然升降和超溫運行。

(7)裂解爐檢修期間，加強對爐管檢驗監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致失效破壞的損傷隱患，應(yīng)及時更換。

6 結(jié)束語

從作業(yè)條件危險性評價法(LEC)對乙烯聯(lián)合生產(chǎn)裝置的識別評價情況來看，評價結(jié)果直觀醒目，重點突出，與裝置實際情況基本吻合。從識別評價過程來看，對石化生產(chǎn)裝置發(fā)生腐蝕泄漏事故風(fēng)險評價的關(guān)鍵在于易腐蝕系統(tǒng)的識別，需要石化防腐蝕工作者的不斷研究、應(yīng)用，探索、建立LEC對石化生產(chǎn)裝置動態(tài)安全評價方法，開展安全評價技術(shù)、評價指標的定量化處理方法的研究探討，充實豐富評價依據(jù)，從而客觀準確地評價石化生產(chǎn)裝置的安全風(fēng)險，科學(xué)指導(dǎo)裝置有效地開展腐蝕監(jiān)控工作，提高石化生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定運行的可靠性。

[1] 孫家孔，趙仲慧，趙凌云，等.石油化工生產(chǎn)裝置腐蝕與防護手冊[M].中國石化出版社，北京：2001:286-298.

[2] 張亞丁，肖世猛，鄭衛(wèi)京，等.腐蝕與防護手冊 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：423-444.

(編輯 寇岱清)

Application of LEC Assessment Method in Identifying Corrosion and Leakage of Integrated Ethylene Plant

KongZhaohui,KangQiangli,LiMing

(DushanziPetrochemicalCompanyofCNPC,Karamay,Xinjiang833600,China)

Integrated ethylene plant is characterized by complex process and harsh conditions, as well as inflammable, explosive, poisonous and harmful production medium. Leakage accident, if happen, will cause equipment damage and serious security risks to the operational staff. The cracking, quench and other sections of 1 Mt/a integrated ethylene plant that may suffer from corrosion leakage were investigated from the aspects of corrosive medium and mechanism. Through a comprehensive analysis and recognition, 9 systems of the plant, including high temperature furnace tubes, feed preheating system, etc., were accessed and confirmed to be easily corroded. Based on the above results, the corrosion of integrated ethylene plant was further evaluated by LEC assessment method and the degree of casualty risk after corrosion leakage accident was assessed objectively, nevertheless, corresponding prevention and control measures were put forward accordingly.

task hazard analysis, integrated ethylene plant, corrosion leakage, recognition assessment

2016-07-15；修改稿收到日期：2016-11-27。

孔朝輝(1968-)，高級工程師，1990年畢業(yè)于西安交通大學(xué)化工系化工設(shè)備與機械專業(yè)，現(xiàn)在該公司研究院防腐研究中心從事石化設(shè)備腐蝕研究與防護工作。E-mail：yjy_kzh@petrochina.com.cn