煉油廠催化裂化裝置中RBI的應(yīng)用

陳俊仰，胡華勝，鄭俊輝，鄧聰，朱鵬安

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院， 廣東 佛山 528251）

風(fēng)險評估（RBI）技術(shù)興起于美國上世紀(jì)九十年代，是一種先進的、科學(xué)的設(shè)備檢驗技術(shù)。美國石油協(xié)會（API）在石化裝置的檢驗中首次運用RBI技術(shù)[1]，并于2000年至2002年，分別頒布了API580[2]和API581[3]兩部標(biāo)準(zhǔn)作為實施RBI的指導(dǎo)性文件。國內(nèi)基于RBI技術(shù)的研究與應(yīng)用始于上世紀(jì)九十年代。2003年中國石油化工股份有限公司茂名分公司通過與合肥通用機械研究所和法國國際檢測局（BV）合作，成功將RBI技術(shù)應(yīng)用在乙烯裂解裝置和煉油加氫裂化裝置中[4]。此后揚子石化、鎮(zhèn)海煉化、大慶石化也陸續(xù)對裝置進行了RBI分析[5]。

本文對某煉油廠催化裂化裝置進行風(fēng)險評估，根據(jù)設(shè)備和管道的風(fēng)險等級制定有針對性的檢驗檢測策略，為企業(yè)因生產(chǎn)所需延期檢驗的同時，降低設(shè)備風(fēng)險水平，實現(xiàn)裝置的長周期安全運行提供了保障，并結(jié)合RBI評估結(jié)果對2019年10月裝置停機檢驗進行了指導(dǎo)。

1 裝置簡介

某煉油廠150萬噸/年催化裂化裝置，自2009年3月投用后，2011年10月進行了首次停車檢修。2014年10月停車檢修時，只進行了部分壓力容器定期檢驗，兩次大修未曾發(fā)現(xiàn)異常腐蝕減薄、應(yīng)力腐蝕開裂、材質(zhì)劣化等情況，裝置歷史運行狀況良好。由于生產(chǎn)運行的需要，裝置計劃于2019年10月進行停車檢修，其中靜設(shè)備73臺，壓力管道581條。

該裝置采用常減壓裝置的直餾重蠟油及部分加氫裂化尾油作原料。在高溫低壓操作條件下，渣油（或蠟油）等大分子烴類通過催化裂化中催化劑表面強酸中心的催化作用，使烴類分子發(fā)生以裂化、異構(gòu)、氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)為主的多種復(fù)雜反應(yīng)，使大分子烴類轉(zhuǎn)化為各種小分子烴類的混合物，并通過后續(xù)分餾穩(wěn)定系統(tǒng)分離出干氣、液化氣、汽油、柴油及油漿等產(chǎn)品，其中液化氣中的C3、C4烯烴經(jīng)進一步分離后可用于化工原料。反應(yīng)過程形成的焦炭被用于工藝過程消耗并在余熱回收工藝中為裝置提供熱量[6]。作為煉油廠裝置中汽油和柴油的生產(chǎn)大戶，在進行生產(chǎn)時保證該裝置的正常運行極其重要。

2 RBI技術(shù)的應(yīng)用

2.1 裝置的評估范圍

該煉油廠催化裂化裝置根據(jù)生產(chǎn)工藝流程分為四個單元，分別為反應(yīng)、分餾、吸收穩(wěn)定和余熱回收，各單元待評估設(shè)備和管道數(shù)量見表1。

表1 催化裂化裝置評估數(shù)量統(tǒng)計

2.2 腐蝕回路的確定

參考同類裝置失效分析資料，把具有相同失效機理并連接的設(shè)備和管道確定為一個腐蝕回路。經(jīng)評估小組與工廠技術(shù)人員討論交換意見后，最終確定劃分20個腐蝕回路。

2.3 工藝物流劃分

按照工藝介質(zhì)的不同，將催化裂化裝置物流劃分為23種，通過取樣分析并結(jié)合裝置PFD圖及物流平衡表等數(shù)據(jù)，計算出了每種物流所含相應(yīng)組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。主要工藝物流及危害組分如表2所示。

表2 主要工藝物流及危害組分

2.4 腐蝕機理分析[7]

該裝置存在的主要損傷模式為腐蝕減薄和環(huán)境開裂[8]。具體損傷機理如下：

（1）高溫硫化物腐蝕

碳鋼或其他合金在高溫下與硫化物反應(yīng)發(fā)生的腐蝕。受影響的材料包括所有鐵基材料。通常在鐵基合金溫度超過260℃時開始發(fā)生高溫硫化物腐蝕，溫度越高，腐蝕越快。

（2）煙氣露點腐蝕

燃料燃燒時燃料中的硫類物質(zhì)形成二氧化硫、三氧化硫，低溫（露點及以下）遇水蒸汽形成酸，對金屬造成腐蝕。受影響的材料包括碳鋼、低合金鋼、300系列不銹鋼。

（3）酸性水腐蝕

含有硫化氫且pH值介于4.5～7.0之間的酸性水引起的金屬腐蝕。碳鋼耐酸性水腐蝕能力低，腐蝕速率隨酸性水中硫化氫濃度的升高而增大。

（4）大氣腐蝕及保溫層下腐蝕

大氣腐蝕是發(fā)生在潮濕的環(huán)境條件下，海洋環(huán)境或潮濕的工業(yè)氣體污染環(huán)境下程度更嚴(yán)重，層下腐蝕發(fā)生在保溫層下積水時。大氣腐蝕易發(fā)生的設(shè)備：壁溫在-12～121℃無保溫層的碳鋼或低合金鋼設(shè)備，均可能發(fā)生大氣腐蝕。層下腐蝕發(fā)生在冷卻水塔下風(fēng)向、冷卻水噴淋系統(tǒng)、酸氣、蒸汽放空附近。

2.5 RBI風(fēng)險分析

將現(xiàn)場采集的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入RBI系統(tǒng)分析軟件，計算得出該催化裂化裝置2019年10月設(shè)備和管道總風(fēng)險矩陣，如圖1和圖2所示。從圖中可得出裝置區(qū)中各風(fēng)險等級設(shè)備和管道的數(shù)量和占比，統(tǒng)計如表3所示。從表中可看出中高及高風(fēng)險設(shè)備占總數(shù)的19.2%，管道占9.1%。其中高風(fēng)險設(shè)備6臺，管道6條。中高風(fēng)險設(shè)備8臺，管道47條。中風(fēng)險及低風(fēng)險設(shè)備59臺，管道528條，設(shè)備占總數(shù)的80.8%，管道占90.9%。

圖1 設(shè)備風(fēng)險計算結(jié)果

圖2 管道風(fēng)險計算結(jié)果

表3 煉油廠靜設(shè)備和管道的風(fēng)險統(tǒng)計

3 基于風(fēng)險評估（RBI）的檢驗

3.1 重點關(guān)注設(shè)備及延檢建議

根據(jù)定量風(fēng)險計算結(jié)果，大部分設(shè)備、管道的風(fēng)險等級在可接受范圍內(nèi)。因此大部分設(shè)備、管道可根據(jù)生產(chǎn)需要延至2019年10月進行定期檢驗。風(fēng)險等級4E、3E的高風(fēng)險設(shè)備和4E的高風(fēng)險管道應(yīng)立即進行停機或在線檢驗，風(fēng)險等級4A、3B、3C、2E、1E的設(shè)備和4C、3C、2E、1E的管道在延檢期間應(yīng)加強監(jiān)控，并進行在線檢驗。如果在線檢驗未發(fā)現(xiàn)影響安全運行的異常情況，可在2019年10月前進行定期檢驗，如發(fā)現(xiàn)問題則需按規(guī)程規(guī)范要求整改并采取必要的安全措施確保本質(zhì)安全。

3.2 檢驗方案的制定

在2019年10月對煉油廠該裝置停機進行了基于風(fēng)險（RBI）的定期檢驗。檢驗方案結(jié)合《固容規(guī)》、《管檢規(guī)》和GB/T 26610.2-2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險的檢驗實施導(dǎo)則 第2部分：基于風(fēng)險的檢驗策略》制定，各風(fēng)險等級設(shè)備和管道的檢驗范圍如表4和表5所示。

表4 設(shè)備的檢驗范圍[9]

表5 管道的檢驗范圍[9]

對抽檢的設(shè)備和管道遵循以下原則：（1）高風(fēng)險及中高風(fēng)險的設(shè)備和管線優(yōu)先考慮進行檢驗；（2）在運行期間發(fā)生過泄漏的管道應(yīng)考慮進行檢驗；（3）RBI評估減薄腐蝕速率大于等于0.2mm/y或者應(yīng)力腐蝕開裂敏感性為中或高、失效可能性大于等于3的設(shè)備及管道檢驗期間應(yīng)考慮進行檢驗；（4）確定抽查設(shè)備和管道時，因保證覆蓋所有腐蝕回路；（5）對檢測的設(shè)備和管道發(fā)現(xiàn)問題時，可增加同腐蝕回路同風(fēng)險等級設(shè)備和管道的檢驗數(shù)量。

綜上所述，經(jīng)腐蝕專家與工廠人員共同討論最終確定設(shè)備和管道的檢驗數(shù)量如表6和表7所示。

表6 設(shè)備的檢驗數(shù)量[9]

表7 管道的檢驗數(shù)量[9]

3.3 設(shè)備和管道的檢驗

在該煉油廠2019年10月停機檢修中共對催化裂化裝置36臺設(shè)備和185條管道進行了檢驗。通過本次大修檢驗，結(jié)合RBI對設(shè)備和管道的分析，分別從腐蝕減薄、應(yīng)力腐蝕開裂和外部腐蝕三個方面進行指導(dǎo)。

本次檢驗設(shè)備E-3303解析塔底重沸器殼程筒體內(nèi)部發(fā)現(xiàn)大面積密集腐蝕深坑，壁厚減薄超過10%。其余設(shè)備壁厚減薄均未超過10%，其中C-1101反應(yīng)沉降塔內(nèi)表面筒體發(fā)現(xiàn)腐蝕坑，經(jīng)強度校核在可接受范圍內(nèi)，不影響安全運行；檢驗未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷；外部宏觀和測厚檢驗結(jié)果表明，部分設(shè)備存在外部腐蝕和保溫層下腐蝕，但腐蝕程度較輕微。重點關(guān)注設(shè)備的驗證結(jié)果如表8所示。

根據(jù)壓力管道的檢驗報告，檢驗壁厚存在減薄的管道共15條，其中2條腐蝕減薄較為嚴(yán)重，其余管道腐蝕減薄情況良好。RBI評估中，富氣管線300-P-50122-2TB1和500-P-50122-2TB1為高風(fēng)險，在含水的硫化氫介質(zhì)中易發(fā)生酸性水腐蝕，通過超聲波測厚在彎頭部位的背面發(fā)現(xiàn)腐蝕減薄現(xiàn)象，壁厚減薄量大于20%。對RBI分析認(rèn)為存在應(yīng)力腐蝕開裂的管道進行了磁粉、滲透和RT探傷，未發(fā)現(xiàn)裂紋類缺陷。外部宏觀和測厚檢驗結(jié)果表明，未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重外部腐蝕。重點關(guān)注管道的驗證結(jié)果如表9所示。

表8 重點關(guān)注設(shè)備的驗證

表9 重點關(guān)注管道的驗證

4 結(jié)論與建議

通過對該煉油廠催化裂化裝置進行RBI評估和現(xiàn)場停機檢驗，并將兩者的結(jié)果進行對比分析，可以得出以下結(jié)論。

（1）RBI評估結(jié)果表明，該裝置中大部分設(shè)備和管道風(fēng)險水平在可接受范圍內(nèi)。對部分重點關(guān)注較高風(fēng)險的設(shè)備和管道需進行在線檢驗，在線檢驗未發(fā)現(xiàn)異常。從而該裝置設(shè)備及管道可以根據(jù)生產(chǎn)需要延至2019年10月進行定期檢驗。

（2）基于RBI的評估結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場檢驗。從腐蝕減薄看，RBI評估較準(zhǔn)確分析出了易發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的設(shè)備和管道。從應(yīng)力腐蝕開裂看，RBI評估則相對較保守。從外部腐蝕看，設(shè)備和管道發(fā)生大氣腐蝕及保溫層下腐蝕的情況與RBI評估結(jié)果基本一致，腐蝕程度不嚴(yán)重。

（3）通過RBI技術(shù)的應(yīng)用，合理調(diào)整檢驗周期，延長煉油廠設(shè)備和管道運行時間，減少開停車頻率，滿足企業(yè)需要。同時在大修檢驗期間，運用基于風(fēng)險評估（RBI）的檢驗，對風(fēng)險高的設(shè)備和管道加大檢測范圍和檢測比例，對風(fēng)險較低的設(shè)備和管道進行抽檢，做到有的放矢。對煉油廠設(shè)備和管道的管理，在兼顧安全和經(jīng)濟的同時，實現(xiàn)裝置平穩(wěn)運行具有重大意義。