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

基于風(fēng)險分析的乙烯裂解裝置壓力管道在線檢驗的優(yōu)化

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

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單元進行在線檢驗優(yōu)化，根據(jù)其失效可能性及風(fēng)險等級確定各檢驗單元的檢驗比例。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)險要求。

乙烯裂解裝置 腐蝕回路 風(fēng)險等級 在線抽檢

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

某化工廠的乙烯裂解裝置有5532條管道進行了RBI分析。如果按照管檢規(guī)在線檢驗方法進行檢驗，檢驗所需的時間及檢驗的工作量都將很大。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)險等級區(qū)別對待，進行不同比例的抽檢進行在線抽檢的結(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)和先進回收系統(tǒng)(ARS)技術(shù)。劃分為9個單元,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)險的檢驗軟件S-RBI進行。各單元的裝置管道按腐蝕回路劃分及分組的詳細情況見表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年初停車檢修時對壓力容器進行了首次檢驗，由于檢修時間緊迫，壓力管道沒進行停車全面檢驗檢驗。2011年底，根據(jù)裝置的失效模式，參照定點測厚及壓力容器全面檢驗結(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)險的檢驗，壓力管道基于風(fēng)險檢驗結(jié)果見表1。風(fēng)險矩陣見圖1。

圖1 裝置管道風(fēng)險矩陣圖

2 基于RBI分析的管道在線檢驗優(yōu)化

2.1 在線檢驗優(yōu)化調(diào)整風(fēng)險的可行性

《管檢規(guī)》中全面檢驗關(guān)于測厚及無損探傷檢驗比例的規(guī)定本質(zhì)上也是抽檢。管道抽檢無非有兩種方法：一是以條為檢驗單元抽檢的部位按比例進行，二是以腐蝕回路或物流回路為檢驗單元抽檢的管道條數(shù)按比例進行。另外，《管檢規(guī)》中關(guān)于不同級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)險是可行的。

2.2 在線檢驗優(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。停車進行壓力容器內(nèi)部檢驗結(jié)果表明：壓力容器腐蝕速率正常，未發(fā)現(xiàn)有異常的損傷機理。壓力管道的在線抽檢以RBI風(fēng)險分析的結(jié)果為依據(jù)，結(jié)合管道現(xiàn)場操作狀況，對風(fēng)險等級較高并且檢驗周期少于6年的管道進行重點腐蝕監(jiān)控。對于其他風(fēng)險等級較低并且推薦檢驗周期大于6年的壓力管道，以依據(jù)RBI風(fēng)險分析的結(jié)果，制定以宏觀檢驗及在線測厚抽檢為主的檢驗方案。同時，基于壓力管道腐蝕失效的機理, 壓力管道的檢驗主要通過在線檢驗的方式進行，一些先進的無損檢測技術(shù)可以用來作為傳統(tǒng)檢測技術(shù)的補充。

2.3 檢驗方法及比例

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

表2 按風(fēng)險等級的壓力管道在線測厚抽檢比例

2.4 腐蝕回路內(nèi)管道的測厚抽檢原則

優(yōu)先選取下列管道：

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

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

3）含注入點（指向工藝流體中注入相對少量的介質(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、液位計接管、卸壓閥進出口總管、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）與泵及壓縮機相連的管道；

8）相同條件下優(yōu)先容易進行檢驗的管道。

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，主要是有機酸、高溫硫腐蝕導(dǎo)致部分設(shè)備出現(xiàn)腐蝕減??；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、珠光體球化將會是潛在的問題。本次管道檢驗過程中，1000單元又進行停車檢修，對管道焊縫進行了超聲橫波探傷，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重、管道上有貼補及減薄等。各單元檢查發(fā)現(xiàn)減薄管道詳見表4，共有12個腐蝕回路共23組管道發(fā)現(xiàn)減薄，其中檢驗周期少于4年的有10組，檢驗周期大于4年有13組。檢驗周期少于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)險等級相對較低。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分析認為沒有明顯腐蝕的U1200及U1300單元均發(fā)現(xiàn)有3個減薄腐蝕回路。

表4 各單元減薄管道數(shù)量在線抽檢前后比對

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厚在一些特殊的條件下測量精度不高[1]。如當(dāng)管道的公稱直徑小于3in(76mm)時、特別是測量彎管時，這是因為高溫測厚探頭尺寸相對管道尺寸來說，相對較大，測厚是耦合不好導(dǎo)致；還有就是當(dāng)溫度大于450℃以上時，耦合劑通常都會失效甚至著火。二是對材料的蠕變、滲碳、珠光體球化等問題沒有有效的檢驗方法。

4 結(jié)論

通過這次在線抽檢，驗證RBI分析的結(jié)果，以及識別失效概率較高的管道。通過加強監(jiān)控及采取降險措施，如停車進行檢修等，使得該裝置的總體風(fēng)險能夠降到企業(yè)能夠承受的風(fēng)險等級范圍內(nèi)。

1 黃新泉,崔軻龍等, DM4型超聲波測厚儀在高溫測厚過程中的應(yīng)用.石油化工腐蝕與防護技術(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）