薛利杰

摘 要：通過(guò)運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)，對(duì)某化工企業(yè)丙烯腈裝置失效后果和失效概率進(jìn)行定量分析，確定該裝置潛在的損傷機(jī)理及其嚴(yán)重程度，結(jié)合腐蝕回路和物流回路的科學(xué)有效劃分，確定了該裝置內(nèi)中高及以上風(fēng)險(xiǎn)的壓力容器及管道，以及在兩個(gè)檢驗(yàn)周期內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)分布及變化情況，風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果為提高檢驗(yàn)有效性提供數(shù)據(jù)支撐，為企業(yè)加強(qiáng)日常管理提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)；丙烯腈裝置；損傷機(jī)理；應(yīng)力腐蝕

1概況

風(fēng)險(xiǎn)管理是在經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益、風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用的三度空間中尋求達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)最小，效益最大的目標(biāo)。石化裝置中基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備完整性管理主要包括RBI（Risk-Based Inspection）、RCM（Reliability-Centered Maintenance）以及SIL（Safety Integrity Level），RBI、RCM與SIL共同構(gòu)成了基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備管理方法的核心內(nèi)容，是確保裝置安全的最重要手段?；陲L(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)（RBI），是在風(fēng)險(xiǎn)分析基礎(chǔ)上，找出薄弱環(huán)節(jié)，以確保本質(zhì)安全和減少運(yùn)行費(fèi)用為目標(biāo)，優(yōu)化檢驗(yàn)策略的一種管理方式。本項(xiàng)目主要對(duì)化工企業(yè)丙烯腈裝置進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，該裝置采用丙烯氨氧化法生產(chǎn)丙烯腈，共包含反應(yīng)部分、精制部分、廢水處理、硫銨濃縮單元、催化劑沉降系統(tǒng)、制冷單元、乙腈單元等工段。前，丙烯腈裝置于2012年開始投料生產(chǎn)，整個(gè)裝置工藝穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行良好，整個(gè)單元計(jì)劃于2019年進(jìn)行定期檢驗(yàn)。

2損傷機(jī)理分析

丙烯腈裝置主要工藝介質(zhì)為丙烯、合成氨、空氣、硫酸、醋酸等，丙烯腈裝置潛在的損傷模式主要為減薄、環(huán)境開裂、外部腐蝕、材質(zhì)劣化等，主要損傷機(jī)理為內(nèi)部腐蝕減薄、氯化物應(yīng)力腐蝕開裂、氨應(yīng)力腐蝕開裂、大氣腐蝕、保溫層下腐蝕、珠光體球化等。

2.1內(nèi)部腐蝕減薄

內(nèi)部腐蝕減薄主要是由內(nèi)部介質(zhì)引起的腐蝕，金屬材料本體發(fā)生損失引起壁厚減薄，存在均勻或局部腐蝕兩種不同形態(tài)，丙烯腈裝置中的內(nèi)部介質(zhì)引發(fā)的腐蝕，正常情況下腐蝕的速率比較低。

2.2氯化物應(yīng)力腐蝕開裂

由于丙烯腈生產(chǎn)工藝中可能含有氯離子，并且該裝置部分使用了不銹鋼建造的壓力容器和管道，因此氯化物應(yīng)力腐蝕開裂是潛在的損傷形式。氯化物應(yīng)力腐蝕開裂影響因素主要包括材料、應(yīng)力、濃度、溫度、pH值等，在多種因素綜合具備下，產(chǎn)生起源于表面的開裂，不會(huì)引起明顯的減薄，這些裂紋主要呈現(xiàn)分叉、樹枝狀。

2.3氨應(yīng)力腐蝕開裂

壓力容器或管道材質(zhì)為碳鋼和低合金鋼，在介質(zhì)為無(wú)水液氨中的環(huán)境下，容易發(fā)生氨應(yīng)力腐蝕開裂。對(duì)于碳鋼或低合金鋼，主要影響因素包括殘余應(yīng)力、溫度、含水量和雜質(zhì)等。對(duì)于材質(zhì)為碳鋼，又未進(jìn)行過(guò)熱處理，這種情況下，焊縫金屬和熱影響區(qū)在液氨中都可能發(fā)生開裂。對(duì)于銅合金，大多數(shù)情況會(huì)發(fā)生表面開裂，裂紋沿晶或穿晶擴(kuò)展，裂紋中存在淺藍(lán)色腐蝕產(chǎn)物。

2.4外部腐蝕

包括無(wú)隔熱層大氣腐蝕和有隔熱層大氣腐蝕兩種形式。無(wú)隔熱層大氣腐蝕是未敷設(shè)覆蓋層的金屬在大氣中發(fā)生的腐蝕，對(duì)于碳鋼和低合金鋼，其損傷形態(tài)遭受腐蝕時(shí)主要表現(xiàn)為均勻減薄或局部減薄，影響因素主要有大氣成份、濕度、溫度等。有隔熱層的大氣腐蝕是指敷設(shè)隔熱層等覆蓋層的金屬在覆蓋層下發(fā)生的腐蝕，又稱層下腐蝕。對(duì)于碳鋼和低合金鋼，其遭受腐蝕時(shí)損傷形態(tài)主要表現(xiàn)為覆蓋層下局部減薄，其主要影響因素主要有大氣成份、結(jié)構(gòu)和覆蓋層質(zhì)量、溫度、運(yùn)行周期、高濕度區(qū)域等。

2.5珠光體球化

材料在高溫（440℃～760℃）長(zhǎng)期使用過(guò)程中，珠光體中滲碳體（碳化物）形態(tài)由最初的層片狀逐漸轉(zhuǎn)變成球狀的過(guò)程。受影響的常用碳鋼和低合金鋼，主要影響因素包括溫度、微觀組織。目視檢測(cè)一般不能發(fā)現(xiàn)球化，主要通過(guò)金相分析判斷。材料因球化而強(qiáng)度降低，強(qiáng)度下降最大降幅可達(dá)30%，同時(shí)延展性一般會(huì)增大，應(yīng)力集中區(qū)域會(huì)發(fā)生變形。

2.6其他損傷

丙烯腈裝置中還包括其他損傷，如沖蝕、振動(dòng)疲勞等。

3物流回路和腐蝕回路劃分

物流首先按單元的工藝流程來(lái)進(jìn)行劃分，物流組份主要根據(jù)單元初始工藝設(shè)計(jì)資料、流程以及分析數(shù)據(jù)等來(lái)確定，共劃分為48個(gè)物流。腐蝕回路劃分主要按照裝置主工藝流程和腐蝕特征來(lái)劃分，劃分的依據(jù)是基于：相同或相似的工藝介質(zhì)操作條件+相同的設(shè)備或管道材質(zhì)會(huì)產(chǎn)生相似的腐蝕機(jī)理，基本上同一個(gè)腐蝕回路中的設(shè)備及管道具有相似的選材及腐蝕特性。

4風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果

2024年與2019年的分析結(jié)果相比較，有44個(gè)容器項(xiàng)的失效可能性類別從1上升到3，對(duì)高可能性系數(shù)起作用的主要損傷機(jī)理是氯化物應(yīng)力腐蝕開裂；對(duì)于管道項(xiàng)，有227條管線的失效可能性類別從1上升到2。對(duì)高可能性系數(shù)起作用的主要損傷機(jī)理是氯化物應(yīng)力腐蝕開裂和液氨應(yīng)力腐蝕開裂。

5檢驗(yàn)策略

根據(jù)分析評(píng)估的結(jié)果，結(jié)合損傷機(jī)理，采取更有效的檢驗(yàn)檢測(cè)方法，制定更加科學(xué)合理的檢驗(yàn)策略。比如，根據(jù)損傷機(jī)理來(lái)確定應(yīng)檢查的缺陷類型；根據(jù)損傷發(fā)生的部位來(lái)選擇檢驗(yàn)部位；根據(jù)需檢測(cè)的缺陷類型選擇采用何種檢測(cè)方法；根據(jù)安全與經(jīng)濟(jì)效益協(xié)調(diào)統(tǒng)一的原則來(lái)確定檢驗(yàn)周期。企業(yè)在管理過(guò)程中，還需要考慮采取有效降低風(fēng)險(xiǎn)的措施，由于風(fēng)險(xiǎn)是失效可能性與失效后果的組合，因此只要是能降低失效可能性或失效后果的措施都能起到降低風(fēng)險(xiǎn)的作用?？梢酝ㄟ^(guò)在線檢驗(yàn)調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)、提高檢驗(yàn)有效性調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)、提高管理水平降低風(fēng)險(xiǎn)等方式降低失效可能性。對(duì)于那些由于介質(zhì)毒性程度高或易燃爆而使設(shè)備與管道失效后果等級(jí)高的情況，可增加在線監(jiān)測(cè)、有毒物質(zhì)泄漏報(bào)警裝置等安全保護(hù)措施，控制易燃、易爆、有毒物質(zhì)的泄漏和擴(kuò)散后果，達(dá)到降低失效后果的目的。

參考文獻(xiàn)：

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