蔣金玉，崔志峰，陸秀群，程 偉

（1.合肥通用機械研究院有限公司，安徽合肥 230031；2.合肥通用機械研究院特種設(shè)備檢驗站有限公司，安徽合肥 230031）

0 引言

我國是一個煤多油少的國家，煤炭儲量為世界第三位，石油資源卻相對短缺，2018 年原油對外依存度已達69.8%[1]。隨著國際原油價格的大幅度上漲，依靠石油資源制備低碳烯烴的傳統(tǒng)工藝受到了很大制約。利用煤制成的甲醇合成低碳烯烴（MTO）的新型技術(shù)對我國具有重大意義。

1 甲醇制烯烴工藝簡述

為貫徹“原料多元化”的能源發(fā)展方針，各方正積極探索石油（石腦油）路徑以外的烯烴生產(chǎn)路徑，研究重點主要包括煤制烯烴（CTO）和甲醇制烯烴（MT0）[2]。CTO 過程中最關(guān)鍵的是MTO工藝。最近幾年，利用煤制成的甲醇合成低碳烯烴的新型技術(shù)獲得了國內(nèi)眾多科研院所及大型企業(yè)的廣泛重視，并取得了突破性的進展，為煤代石油的能源發(fā)展開辟了一條新的道路[3]。

目前國內(nèi)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的甲醇制烯烴工藝主要有：①中科院大連化學物理研究所甲醇制低碳烯烴（DMTO）工藝；②中石化上?；ぱ芯吭杭状贾葡N（SMTO）工藝；③清華大學流化床甲醇制丙烯（FMTP）工藝。

目前國外的甲醇制烯烴工藝主要有：①UOP／Hydro 公司的（MT0）工藝；②Lurgi 公司的（MTP）工藝。

2 甲醇制烯烴裝置腐蝕分析

甲醇制烯烴裝置MTO 技術(shù)特點是采用流化床反應器和再生器，連續(xù)穩(wěn)定操作，采用的專有催化劑需要在線再生，以保持其活性；甲醇的轉(zhuǎn)化率可達100%，低碳烯烴選擇性＞85%，主要產(chǎn)物為乙烯和丙烯，可以靈活選擇乙烯/丙烯的比例。

甲醇制烯烴的主要原理是，在一定條件（溫度、壓力和催化劑）下，甲醇蒸汽先脫水生成二甲醚，二甲醚與甲醇的混合物氣體脫水繼續(xù)轉(zhuǎn)化為以乙烯和丙烯為主的低碳烯烴。反應中會有中間產(chǎn)物二甲醚，少量有機酸、醛和酮等氧化物，副反應生成烷烴、芳烴、碳氧化物等。

MTO 工藝由甲醇轉(zhuǎn)化烯烴單元和輕烯烴回收單元組成，在甲醇轉(zhuǎn)化單元中通過流化床反應器將甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴，再進入烯烴回收單元中將輕烯烴回收，得到主產(chǎn)品乙烯、丙烯，副產(chǎn)品為丁烯、C5 以上組分和燃料氣。

主要腐蝕介質(zhì)有氫氣、有機酸、氯離子、CO2等。

（1）反應器出來到急冷前232 ℃以上的高溫部位會出現(xiàn)高溫氫腐蝕。

（2）高溫部分347H 材料的設(shè)備與管道，焊接時容易產(chǎn)生焊接裂紋[4]，使用過程中操作溫度在470 ℃左右，剛好在347H 材料的敏化溫度范圍，容易產(chǎn)生再熱裂紋，造成設(shè)備的開裂。

（3）反應油氣冷卻后，當溫度降低到水露點以下時，因反應生成的微量有機酸，會對相應設(shè)備與管道產(chǎn)生有機酸腐蝕。在急冷部分為降低酸的腐蝕，進行了注堿，但根據(jù)工藝操作要求，介質(zhì)需保持偏酸性，如果注堿量不足，仍會造成設(shè)備與管道的腐蝕。

（4）生產(chǎn)期間或停工檢修含水的場合，奧氏體不銹鋼設(shè)備與管線焊縫熱影響區(qū)有氯離子應力腐蝕開裂的危險。低點排凝管中水在開工升溫過程中，氯化物濃縮會造成材料開裂。裝置采用奧氏體不銹鋼襯里的設(shè)備較多，應重點關(guān)注這些設(shè)備的氯化物應力腐蝕開裂。

（5）注堿和堿洗部分設(shè)備采用NaOH 溶液，在碳鋼焊縫、應力集中區(qū)域易造成堿開裂。特別應注意溫度較高部位的設(shè)備與管道。

（6）再生單元有隔熱襯里的設(shè)備會出現(xiàn)低溫硝酸鹽應力腐蝕開裂，主要是再生煙氣中的氮氧化物在低于露點溫度時被凝結(jié)水吸收形成硝酸鹽，對器壁應力集中部位的焊縫造成硝酸鹽應力腐蝕開裂。

（7）催化劑引起沖刷腐蝕。流動的催化劑，不斷沖刷構(gòu)件的表面，使構(gòu)件大面積減薄，甚至局部穿孔，主要出現(xiàn)在反應再生單元含催化劑的管道。

（8）保溫層下腐蝕。操作溫度＜120 ℃的設(shè)備與管道容易出現(xiàn)保溫層下腐蝕，奧氏體不銹鋼設(shè)備會出現(xiàn)保溫層下的氯化物應力腐蝕開裂。

（9）循環(huán)水腐蝕。水冷器中循環(huán)水流速和循環(huán)水水質(zhì)控制不好，會出現(xiàn)循環(huán)水垢下腐蝕。

3 甲醇制烯烴裝置基于風險的檢驗

基于風險的檢驗（RBI），是利用風險作為區(qū)分檢驗程序的優(yōu)先秩序、并對其進行管理的一種方法。在一個運行裝置中，風險中一個大的百分比集中在一個相對小的百分比的設(shè)備部件上。RBI 允許檢驗和維護資源的輪換，從而對高風險部件提供高度的覆蓋率，并對較低風險的設(shè)備提供合適的檢驗措施。RBI 程序的一個潛在好處，是改善或至少維持相同風險等級的同時，增加工藝設(shè)施的運行次數(shù)和運行時間[5]。

3.1 RBI 評估流程

3.1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集

對評估范圍內(nèi)的壓力容器和壓力管道，進行設(shè)計制造數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)、歷史檢驗數(shù)據(jù)的收集整理。數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括設(shè)備（管道）編號、設(shè)備（管道）名稱、材料、設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、操作壓力、操作溫度、介質(zhì)、容積、保溫情況、投用時間、歷史檢維修情況、失效分析等。

3.1.2 單元的劃分

根據(jù)風險評估的需要，依據(jù)車間管理劃分、操作規(guī)程以及PFD 圖將裝置劃分為如下單元：反應-再生單元、進料氣化和產(chǎn)品急冷單元、產(chǎn)品氣壓縮及堿洗單元、冷熱分離單元、丙烯制冷單元以及界區(qū)內(nèi)火炬系統(tǒng)。

3.1.3 物流介質(zhì)劃分

裝置的工藝物流數(shù)據(jù)主要依據(jù)工藝流程設(shè)計數(shù)據(jù)、車間實際采樣分析數(shù)據(jù)，部分無法確定的數(shù)據(jù)采用同類裝置和專家評估進行補充，經(jīng)過評估分析，裝置的工藝物流數(shù)據(jù)共劃分111個，腐蝕性物流數(shù)據(jù)35 個。主要腐蝕介質(zhì)為有機酸、H2，NaOH，CO2，CL-等。

3.1.4 定量RBI 評估

將采集到的設(shè)備和管道數(shù)據(jù)錄入RBI 評估軟件，識別每臺設(shè)備和每條管道的失效模式和損傷機理，計算具體的腐蝕速率和應力腐蝕開裂的敏感性，評估設(shè)備與管道的失效可能性和失效后果，根據(jù)損傷機理和風險水平制定每臺設(shè)備和每條管道的檢驗策略。對高風險高失效可能性的設(shè)備與管道提出切實可行的降險措施。

3.1.4.1 損傷機理的識別

依據(jù)設(shè)備和管道的材料、腐蝕介質(zhì)、操作溫度、操作壓力識別每臺設(shè)備和每條管道的損傷機理，統(tǒng)計分析每種損傷機理設(shè)備與管道占總設(shè)備與管道的百分比，找出裝置內(nèi)的主要損傷機理。甲醇制烯烴裝置的損傷機理統(tǒng)計情況見圖1。

圖1 甲醇制烯烴裝置損傷機理分布

甲醇制烯烴裝置損傷機理分布統(tǒng)計顯示，甲醇制烯烴裝置中設(shè)備和管道的損傷機理主要是高溫氫腐蝕、有機酸腐蝕、內(nèi)襯損傷、氯化物應力腐蝕開裂、堿開裂、CO2腐蝕、催化劑引起沖刷腐蝕、保溫層下腐蝕及冷卻水腐蝕等。有機酸腐蝕主要發(fā)生在產(chǎn)品氣冷卻、堿洗之前的設(shè)備與管道，氯化物應力腐蝕開裂主要發(fā)生在采用奧氏體不銹鋼的低溫設(shè)備與管道中，走循環(huán)水的換熱設(shè)備的冷卻水腐蝕。因甲醇制烯烴裝置原料較為清潔，與煉油裝置相比，不存在濕硫化氫環(huán)境下的損傷，主要以有機酸的減薄機理為主。

3.1.4.2 風險計算及高風險設(shè)備與管道排序

根據(jù)風險評估結(jié)果，對設(shè)備和管道進行風險排序，找出高風險高失效可能性的設(shè)備與管道，是保障裝置安全長周期運行的重點。設(shè)備與管道的風險分布如圖2、圖3 所示。失效可能性在3 以上的管道主要為存在有機酸腐蝕、沖刷腐蝕，且實測腐蝕速率較大。主要設(shè)備與管道原因分析見表1、表2。

圖2 設(shè)備風險分布

圖3 管道風險分布

表1 高風險、高失效可能性設(shè)備及原因分析

3.1.4.3 制定科學合理的檢驗策略

RBI 檢驗策略主要依據(jù)設(shè)備與管道的失效模式、損傷機理和風險水平制定，針對不同失效模式采用不同的檢測手段，根據(jù)腐蝕速率、開裂敏感性以及風險水平確定檢驗比例，既能保證缺陷的檢出率，又能減少過度檢驗。

3.2 結(jié)論

（1）根據(jù)風險評估結(jié)果，甲醇制烯烴裝置主要的風險集中在反再單元和產(chǎn)品氣冷卻單元，高失效可能性的管道集中在急冷水、渣漿、催化劑和分離塔底水的管線。

表2 高風險、高失效可能性管道及原因分析

（2）對于高腐蝕速率的管線應加強定點測厚，監(jiān)測實際腐蝕速率。

（3）根據(jù)裝置的工藝情況，建議采用下列腐蝕控制措施：①再生系統(tǒng)的露點腐蝕，應計算介質(zhì)的露點溫度，控制壁溫在露點溫度以上，否則會對設(shè)備產(chǎn)生嚴重腐蝕；②對于有機酸腐蝕，應控制介質(zhì)的pH 值，有水相的部位應取樣分析，注堿部位應保證持續(xù)有效的注堿量，控制流速。

（4）去分離單元的急冷水管線應加強測厚，確定實際腐蝕速率。

（5）高溫管線P-1109/（1～4）、RG-4005/（1,2）、RG-4006/（1,2）材料為A106B，建議根據(jù)實際情況確定是否進行材料升級。

4 結(jié)語

通過對甲醇制烯烴裝置的腐蝕分析和風險評估，找出裝置高風險、高失效可能性的設(shè)備與管道，提出相應的控制措施，保障裝置安全長周期運行。