鄧捷，林晨，趙魯?shù)?，馬玉波

（沈陽化工大學(xué)，遼寧 沈陽 110142）

石油化工在國民經(jīng)濟(jì)中占著舉足輕重的作用，而原油蒸餾是煉油加工流程中最重要的工序[1]。其中，常減壓裝置作為煉油廠中腐蝕最嚴(yán)重的系統(tǒng)之一，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素多，安全風(fēng)險高，安全隱患大等特點(diǎn)。

針對腐蝕失效診斷領(lǐng)域的不確定性特點(diǎn)，提出一種新的失效診斷因果表法。將貝葉斯方法和確定性因子法聯(lián)系起來，建立基于因果表的不確定性推理模型，使用該模型對常減壓蒸餾裝置塔項(xiàng)冷凝系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行評估，找出系統(tǒng)中失效風(fēng)險最大的腐蝕類型。對設(shè)備安全風(fēng)險進(jìn)行評價和控制，既有利于設(shè)備管理，又能有效防止非計(jì)劃性停工。因此，研究常壓塔塔頂冷凝系統(tǒng)腐蝕對目前煉油和化學(xué)工業(yè)具有重要的意義。

1 常壓塔系統(tǒng)腐蝕問題

煉油加工設(shè)備故障的主要原因是設(shè)備腐蝕，為保證設(shè)備安全和正常運(yùn)行，確定導(dǎo)致設(shè)備故障的腐蝕機(jī)制并采取相應(yīng)的保護(hù)措施是極為重要的。由于煉油廠腐蝕因素復(fù)雜，設(shè)備在多種因素相互作用下具有以下幾個方面的不確定性:

1.1 原油的不穩(wěn)定性

我國高度依賴原油進(jìn)口，由于罐容有限，同一品種或產(chǎn)地的原油無法連續(xù)到港，導(dǎo)致塔頂系統(tǒng)的腐蝕會受到原油品種較大的影響。但即使是同一產(chǎn)地的原油，由于采油過程中使用的注入劑不同，原油的特性也會發(fā)生變化，原料特性的變化容易導(dǎo)致常壓塔頂系統(tǒng)腐蝕的不確定性。由于缺水減排要求，電脫鹽注水、冷卻水等都需要循環(huán)利用，水中的雜質(zhì)也導(dǎo)致腐蝕存在不確定性[2]。

1.2 工藝的不穩(wěn)定性

電脫鹽操作受到原油不確定性的影響，其中部分原油易乳化，脫鹽困難；部分原油比重高，不易脫水；甚至一些含水量較高的原油會直接造成系統(tǒng)跳閘故障，造成裝置進(jìn)料含鹽量和含水量波動大，常壓塔頂腐蝕情況惡化[3]。

1.3 腐蝕分布的不均勻性

塔頂系統(tǒng)的溫度場、介質(zhì)濃度場、流速場存在著明顯差異，以及汽液相變會伴隨著固體顆粒析出。并且由于工藝管道和設(shè)備的不同，腐蝕也表現(xiàn)出明顯的不均勻性。在實(shí)際工程過程中，雖然泄漏總是先發(fā)生在最薄弱的地方，但嚴(yán)重腐蝕是不均勻的分布在設(shè)備和管道上的，因此在裝置運(yùn)行管理中，很難準(zhǔn)確把握全部的安全薄弱環(huán)節(jié)[4]。

2 貝葉斯理論與確定性因子方法研究

針對石油煉制行業(yè)設(shè)備腐蝕問題，基于貝葉斯理論的腐蝕失效診斷方法，由于腐蝕類型與腐蝕影響因素的多樣性而引起的不確定性，必須結(jié)合不同的方法來糾正單一方法的局限性。因此，將貝葉斯方法[5]和確定性因素方法相結(jié)合，可以將腐蝕失效診斷知識作為一種基于因果圖的知識表達(dá)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換和推理。具體步驟如下：

步驟1：收集相關(guān)證據(jù)。推理之前通過各種渠道收集證據(jù)，證據(jù)要準(zhǔn)確完整，提高推理結(jié)論的合理性。根據(jù)收集的證據(jù)信息，可以確定因果表中每個Ej的存在狀態(tài)，在此，用可信度因子Pb(Ej|ej)表示證據(jù)Ej的存在狀態(tài)。具體地，若證據(jù)Ej存在，則設(shè)Pb(Ej|ej) =1；若證據(jù)Ej不存在，則設(shè)Pb(Ej|ej) =0;若證據(jù)Ej未知，則設(shè)Pb(Ej|ej)=0.5。通過該步驟可得到證據(jù)的狀態(tài)集PbES。

步驟2：計(jì)算結(jié)論iH在證據(jù)jE所處狀態(tài)下的可信度因子：

步驟3：將可信度因子Pb(Hi|ej)轉(zhuǎn)換為確定性因子CF(Hi,ej)=2Pb(Hi|ej) -1

步驟4：計(jì)算結(jié)論集中每個結(jié)論的確定性因子CF(Hi,e)利用確定性因子方法中的組合函數(shù)計(jì)算因果表中各結(jié)論的確定性因子。

由上式得出CF(Hi,e)1,2后，再將CF(Hi,e)1,2與CF(H,e3)帶入式1-4 計(jì)算，依次類推，直至計(jì)算出結(jié)論Hi最終的確定性因子CF(Hi,e)。

步驟5：將確定性因子CF(Hi,e)轉(zhuǎn)換為可信度因子Pb(Hi|e)

步驟6：找出最有可能發(fā)生的結(jié)論HL，將步驟5 轉(zhuǎn)換得到的所有結(jié)論的可信度因子按大小排序，取其中最大值對應(yīng)的結(jié)論為最終推理結(jié)果。

3 常壓塔頂安全風(fēng)險評價

在煉油設(shè)備諸多的腐蝕失效問題當(dāng)中，環(huán)境致裂是最為危險的一種。它是設(shè)備材料在特定環(huán)境以及應(yīng)力的共同作用下發(fā)生的脆性破壞現(xiàn)象，由于設(shè)備在發(fā)生環(huán)境致裂之前，一般沒有明顯的整厚損失，僅在設(shè)備表面出現(xiàn)不易察覺的裂紋，使得環(huán)境致裂具有穩(wěn)蔽性和突發(fā)性特點(diǎn)，更容易造成嚴(yán)重的安全事故。煉油設(shè)備的環(huán)境致裂機(jī)理多種多樣，損傷形態(tài)又比較相似，較難識別。為此，運(yùn)用上述所提出的因果表方法，建立了煉油設(shè)備環(huán)境致裂機(jī)理的推理模型，并通過實(shí)際案例進(jìn)行了驗(yàn)證。

利用該模型對某石化企業(yè)原油蒸餾裝置常壓塔頂管道失效進(jìn)行了分析。通過形貌觀察，發(fā)現(xiàn)管道破壞區(qū)域存在微小裂紋，初步判斷為環(huán)境裂紋。為進(jìn)一步確認(rèn)具體的失效機(jī)理，對管道和流經(jīng)管道的介質(zhì)分別取樣分析，分析結(jié)果見表1。

表1 實(shí)例的失效管道相關(guān)信息

表中的內(nèi)容作為因果表推理的證據(jù)信息，得到證據(jù)狀態(tài)集：

利用本文中得到的計(jì)算公式可以計(jì)算出各環(huán)境致裂機(jī)理的可信度因子，結(jié)果如表2 所示。

表2 實(shí)例的失效管道的分析結(jié)果

續(xù)表2

4 結(jié)束語

本文以常壓塔系統(tǒng)腐蝕問題為例，對其進(jìn)行研究，運(yùn)用前文所提到的因果表方法建立煉油設(shè)備環(huán)境致裂機(jī)理推理模型，并將其運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)中對實(shí)際案例進(jìn)行分析對比，證明該模型可準(zhǔn)確推斷出設(shè)備的腐蝕失效機(jī)理，因果表法在腐蝕故障診斷中的應(yīng)用是可行的。該方法滿足不確定性推理，并可與其他方法相結(jié)合，以彌補(bǔ)單一方法的局限性。隨著社會科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民安全意識的提高，對煉油和化學(xué)工業(yè)的系統(tǒng)安全風(fēng)險進(jìn)行評價已經(jīng)極為廣泛。我們還需要進(jìn)行深入研究，以便在化工產(chǎn)業(yè)的各項(xiàng)系統(tǒng)中更加普遍得運(yùn)用該方法。對工廠的設(shè)備進(jìn)行安全風(fēng)險評價和控制,這一舉措，既利于工廠設(shè)備管理，又可有效防止計(jì)劃外停工,更加高效安全得進(jìn)行化工生產(chǎn)和加工。