乙苯—苯乙烯裝置壓力管道全面檢驗方案制定

劉小毛　周兵

【摘 要】壓力管道在乙苯-苯乙烯裝置中起到重要傳輸紐帶作用，其安全性是確保整套設(shè)備穩(wěn)定運行的重要保障。由于管道相關(guān)法規(guī)不完善導(dǎo)致全面檢驗未能全面開展，管道全面檢驗是按照有效方案進(jìn)行的，是確保管道安全運行的有力保證。本文闡述一套年產(chǎn)苯乙烯6萬噸裝置中壓力管道全面檢驗方案的制定過程。

【關(guān)鍵詞】乙苯-苯乙烯裝置 壓力管道 全面檢驗方案 損傷模式

1 概述

乙苯-苯乙烯裝置是以苯和催化干氣中的稀乙烯為原料，經(jīng)烷基化反應(yīng)及烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成中間產(chǎn)品乙苯，再經(jīng)脫氫反應(yīng)得到產(chǎn)品苯乙烯，裝置中涉及到壓力管道數(shù)量較多，壓力管道在整套裝置中起到重要的橋梁紐帶作用，其運行安全性是確保整套裝置穩(wěn)定運行的重要保障。由于壓力管道相關(guān)檢驗規(guī)程不完善導(dǎo)致工業(yè)管道全面檢驗在很多地區(qū)未開展，本文闡述一套年產(chǎn)苯乙烯6萬噸裝置中壓力管道全面檢驗方案的制定，管道數(shù)量達(dá)1336條長度約為25km。

2 裝置特點及管道易出現(xiàn)的損傷

整套裝置分兩個單元乙苯單元和苯乙烯單元，乙苯單元采用氣相法干氣制乙苯技術(shù)，工藝系統(tǒng)包括催化干氣脫丙烯、烷基化反應(yīng)、乙苯分離、熱載體部分、產(chǎn)汽部分、熱水和冷凍水系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。苯乙烯單元采用乙苯負(fù)壓絕熱脫氫制苯乙烯技術(shù)，包括脫氫反應(yīng)、苯乙烯精餾、苯乙烯輔助系統(tǒng)等工藝過程。裝置中的原料和產(chǎn)品大多屬于甲類火災(zāi)危險性物質(zhì)，主要原料苯是具有極度危害的I級毒物，且二硝基苯酚為劇毒化學(xué)品，因此該裝置中存在的主要危險危害是火災(zāi)、爆炸、中毒。

工藝生產(chǎn)中苯和乙烯烷基化反應(yīng)是在壓力1.3MPa、溫度320～400℃條件下進(jìn)行，若超壓或超溫會在管道的薄弱處發(fā)生物料泄漏或漏進(jìn)空氣極易引發(fā)火災(zāi)或爆炸。工藝生產(chǎn)中乙苯脫氫反應(yīng)是在溫度615～640℃、負(fù)壓下操作，極易發(fā)生火災(zāi)爆炸；為脫氫反應(yīng)提供熱量的蒸汽過熱爐系明火操作，蒸汽溫度高達(dá)800℃左右，若失控超溫會燒斷爐管。苯乙烯精餾過程會發(fā)生聚合反應(yīng)，易導(dǎo)致管道及管件堵塞。苯乙烯單體易燃，遇明火源、熱摩擦、靜電等因素能與空氣形成爆炸性混合物，且在一定條件下苯乙烯能聚合而損壞、堵塞管道，苯乙烯聚合為放熱反應(yīng)，如果處理不當(dāng)會造成危害。

中間罐區(qū)主要儲存乙苯、不合格乙苯、烴化液、不合格苯乙烯、脫氫液、苯乙烯，成品罐區(qū)主要儲存苯乙烯，這些物質(zhì)均為易燃易爆物質(zhì)，極易引發(fā)火災(zāi)或爆炸。苯乙烯儲存溫度過高會發(fā)生聚合反應(yīng)并放出大量的熱，易導(dǎo)致管道、管件堵塞或造成其破裂及爆炸事故，故要求控制儲存溫度不應(yīng)超過30℃且不宜久存，儲存時應(yīng)與空氣隔絕。

3 管道主要損傷模式及方案制定重點

由于管道數(shù)量大，在有限時間內(nèi)為了更好地完成檢驗工作，需制定一套切實可行的檢驗方案，有重點地進(jìn)行檢驗。現(xiàn)場由于管道數(shù)量大且大部分覆蓋了保溫層，從外形上無法明顯區(qū)分開各管線，依據(jù)相同壓力、溫度、介質(zhì)將整套裝置中管道進(jìn)行整合劃分為一個個小單元區(qū)，在制定方案前需按照工藝流程現(xiàn)場逐條進(jìn)行巡線，找準(zhǔn)介質(zhì)流向和管線走向。需以裝置各單元工藝原理為主，兼顧物流及腐蝕流等特點，通過分析腐蝕及損傷機理。做到針對設(shè)備及部位，突出壓力高、溫度高、介質(zhì)毒性程度高以及易發(fā)生腐蝕的重點單元區(qū)。制定合理地檢驗策略，避免出現(xiàn)部分管道檢驗過量或檢驗不足的情況，主要關(guān)注易產(chǎn)生腐蝕、產(chǎn)生裂紋、可能發(fā)現(xiàn)的缺陷的管道及部位。

乙苯-苯乙烯裝置中的壓力管道在生產(chǎn)設(shè)備中存在多種損傷模式，其中以氫損傷、氯離子晶間腐蝕為主；其次腐蝕危害還有苯乙烯單元脫氫反應(yīng)中生成的二氧化碳溶解到水中呈酸性，對下游設(shè)備產(chǎn)生腐蝕；再次裝置地處海邊，空氣濕度大，年平均相對濕度82%，最大相對濕度100%，對金屬設(shè)備、管道及鋼結(jié)構(gòu)外表面均有一定的腐蝕性。乙苯單元反應(yīng)分為烷基化反應(yīng)和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)兩部分，乙苯絕熱脫氫反應(yīng)的進(jìn)口溫度一般為615～645℃，操作壓力通常為60～40kPa，且在較低的水比條件下獲得較高的苯乙烯。乙苯脫氫反應(yīng)是在催化劑作用于615～645℃左右高溫下發(fā)生的催化脫氫反應(yīng)。所用催化劑的性能除了脫氫活性之外，特別重要是對于生成苯乙烯的選擇性要高，并且在高溫和水蒸汽存在條件下穩(wěn)定性要好，使用壽命要長。脫氫催化劑的毒物是氯離子，必須控制催化劑床層進(jìn)料中的氯離子含量小于1.0ppm，以免催化劑中毒失效。催化劑床層中一定不能有游離水，二乙苯含量也要求小于10ppm。苯乙烯單元工藝過程分為脫氫反應(yīng)及苯乙烯精餾、輔助系統(tǒng)等部分。通過分析單元工藝流程、設(shè)備參數(shù)，找出裝置失效機率較高的設(shè)備及部位，確定機理，有效提高檢驗的缺陷檢出率。

按照《在用工業(yè)管道定期檢驗規(guī)程》和《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》GB/T 20801.2第2部分相關(guān)要求，對于材料為N08811 ASTM B407 P45和TP304H ASTM A358，操作溫度大于430℃，介質(zhì)為工藝流體的管道，一般應(yīng)選擇有代表性的部位進(jìn)行金相和硬度檢驗抽查。鑒于鉻鎳不銹鋼、奧氏體不銹鋼在540～900℃溫度下長期使用時可能會產(chǎn)生σ相脆化，使用時應(yīng)控制奧氏體鋼中的鐵素體含量及過度冷變形，故高溫下使用的奧氏體不銹鋼管道應(yīng)進(jìn)行金相及硬度檢驗，金相檢驗對檢查項目為σ相脆化相評價及平均晶粒度檢查。

4 結(jié)語

在熟悉裝置特點及管道易出現(xiàn)的損傷模式后，按照《在用工業(yè)管道定期檢驗規(guī)程》相關(guān)要點編制壓力管道全面檢驗方案，本文主要從以下幾點著手制定：

（1）按工藝流程將相同壓力、溫度、介質(zhì)劃分為一個小的檢驗單元，將1336條壓力管道劃分為328個檢驗單元，大大減少了文字上工作量。

（2）在制定檢驗方案前，按照介質(zhì)流向逐條管道進(jìn)行巡線，熟悉每條管道的實際情況，避免錯檢漏檢。

（3）依據(jù)每單元工藝特點找出管道的主要損傷模式，重點突出地進(jìn)行檢驗。