RBI技術(shù)在三元乙丙橡膠裝置上的應(yīng)用*

宋耀民1，李海濤1，項 忠，周洪忠

(1.中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100029；2.上海中石化三井彈性體有限公司，上海 201507)

基于風(fēng)險的檢驗(RBI)是以設(shè)備單元的失效破壞可能性和失效后果為分析對象，通過對裝置中設(shè)備固有的或潛在的失效模式導(dǎo)致的后果進(jìn)行分析，確定設(shè)備的風(fēng)險水平，并施以針對性的風(fēng)險評估和管理的技術(shù)[1]。

目前，RBI技術(shù)已在國內(nèi)一些化工裝置上進(jìn)行了運用[2-4]，取得了較好的效果。上海某石化公司為了實現(xiàn)生產(chǎn)裝置長周期安全穩(wěn)定運行，降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，提高企業(yè)競爭力，委托中國特檢院于2017年6月對其所屬的三元乙丙橡膠裝置的97臺壓力容器和61條壓力管道實施了RBI技術(shù)。

1 裝置基本概況

該裝置位于上海化學(xué)工業(yè)區(qū)，于2014年8月1日建成投產(chǎn)，是工藝最先進(jìn)，同時也是全球規(guī)模最大的三元乙丙橡膠(EPT)生產(chǎn)裝置，年產(chǎn)量750 kt。裝置基本工藝流程包括化學(xué)品制備、聚合作用、相態(tài)分離、干燥和造粒、成品包裝、單體回收、己烷處理、二烯烴回收及公用工程等幾個工段。三元乙丙橡膠是全球范圍內(nèi)僅次于丁苯橡膠和順丁橡膠而具有第三大市場規(guī)模的通用合成橡膠品種，具有優(yōu)越的耐氣候性、耐臭氧性、耐熱、耐寒、耐電壓特性及耐化學(xué)性，廣泛用于汽車零部件、電線電纜護(hù)套、防水保溫材料及家電部件等。

2 評估過程及裝置損傷機(jī)理分析

2.1 風(fēng)險評估過程

(1)對RBI評估范圍內(nèi)容器和管道的原始資料進(jìn)行審查、整理及錄入，建立數(shù)據(jù)庫。所需的原始資料包括設(shè)備的設(shè)計資料、工藝資料、檢驗資料及維護(hù)資料等。

(2)97臺容器和61條管道分別劃分了132個和864個評估單元，共996個。另外，根據(jù)對裝置情況及腐蝕情況的了解，結(jié)合專家數(shù)據(jù)庫的實際情況，經(jīng)綜合分析,劃分了12條腐蝕回路和32條物流回路。

(3)該項目采用的是中國特檢院自主開發(fā)的石化設(shè)備風(fēng)險評估軟件，用軟件中對應(yīng)的材料替代裝置中容器和管道的材料進(jìn)行評估，見表1。

(4)由于一些基礎(chǔ)資料不夠齊全，關(guān)鍵條件的設(shè)定，可以根據(jù)實際情況提出合理假設(shè)，主要如下：以中國特檢院提供的專家腐蝕速率數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)進(jìn)行風(fēng)險評估，所有涂層、保溫層狀況均設(shè)定為一般，采用潮濕性氣候的腐蝕環(huán)境來計算外部腐蝕速率。

表1 原材料與軟件替代材料對照

2.2 裝置損傷機(jī)理分析

根據(jù)裝置容器、管道的操作工況、材質(zhì)的腐蝕敏感性，綜合分析存在以下?lián)p傷模式：腐蝕減薄、環(huán)境開裂、機(jī)械損傷和其他損傷。各損傷模式下對應(yīng)的損傷機(jī)理見表2。

表2 潛在損傷機(jī)理

3 RBI風(fēng)險評估結(jié)果

3.1 風(fēng)險分析結(jié)果

根據(jù)上海某石化公司的停車檢修計劃，該項目以2017年6月30日作為評估時間點，安全風(fēng)險評估結(jié)果見圖1。由圖1可見，評估單元中沒有高風(fēng)險評估單元；中高風(fēng)險評估單元管道有10個，容器有8個，分別占整個評估單元的比例為1.0%和0.8%；中風(fēng)險評估單元管道有230個，容器有49個，分別占整個評估單元的比例為23.09%和4.92%；低風(fēng)險評估單元管道有624個，容器有75個，分別占整個評估單元的比例為62.65%和7.53%。失效可能性為4的有15個評估單元，其余評估單元的失效可能性都小于等于3。

3.2 風(fēng)險分布

壓力容器和壓力管道的風(fēng)險分布見圖2。從容器的風(fēng)險分布可以看出,中高風(fēng)險主要集中在反應(yīng)器，中風(fēng)險主要集中在換熱器，低風(fēng)險主要集中在存儲罐；從管道的風(fēng)險分布可以看出，71.29%的管道為低風(fēng)險。建議對中高風(fēng)險的容器、管道進(jìn)行在線降險處理。

3.3 風(fēng)險排序

表3列出了風(fēng)險居前的壓力容器和壓力管道單元，這些設(shè)備在年度檢查、日常維護(hù)和監(jiān)控過程中應(yīng)給予重點關(guān)注。

3.4 高風(fēng)險設(shè)備原因分析

壓力容器高風(fēng)險的主要原因是己烷失效。己烷遇明火、高熱極易燃燒，與空氣可形成爆炸性混合物，而且有毒，一旦泄漏會使人中毒，甚至致人昏迷或死亡。壓力管道失效可能性導(dǎo)致的高風(fēng)險單元居多，主要原因是這些管道材質(zhì)為奧氏體不銹鋼，容易發(fā)生奧氏體不銹鋼的保溫層下應(yīng)力腐蝕開裂。

圖1 安全風(fēng)險矩陣

圖2 壓力容器和壓力管道的風(fēng)險分布

設(shè)備編號設(shè)備名稱可能性等級損失度等級風(fēng)險等級D-201反應(yīng)釜3D中高風(fēng)險D-705A加氫罐1E中高風(fēng)險D-705B加氫罐1E中高風(fēng)險D-811A二烯烴精制罐1E中高風(fēng)險D-811B二烯烴精制罐1E中高風(fēng)險D-821A二烯烴精制罐1E中高風(fēng)險D-821B二烯烴精制罐1E中高風(fēng)險E-321循環(huán)己烷冷卻器1E中高風(fēng)險20701D-201進(jìn)出口管線4C中高風(fēng)險20702D-201進(jìn)出口管線4C中高風(fēng)險20704D-201進(jìn)出口管線4C中高風(fēng)險30201P-301出口管線3D中高風(fēng)險30202P-301出口管線3D中高風(fēng)險30301D-301己烷管線1E中高風(fēng)險

4 降險措施

根據(jù)中國特檢院RBI技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗以及上海某石化公司的風(fēng)險可接受準(zhǔn)則，建議在該次計劃停機(jī)檢驗時間點之前，對中高風(fēng)險的容器和管道進(jìn)行在線降險處理。降險措施如下

4.1 在線檢測

對于風(fēng)險水平不可接受的設(shè)備，實施在線檢驗是降低其風(fēng)險水平的有效手段。對于失效可能性大的設(shè)備,采用宏觀檢查和測厚抽查的方法進(jìn)行在線檢驗，必要時增加焊縫無損檢測。

4.2 腐蝕監(jiān)測

通過腐蝕流監(jiān)測可以預(yù)測設(shè)備的腐蝕情況以及腐蝕變化趨勢，對裝置物料中腐蝕流進(jìn)行監(jiān)控及分析，及時掌握腐蝕流分布情況，可以降低設(shè)備的運行風(fēng)險。

4.3 提高檢驗有效性

針對高風(fēng)險設(shè)備的失效模式，采用提高檢驗有效性的方法進(jìn)行降險處理。比如，一般的檢測技術(shù)無法滿足檢測條件時，可采用脈沖渦流測厚、超聲波導(dǎo)波檢測、高溫電磁超聲檢測及在線聲發(fā)射等技術(shù)方法來降低設(shè)備的風(fēng)險水平。

5 檢驗原則

5.1 RBI檢驗原則

RBI評估的最終目的是指導(dǎo)和優(yōu)化檢驗，制定的檢驗計劃和檢驗方案必須有效可行，不同的失效模式會導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生不同形式的破壞。RBI檢驗策略的制定，主要依據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[5-6]。然后確定設(shè)備的檢驗方式、檢驗比例及檢驗方法。

5.2 壓力容器的檢驗原則

壓力容器的宏觀檢查主要包括外觀、結(jié)構(gòu)及幾何尺寸等，超聲測厚應(yīng)當(dāng)選代表性的位置。如果可以進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，優(yōu)先選擇內(nèi)部檢驗，以容器的頂部、底部、進(jìn)料及接管等部位為重點。對于失效模式為均勻或局部腐蝕減薄的容器，檢驗方法以宏觀檢查與超聲測厚為主;失效模式為應(yīng)力腐蝕開裂的容器，應(yīng)進(jìn)行超聲波探傷或聲發(fā)射檢測。失效可能性大于3的壓力容器，檢驗比例按文獻(xiàn)[7]中列出的“高度有效”或“中高度有效”選擇;失效可能性小于或等于3的壓力容器，按“中高度有效”或“中度有效”選擇。

5.3 壓力管道的檢驗原則

壓力管道的宏觀檢查主要包括絕熱層、防腐層、泄漏、閥門及法蘭等;壁厚測定選擇彎頭、三通和直徑突變處。有絕熱層的管道，優(yōu)先按照比例拆除絕熱層進(jìn)行檢驗。失效模式為均勻或局部腐蝕減薄或外部腐蝕的，檢驗方法以宏觀檢查與超聲測厚為主;失效模式為應(yīng)力腐蝕開裂的，焊縫部位應(yīng)安排一定比例的射線探傷檢查或超聲波探傷檢測。失效可能性大于3的壓力管道，檢驗比例按文獻(xiàn)[7]中列出的“高度有效”或“中高度有效”選擇;失效可能性小于或等于3的壓力管道，按“中高度有效”或“中度有效”選擇。

6 結(jié) 語

(1)該次評估對象為三元乙丙橡膠裝置的97臺壓力容器和61條壓力管道，所涉及的失效機(jī)理主要有堿腐蝕、冷卻水腐蝕、沖刷腐蝕、大氣腐蝕、鍋爐冷凝水腐蝕、氯化物應(yīng)力腐蝕開裂、機(jī)械疲勞、振動疲勞及襯里失效。

(2)該次評估結(jié)果中未發(fā)現(xiàn)高風(fēng)險評估單元,中高風(fēng)險評估單元共有18個，中風(fēng)險評估單元共有279個，低風(fēng)險評估單元共有699個。建議對中高風(fēng)險的設(shè)備管道進(jìn)行在線降險處理。

(3)該項目給出了每臺設(shè)備的失效后果和失效可能性，列出了風(fēng)險較高的壓力容器、壓力管道單元，分析了設(shè)備高風(fēng)險的原因，提出了降險措施，制定了壓力容器和壓力管道的檢驗原則，為后續(xù)的定期檢驗提供參考。

(4)建議上海某石化公司三井按《特種設(shè)備使用管理規(guī)則》[8]等相關(guān)法規(guī)要求做好年度檢查及日常巡檢，并制訂好對突發(fā)事故的應(yīng)急預(yù)案與搶險措施，降低設(shè)備的風(fēng)險。