乙烯装置长周期运行安全风险分析与对策.docx

乙烯装置长周期运行安全 风险分析与对策李立新 , 方玉华(中国石化茂名石化公司化工事业部 ,广东 ,525021)摘要 : 分析了中国石化茂名石化公司化工事业部乙烯装置长周期运行的安全风险 ,讨论了风险控制措施 结果表明 :乙烯装置连续运行 6 年 ,其安全风险属于可容许风险 关建词 : 乙烯装置 ; 长周期运行 ; 风险 ; 分析 ; 对策乙 烯 装 置 长 周 期 运 行 产 生 巨 大 效 益 据 测 算 ,6 年 1 修与 2 年 1 修相 比 , 效 益 增 加 6 亿 元 但随着装置长周期运行 ,安全风险也随之增加 ,必 须采用科学手段对风险进行分析与评价 , 制定有效安全措施 长时间冲刷引发泄漏 如裂解炉汽包排污管线 、 稀释蒸汽发生塔蒸汽再沸器回水管线均易发生泄 漏 3) 换热器内漏 由于腐蚀或焊接质量问题 , 随着长时间运行会发生换热器内漏 , 如 SL E 急冷 锅炉 、 盘油调温冷却器 、 脱乙烷塔塔底冷却器 、 丙 烯精馏塔冷凝器等都发生过内漏 循环水冷却器 泄漏造成烃进入循环水系统 泄漏量较小会使水 质恶化 ;如果泄漏较大而未及时处理 ,则可能造成 事故 。

4) 阀内漏 常见阀内漏的原因有坚硬杂质 堵塞阀道 、 阀密封老化和阀芯腐蚀等 如裂解炉 清焦大阀 、 裂解气干燥器切断阀 、 裂解气压缩机段 间罐液位控制阀等都易发生内漏 5) 泵机密封泄漏 如急冷油中夹带的焦粉 对急冷油泵 、 重燃料油泵泵盖和叶轮口环边缘产 生强烈冲刷 ,会直接导致密封泄漏 ; 压缩机干气密 封密封面由于密封气含杂质 , 长时间运行后会发 生磨损 1泄漏风险分析与对策 泄漏是乙烯装置长周期运行最大的风险 由 于设计 、 制造 、 安装及操作等存在不当之处 , 随着 运转时间增加 , 管道 、 设备冲刷腐蚀减薄 , 密封材 料老化 ,发生泄漏的几率增大 ,对装置的安全运行 造成了直接的威胁 1. 1乙烯装置常见泄漏原因与部位(1) 管线 、 设备内腐蚀造成减薄泄漏 如裂解 炉对流段石脑油预热盘管发生氧化腐蚀 , 如果选 材不当 , 会 造 成 减 薄 穿 孔 着 火 ; 急 冷 系 统 急 冷 水 p H 值控制较低 ,管线 、 设备会因酸腐蚀发生泄漏 ; 当使用有较强腐蚀性的化学药剂如碱洗塔黄油抑 制剂时 ,如果注入管线选用普通碳钢管线 ,由于碳 钢管在黄油抑制剂与碱液中的电位差很高 , 将导 致碳钢管在这两种溶液中产生强烈电化学腐蚀而 减薄 。

2) 汽液混输冲刷管壁减薄泄漏 当管道中 汽液混输时 ,对管道特别是弯头处产生剧烈冲刷 ,收稿日期 :2004 - 03 - 10 ;修改稿收到日期 :2005 - 01 - 31 作者简介 : 李立新 (1966 - ) ,男 ,河北唐山人 ,1988 毕业于河北 工业大学化工系 ,硕士 ,教授级高级工程师 , 现任乙烯裂解车间技术主任 第 17 卷李立新等 1 乙烯装置长周期运行安全风险分析与对策·23 ·(6) 静密封点泄漏 最常见的是法兰垫片损 坏引起的泄漏 ,其次是阀门泄漏 ,主要发生在阀盖 和填料函等部位 7) 管线外腐蚀 由于冷区保冷效果差 ,部分 管线长期结露挂水 , 造成管线 、 阀门 、 引压管严重腐蚀 1 . 3带压堵漏技术 当生 产 装 置 某 一 部 位 因 某 种 原 因 造 成 泄 漏 时 ,可将特定的夹具安装在泄漏部位 ,使夹具与泄 漏部位的部分表面构成一个新的密封空间 , 然后 用专门的高压注射枪或挤出工具将具有热固性或 热塑性的密封剂注入并充满密闭空间 , 堵塞泄漏 缝隙和通道 密封剂在一定温度下迅速固化 , 在 泄漏部 位 外 围 建 立 起 一 个 硬 固 的 新 的 密 封 结 构 层 ,从而消除泄漏 。

在堵漏过程中 , 无需停车 , 无 需动火 ,不影响生产的正常进行 ,安全迅速 近年 来随着夹具的设计改进 、 新型密封剂的研制及高 性能注入器具的采用 ,带压堵漏技术发展较快 ,适 用的介质 、 温度和压力范围日益宽泛 ,已成为解决 泄漏问题的重要手段 1 . 3 . 1适用的泄漏部位(1) 法兰 :管法兰和设备法兰 ; (2) 管道 :直管 、 弯头 、 三通等 ;(3) 阀门 :阀盖法兰 、 填料函 、 阀体裂缝等 ;(4) 设备 : 设备填料箱 、 局部磨损穿孔及点腐 蚀穿孔等 1 . 3 . 2适用的介质 、 温度和压力所适用的介质包括水 、 水蒸汽 、 压缩空气 、 氮 气 、 氢 气 、 氧 气 、 煤 气 、 石 油 液 化 气 、 烃 类 、 酸 、 碱 、 氨 、 热油载体 、 溶剂及各种化学气体和液体等流动 介质 泄漏介质温度 : - 100～ + 150 ℃;泄漏介质压力 :真空～20 MPa 或更高 8)焊接点泄漏 包括焊接砂眼和焊接裂缝等 ;(9)铸件缺陷泄漏 它常发生在阀体和机泵的缸体上 (10) 材料老化断裂 设备长时间运行 ,材质 老化 ,抗波动冲击能力变差 ,一旦操作条件发生较 大变化 ,易引发安全事故 。

如裂解炉炉管长时间 运行后 ,会出现渗碳超标 、 弯曲蠕变 、 可焊性差 、 冷 态脆性大等问题 ,当裂解炉跳车时易造成炉管断 裂 1. 2措施(1) 设计 、 制造 、 安装过程严格把关是减少长 周期运行中发生泄漏的根本措施 易腐蚀部位选 材要正确 ,尽可能避免汽液混输 ,设计时可考虑对 可能泄漏的阀门或设备增加切断阀 , 以便发生泄 漏时能切出处理 2) 装置投入运行后 ,对易发生腐蚀的系统注 入缓蚀剂 3) 掌握装置中易冲刷 、 腐蚀部位 ,定期进行 测厚 对于减薄严重的部位 ,如能切出 ,则切 出隔离对减薄部位更换或改造 ; 如果不能切 出 ,可采用打包的办法处理 ,即用剖开的钢管或小 容器把减薄部位包裹起来焊接好 , 也可用环氧树 脂和石 棉 布 缠 成 的 玻 璃 钢 层 对 减 薄 管 线 进 行 包 裹 ,将管线与空气隔绝 ,防止进一步腐蚀 4) 完善可燃气体报警系统 5) 一旦发生泄漏 ,首先考虑将泄漏部位 切出进行处理 如盘油调温冷却器 、 脱乙烷塔塔 底冷却器 、 丙烯精馏塔冷凝器等发生泄漏可以在 线切出处理 对于不能切出的部位 , 可以实施带压堵漏 2安全隐患风险分析与控制 乙烯装置运行中会存在部分无法治理的 安全 隐 患 , 如 安 全 阀 、 压 力 容 器 超 检 , 管 线 、 换 热 器 、 流程设计缺陷 , 设备制造 、 安装错误等 。

对于 这些隐患必须做好风险分析 ,采取控制措施 2 . 1安全阀 、 压力容器超检压力容器和安全阀无法按国家规定进行定期 校验是装置长周期运转的难题之一 对于安全阀定期校验问题 , 解决办法有前后乙 烯 工 业第 17 卷·24 ·加手阀 ,或对重要部位并联安全阀 ,也可采用安全 阀定压办法 对于压力容器可以定期进行常规检验 ,如测厚 、 磁粉检验 、 超声波检验等 近年来 ,在设备检验技术 、 失效分析技术 、 材 料损伤机理研究 、 设备安全评价和计算机等技术 基础上发展出了一种新的设备检验技术 - 基于风 险的检验 ( RB I) 该方法从对损伤机理和事故影 响的系统分析入手 ,利用计算机软件 ,对一套装置 或系统中所有设备 ( 包括压力容器 、 压力管道等) 进行失效的可能性与失效后果值计算 , 得出风险 值 ,并进行排序 找出高风险设备 , 分析原因 , 给 出合理的解决方法和检验计划 对乙烯装置进行 这种基于风险的检验 , 可实现在保证设备安全性的基础上 ,尽可能延长设备运行时间 ,为科学确定装置安全运行周期提供指导 2 . 2设计隐患如中国石化茂名石化公司化工事业部 ( 以下 简称茂名乙烯) 乙烯装置乙烷炉高压蒸汽管线三 通处管线设计上存在不足 。

第一次装置大修时对 该三通进行了重新设计 , 在跨越该三通处的安全 阀管线上加了膨胀节 , 以消除应力 但该问题并 未得到根除 ,装置投料后出现了应力集中 、 管线扭 曲变形 、 管线拉裂等问题 开工后多次泄漏着火 , 经过带压包钢套补焊处理 ,使泄漏得以控制 ,但隐 患仍未消除 根本解决办法是对高压蒸汽管线应 力重新计算 , 在大检修中对管线进行改造 技术 人员 对 这 一 隐 患 进 行 了 失 效 模 式 与 影 响 分 析 ( FMEA) ,计算出风险度为 12 ,风险等级属于中等 ,为此制定了安全控制措施 (见表 1) 表 1失效模式与影响分析( FMEA) 记录表项目标识符 说明/ 描述 失效模式 影响后果现有安全控制措施LS风险度 ( R)建议控制措施1 . 每 2h 巡检检查泄漏情况 1 次 2 . 增加有线电视监视器 ,对其跟踪监视 3 . 泄漏时组织检修人员对其补焊 4 . 切 H - 118 炉 时 , HS 要 充 分 暖 管 , 防 止 温 度升降过快而再次拉裂 着火 、 火 灾 、 爆炸大修时更换 新的三通HH - 118 炉的三通焊缝裂纹 泄漏裂解气3412其 它 安 全 隐 患 有 甲 烷 化 反 应 器 进 料 加 热 器 E - 481 封头氢气泄漏 、 脱甲烷塔塔釜冷却器 E -418 外壁泄漏等 。

技术人员都进行了失效模式与 影响分析 ( FMEA) ,制定了预防措施 从茂名乙烯装置运行 6 年来发生的多起事故 看 ,仪 表 故 障 引 发 的 事 故 占 的 比 例 较 大 例 如 ,2003 年 7 月 22 日的仪表 CPU 电容故障造成乙烯 装置全线停车 裂解炉 SD - 2 现场开关失效 , 多 次造成裂解炉跳车 现场仪表风线老化断裂也是 系统稳定运行的一个隐患 另外仪表引压管堵塞 造成仪表显示不准或无显示 , 给操作带来很大困 难 在 DCS 系统设计时应充分考虑冗余 , 提高可 靠性 ;对于 UPS , 采用双 UPS 互为备用 ; 现场仪表 风线发现问题及时更换 3其它风险与治理 3. 1操作安全风险由于装置长时间稳定运行 , 操作人员参加开 停工 、 事故处理次数少 , 对非正常操作变得生疏 , 一旦发生紧急状态 ,在处理过程中可能会将问题 扩大 ,造成安全事故 另外装置长周期运转 ,结垢问题会愈发严重 ,操作难度增大 ,设备超温超压风险增大 减小操作安全风险的有效措施是强化培训 ,加强反事故演练 3. 2仪表系统风险装置长时间运行 ,仪表元件老化 ,仪表故障增4茂名乙烯长周期运行风险分析控制 针对乙烯装置出现的各种泄漏情况 , 摸索出 了一整套有效处理方法 : 如补焊 、 打包 、 切出 处理 、 带压堵漏等 。

对于无法治理的安全隐患 ,进行风险分析 ,制定预防措施 坚持开展第 17 卷李立新等 1 乙烯装置长周期运行安全风险分析与对策·25 ·装置长周期运行安全评估工作 , 着重从设备使用 状况 、 工 艺 条 件 变 化 、 催 化 剂 寿 命 等 方 面 进 行 评 价 ,查找存在的影响长周期运行的问题 ,抓好问题 的整改 ,落实好安全防范措施 在此基础上 ,还先 后 3 次邀请中国石化集团公司化工事业部 、 中国石 化安全工程研究院评价中心 、 燕山石化等单位的 20 多名专家到现场评价 针对专家提出的隐患和薄 弱环节 ,认真抓好整改 还与研究单位合作 ,采用 RBI 设备检验技术对装置进行风险评估 从而保证 了整个生产装置的运行风险始终控制在可接受的 范围内 ,确保了乙烯装置长周期安全运行 目前 , 装 置 已 连 续 运 行 6 年 , 装 置 在 线 率9918 % ,平均负荷 107 % ,期间未进行过小。