炼厂装置腐蚀原因分析及防范措施,彻底告别“腐蚀风险”!

2020-09-10 06:31:15 hualin 8

导 读


近年来,原油劣质化程度不断加剧,炼厂炼制高硫高酸原油的比例大幅提高,很多炼厂原料供应不稳定,频繁混炼或者改炼油种。目前,国内很多炼厂装置都是早期设计建成投产的,设备长时间服役、老龄化也加剧了装置腐蚀敏感性。再加之经济平稳放缓,石化市场的不景气,导致了工艺调整的频繁化。这些因素对装置设备造成了极大的冲击,而设备的腐蚀问题更是首当其冲。


世界范围内,贯穿整个石油化工行业发展的历史,由于腐蚀所造成的事故不断,很多甚至造成极为严重的后果,人员伤亡惨重,财产经济损失巨大。腐蚀问题依然是炼油企业面临的一个大问题。


技术方面原因


01 腐蚀介质的存在


造成设备腐蚀的介质可能是原料中本身就有的,也可能是反应过程中产生的,一些特定温度、压力条件促进了原料中某些组分的分解或者组分之间的相互反应,从而导致某些腐蚀性介质的生成。腐蚀介质的存在是腐蚀事故发生的最本质原因。这些原料或者反应中间产物、反应生成物中的腐蚀介质都是一些氧化性物种,可以与金属发生作用,造成腐蚀。这些腐蚀性介质种类繁多,在炼厂各个主要炼油工艺过程中都有其特定的腐蚀介质环境。


02 工艺条件的影响


影响腐蚀的相关工艺条件主要有温度、压力、pH、流速及流态等,这些条件直接影响着腐蚀介质的形成、转变、传递以及其与钢材的接触、反应。有的工艺条件可以导致缓蚀剂性能下降或分解,从而加速腐蚀。在腐蚀介质的基础上,以及相关工艺条件的影响下导致特定失效模式的形成,同时也让装置设备出现了某些特定的腐蚀敏感区域或部位。API571中给出了炼厂装置设备各种失效模式与相关介质和工艺条件影响之间的关系。

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03 设备相关原因


大多数设备腐蚀失效事故发生在管道、冷换设备、某些反应器以及存储设备中,其他一些设备的事故概率相对较低。除了工艺条件的影响,设备本身的一些状况、条件等相关因素也是事故发生的原因。


a) 材料组成:材质等级偏低往往易导致腐蚀事故发生,在设计或者维修更换的过程中,对材料的选择非常重要,尤其还要注意选材时不同材质钢材连接时的电偶腐蚀问题。


b) 制造:制造缺陷往往成为腐蚀事故隐患。


c) 结构:设计时采用的一些结构对腐蚀具有一定的敏感性,属于一些结构弱点,如弯头连接、阀门、变径结构以及分支管路等。由于弯头连接处失效而造成的腐蚀事故数不胜数,由于应力、压力、流速及流态的影响,弯头连接处通常是腐蚀孕育发展的部位。阀门、变径结构及分支管路也是因为应力、压力和流体流速、流态的影响而具有腐蚀敏感性。


d) 腐蚀防护层的失效:防腐层的完整性对一些腐蚀敏感材料起了重要的保护作用,在很多腐蚀事故调查结果中,防腐涂层、阴极保护、缓释剂等腐蚀防护层的失效,导致了基体的快速腐蚀,最终酿成事故。

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e) 位置:例如管线架设是否合理,是否方便检测检验和维修,这些有可能成为腐蚀事故发生的间接原因。


f) 焊接:焊接质量问题或者焊接缺陷是很多腐蚀事故发生的原因,尤其是在受材料组成和微观结构影响较大的腐蚀机制中,焊接问题表现得更为明显。无论是新建还是检维修都会涉及到设备焊接过程,焊接改变了材质结构和表面组织,而且焊接程序本身也容易留下隐患,这些都提高了腐蚀的风险。


g) 老化:经过长时间服役的设备,难免会存在一些缺陷,发现不及时或处置不到位,就会成为事故隐患。

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h) 保温层腐蚀:由于保温层安装质量的问题,保温层的局部损坏,或者保温层本身含有腐蚀性介质(如含氯化合物)等,一旦有水侵入就容易造成保温层下腐蚀,且一般难以发现。


04 设计缺陷


设备的设计建造对于其腐蚀防护至关重要,它决定了设备的本质安全性。尽管在目前的设计建造过程中有一系列的技术标准可以参考,但是早期的一些设备装置在设计建造时可能还没有这些标准,因而在对如应力、选材等问题的处理上可能有欠缺。有些工艺和装置设备刚建成投产,尤其是一个新工艺首次工业化,设计的缺陷可能会存在,这些缺陷可能提高装置设备的腐蚀敏感性。


风险管理方面


01 对腐蚀危害的认识不足


大部分事故调查都集中在技术层面上,管理上的原因往往容易忽视。在所研究的很多事故中,实际上有一部分是由于对腐蚀危害认识不足而造成的。对腐蚀管控的整体认识不足,对非正常工艺状况及潜在事故隐患的认识不足,对已知高腐蚀风险部位监检测不到位和反馈机制的不足,以及保护层的不足等都可能与事故发生相关联。一部分企业在设备泄漏的管理上存在不足,尽管泄漏频繁发生,但所采取的行动仅限于堵漏,没有充分意识到潜在的风险,所以也没有系统地去分析泄漏的根本原因并采取根本性的措施,留下了事故隐患。


02 未做好充分的风险识别和评估


在设计、日常运行维护及检维修等阶段,若缺乏充分的风险识别和评估,会影响监检测与应急响应的针对性和有效性,从而难以给这些阶段采取相应防范措施提供决策依据。关键工艺过程内的腐蚀风险识别和风险评估不充分是一部分事故发生的原因,这种不充分表现在某些关键风险信息未被识别出,某些关键风险信息已被识别但却被忽视了,或者某些关键风险点就从未做过识别和评估。其中设计阶段的风险分析与评估显得非常重要,很多事故的发生其实都可以追溯到设计阶段,一些设计的缺陷酿成事故同时也带来了装置建成投产后的运维负担。


另外,变更管理是过程安全管理的关键要素之一。变更所带来的风险也是非常重要却往往是被忽视的一方面,这些变更可能是原料变化、装置改造、工艺调整、产能负荷调整,也可能是局部临时性的变更等,这些过程往往会带来工艺条件和设备的变化,如果没有做好充分的风险识别和评估并制定相应的应对措施,也容易导致事故发生。对于炼油装置腐蚀事故相关的一些变更的风险分析不足主要表现在原油频繁变化带来的风险分析不足,装置工艺条件变化对设备的影响风险分析不足,以及上游装置工艺设备变更给下游装置带来的风险分析不足等。过程变更普遍存在的问题在于缺乏变更管理的程序,或者对变更所带来的风险没有进行有效充分的分析;再者,还可能存在变更程序虽然有却执行不到位,甚至不执行的问题。


03 监测监测、检维修与质量管理不善


很多事故都是发生在检维修期间,这里也包括开停工阶段的管理,如程序执行不当,相应处置不到位等,例如这期间最典型的问题就是连多硫酸应力腐蚀开裂。另外,有一些问题隐藏在了日常的维护工作中,比如泄漏的综合分析与管理,有些企业可能存在相对较为频繁的泄漏现象,如果仅限于堵漏,这是不够的,应当对泄漏点、泄漏状况进行系统性地统计分析,并梳理分析找出泄漏现象发生的根本原因,从而采取相应整改措施防止泄漏再次发生。再者,监测检验工作不到位也是另一重要原因。很多情况下,检测工作确实做了,但却没有严格按照规范或标准来执行,评估分析结果存在误差,或者说很多检验工作不充分不彻底,监测检验结果也反应不出真实的腐蚀风险和趋势。对保养维修不仅起不到参考作用,反而起了误导作用,成为事故间接原因。


此外,对于检维修工作,还存在质量管理的问题,例如焊接质量的问题,是否严格按照相关规范进行作业,焊接质量、残余应力等是否符合要求,以及后续的验收问题等。在所研究的事故中,由于检维修、建造等的质量管理问题而引发的事故不在少数,尤其是焊接方面的问题。


事故启示及防范措施


腐蚀问题的根源在于腐蚀介质,而工艺条件的影响和设备本身的一些因素促成或者加速了腐蚀的进程,当认识到这些的时候,如果风险管理工作还不到位的话,腐蚀引发的问题就不可避免了。


对于腐蚀问题的防范,第一个保护层就是减少或者消除腐蚀介质,加强对原油中有害杂质成分的分析化验工作,做好原料管理,对有害杂质做到最大程度的脱除,另外就是优化工艺操作;第二个保护层就是减少不利工艺条件的影响,尽量减少设备本身的先天性缺陷,这方面还是要依赖于工艺条件的优化和把控,对于设备的制造采购及检维修一定要严把质量关;第三个保护层就是风险管理,这一保护层其实就是系统性地对前两个保护层进行强化,杜绝麻痹思想,提高对于腐蚀问题的认知,采用更先进、更系统性的风险管理工具,做好充分的风险评估,以便采取相应有效的防护措施。基于此,可以考虑从以下几方面去应对问题。


a)做好基于风险的设计,提升本质安全化水平。在装置更新改造及新建装置时,应要求设计单位切实做好本质化安全设计,装置设计时应充分研判可能存在的腐蚀问题,并在选材上及工艺设计上制定相应细致的减缓或防范措施。


b)进一步提升对原料的管理,改炼掺炼油种时,充分分析认识原料的性质,特别是要充分预估并研判其腐蚀性。


c)可以尝试借助一些手段,比如工艺流程模拟与小型工业试验,来优化工艺操作,减缓腐蚀。


d)切实做好监检测及化学分析工作,对于各装置易腐蚀部位,加强日常检测及各项腐蚀介质相关的化学分析工作。


e)把变更管理工作切实落到实处,建立有效的变更操作程序,谨慎识别并严防变更过程中存在的风险,认真分析变更可能带来的腐蚀隐患,制定有效且可操作的应对措施。变更管理是腐蚀管控中非常重要的一个方面。


f)梳理设备信息数据,特别是硫和酸的分布数据、监检测数据等,逐步建立全面的设备信息数据库,加强对数据价值的挖掘和利用,作为数据基础,便于满足一些腐蚀风险评估工具对数据的要求,并确保定量风险评估的准确和完整性。


g)严格做好质量管理工作,尤其是在设备的采购验收、装置建造、检维修以及日常的维护上保质保量,严格遵照相应标准,严抓质量验收。


h)加强关于腐蚀防护的技术及管理培训,全员参与,充分认知。