RBI风险评估技术在苯乙烯丙烯腈装置压力管道上的应用

第 4 4 卷第 6 期 2 0 1 5年 1 1月 石油化工设备 PETR( ) _ CHEMI CAI E QUI PMENT Vo1 44 No 6 NOV 2 01 5 文章编号 ：1 0 0 0 7 4 6 6 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 7 1 - 0 4 RB I 风 险评估技术在 苯 乙烯丙烯腈 装置 压 力管道上 的应 用 陈文飞 ，陈虎 ( 宁波市 特种 设备检验研究院 ，浙江 宁波3 1 5 0 4 8 ) 摘 要 ：采 用 OR B I T On s h o r e 软件 完成 了对 某企 业苯 乙烯 丙烯 腈 ( S AN) 装置 5 4 7条 压 力 管道 的基 于风 险的检 验 ( R B I ) 风 险评 估 。S AN 装置 主要 损 失机 理 为碱 应 力 腐蚀 开 裂 、 内部 腐 蚀 、 外 部 腐蚀 、 大气腐蚀( 有隔热层) 及冲刷， 定量计算 了各管道的失效可能和失效后果 ， 最终确定 了各管道的总风 险。提 出 了 R B I 检 验 策略 的具 体 实施 方 法 ， 使 后 续 S AN 装 置压 力 管道全 面检验 更 有针 对 性 ， 以达 到 降低 风 险和提 高运行 可靠性 的 目的 。 关键 词 ：压力管道；基于风险的检验；苯乙烯丙烯腈装置； 应用 中图分 类号 ：T QO S O 7 ；TB 1 1 5 1 文 献标 志码 ： B d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 5 0 6 0 1 6 Ap p l i c a t i o n o f Ri s k - b a s e d I n s p e c t i o n o n Pr e s s u r e P i p e l i n e s o f S t y r e n e Ac r y l o n i t r i l e Un i t CHEN W e n f e i 。 CHEN HU ( Ni n g b o S p e c i a l Eq u i p me n t I n s p e c t i o n Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Ni n g b o 3 1 5 0 4 8 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：W i t h t h e h e l p o f ORBI T On s h o r e ， t h e r i s k o n 5 4 7 p i p e l i n e s o f s t y r e n e a c r y l o n i t r i l e ( S AN)u n i t we r e e v a l u a t e d Th e r e s u l t s o f e v a l u a t i o n s h o w t h a t t h e ma j o r d a ma g e mo d e s a r e c a us t i c s t r e s s c o r r os i o n c r a c ki ng，i nt e r n a l c or r o s i o n，e x t e r na l c o r r os i o n，a t mo s p he r i c c o r r o s i on ( wi t h i n s u l a t i o n l a y e r )a n d s c o u r i n g Th e f a i l u r e p r o b a b i l i t y a n d f a i l u r e c o n s e q u e n c e o f p i p e l i n e we r e qu a nt i t a t i v e l y c a l c ul a t e d by r i s k b a s e d i ns pe c t i o n ( RBI ) t e c hno l o gy a n d u l t i ma t e l y de t e r m i n e d t he t o t a l r i s k of t h e e v e r y p i pe l i ne I ns pe c t i on p l a n i s f or mul a t e d ba s e d o n t he r e s ul t o f RBI ， whi c h c a n ma ke t h e f o l l owi n g pe r i od i c a l i ns pe c t i o n o f pr e s s u r e pi pe l i n e s b e c a m e m o r e t a r g e t e d， r e d uc e r i s ks a nd i m p r o v e t he r e l i a bi l i t y o f t h e s y s t e m Ke y wo r d s ：p r e s s u r e p i p e l i n e ；r i s k b a s e d i n s p e c t i o n ； s t y r e n e a c r y l o n i t r i l e u n i t ；a p p l i c a t i o n 1 R B I 技术背景介绍 基 于风 险 的检验 ( R B I ) 是 指 一 种 重 点针 对 材 料 损伤所引起的设备失效的风险评估和管理过程 ， 这 种风险主要通过对设备的检测来管理 。RB I 技术 针对设备潜在 的失效机理制定有效、 适用的检验检 测 技术 和方 法 ， 兼 顾 承压设 备 的安全 性和 经济 性 ， 达 到经济有效控制设备风险的 目的 。RB I 技术是 近 3 0多年来 被西 方 乃 至 全 世 界逐 渐 广 泛 采 用并 得 到企业 认可 的设 备 评估 及 检 测 技 术 ， 多 年 实 践证 明 是 科学 全 面的设 备风 险管 理系 统 。 自 2 0 0 0年 以来 ， RB I 投 在我 国承压 类 特 种设 收 稿 日期 ：2 o 1 5 - 0 7 2 2 作者简介 ：陈文 飞( 1 9 8 4 一 )， 男 ， 浙江义乌人 ， 工程师 ， 硕 士 ， 现从事特种设备检验检测研究 工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 5年第 4 4卷 备 上 的研 究 和应用得 到 快速 发 展 。 。宁 波市 特 种 设 备检验 研究 院 于 2 0 0 5年 通 过 与 中 国特 种设 备 检 测研究 院 、 挪威 船 级 社 ( DNV) 合 作 ， 率 先 在 国 内开 展 了 R B I 相关 技术 的尝 试 与摸 索 ， 完成 了 中石化 镇 海炼化分公 司合成氨装置 的 R B I 评估工作。又先 后通过与合肥通用机械 研究院和法 国国际检验局 ( B V) 等 R B I 专业机构及研究所 的合作 ， 完成 了囊 括石油及化工行业各主要装置 的 R B I 风险评估项 目。经过 近 1 0年 的技 术研 究和应 用 积累 ， 目前 已通 过 合作 的模式 ， 先后 对 中石 化镇 海炼 化分公 司 、 中海 油 大榭石 化有 限公 司 、 中海 油春 晓天 然气处 理厂 、 万 华 化学 有限公 司等 大型石 化企业 的压 力容 器及 管道 进 行 了 RB I 评 估 ， 取 得 了显著成 果 。 目前 国 内 尚没 有 化 工 企 业 运 用 RB I 技 术 对 苯 乙烯丙 烯腈 ( S t y r e n e Ac r y l o n i t r i l e ， S AN) 装 置腐 蚀 情 况 、 损伤 机理 和风 险 分析 进 行 系 统研 究 和 总 结 的 报道 。我 院 于 2 0 1 4 0 9 2 0 1 5 0 6对 宁 波 地 区某 企 业 S AN装 置 5 4 7条 管道 ( 共 9 2 3 4 m) 进 行 了 RB I 风 险评估 ， 制定 了详 细 的检 验策 略 。 2 S AN装置简介 S AN是 目前 产 量 最 大 、 用 途 最 广泛 的 AB S塑 料 的前端 产物 。S AN装 置是 聚 合反 应 生成 AB S的 基 础流程 装 置 ， 确 保 S AN 装 置 安 全 运行 对 AB S产 量 和 AB S行业发 展具 有重要 意义 。 S AN 装置 主要 生 产 苯 乙 烯 与丙 烯 腈 的共 聚合 物 ， 在 制作过 程 中不添 加任何 催化 剂 ， 只使用少 量 的 溶剂 聚合 成 S AN 胶 粒 。本 次 评 估 的 S AN 装 置 于 2 0 0 7 0 3建成 投 用 ， 主要 工 艺 流 程 为 苯 乙烯 与 丙 烯 腈先 在容器 内进 行单 体混 合 ， 再 送 入反 应槽 NR2 0 1 进行 聚合 反应 ， S AN 聚合反 应 温度 需控 制 在 1 4 3 左右 ， 反应段还有 3套冷却系统用于不同工况下 的 反应 温 度 控 制 。S AN 的 一 次 反 应 率 通 常 为 4 5 ， 约有 一半 的混 合单体 未 聚合 。未发生 聚合 反应 的混 合单 体 在脱烃 槽 内经 真 空鲁 式 泵 、 水 封 式 真 空泵 的 抽 取 ( 真 空度 6 6 6 6 P a以下 ) 送 至 回收段 进行 回收 ， 而聚 合 的 S AN 则 由 齿 轮 泵 传 送 入 切 粒 段 切 粒 。 S AN 生产 工艺 主 要 由单体 准 备 段 、 聚合 反 应 段 、 挥 发段 、 切粒及 胶粒储 存段 、 热媒 油 系统及 废气 流 向这 7个工段 组成 。 包括 ： 明确评估范围， 制定 R B 1 分析计划。收集 相关 资料 及数 据 ， 调 查装 置 腐 蚀情 况 。识 别 损 伤 机理和失效模式。划分物流 回路及腐蚀 回路 。 失 效可 能性分 析 及 失效 后 果 计 算 。 风 险 的识 别 、 评 价和 管理 。制 定检 验策 略 。 3 2 R B I 评估中假设条件设定 3 2 1 腐 蚀 速 率 设 定 压 力管 道 腐蚀 速 率 时 ， 以历 史 腐蚀 检 测 数 据 为基础 ， 重点 参考 该 企业 同类 型 装 置 在其 他 地 区 的腐 蚀速 率数 据 。若 无相 关 数 据 资料 ， 设定 腐 蚀 速 率则 应尽 可能偏 保 守 。 3 2 2 防 腐及 保 温层 数 据 所 有 防腐 油漆 及保 温层状 况依 据现 场腐蚀 调查 情 况为 基础设 定 。若现 场调查 未发 现压 力管 道油漆 有破损 、 脱 落 、 起 皮及 保 温 层 外 观破 坏 的现 象 ， 则按 平均状 况设 定 。 3 3材料代用计算 参考相关资料 、 各材料力学性能和腐蚀数据 ， 采 用 O RB I T O n s h o r e软件提供的相应代表性材料 ， 对 压力 管道 使用 的 3种材料 进行 代用计 算 ， 见表 1 。 表 1 压 力管 道 原 材 料 牌 号 与 软 件 计 算 代 用材 料 对 照 原材料牌 号 软件提供的代表性材料 3 0 4 S S S A 4 0 3 ( 奥 氏体不锈钢 ， 等级 ： 3 0 4 ) A5 3 G R B S A一 5 3 ( 碳钢， 等级： s m A5 3 G R B ( HDZ ) S A一 5 3 ( 碳钢， 等级： S B ) 3 4 S AN装置损伤机理分析 通 过分 析 S AN装 置 的工 艺 流 程及 压 力 管 道 在 各工 艺流 程 中的作 用 ， 认 为潜 在 的主 要损 伤 模 式 为 碱应 力腐 蚀开裂 、 内部 腐蚀 、 外部 腐蚀 、 大气 腐蚀 ( 有 隔热 层 ) 和冲刷 。一 般 S AN 装置运 行 约 3 个 月 就需 要停 车对 二 甲基 甲酰胺 ( D MF ) 流 经 的相 关 容 器 及 管道进行清洗 ， 清洗 时需要将 3 o L质量分数 4 5 9 6 的 KOH 溶 液注 入反 应槽 NR2 0 1中 ， 后续 通 入蒸 汽 冲洗， 此操作工况下设备易发生碱应 力腐蚀开裂 。 同时 ， 由于此装置建在海边 ， 处于典型 的海洋性气 候 ， 因此较 容 易 产生 大 气 腐 蚀 ( 有 隔热 层 ) 1 3 3 ， 现 场 腐蚀调查也验证了这一点。 综 合 现 场 的实 际情 况 以及装 置 工艺 流 程 ， 确 定 了 5种潜在损失模式在装置 中易发生 的部位 和工 段 ， 见表 2 。 3 R B I 评估实施过程4 R B I 风 险分析结果 3 1 R B I 评估实施关键步骤 S AN装置压力管道 RB I 评估实施 的关键步骤 通过现场腐蚀调查、 数据收集及分析 ， 依据确定 的潜在损伤机理和失效模式 ， 划分了物流回路及腐 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 陈文飞 ， 等 ： R B I 风险评估技术在苯 乙烯丙烯腈装置压力 管道上 的应用 表 2 潜在损伤模式在装置 中易发生部位和工段 潜在损伤模式 易发生部位和工段 碱 应 力 腐 蚀 开 裂 起 嚣 会 引 内部腐蚀 装置 中所有的压力管道 外 部 腐 蚀 合 塞 喜 温 层 的 所 有 碳 钢 或 低 大气腐蚀( 有隔热层) 冲刷 装 置 中 操 作 温 度 为 一 1 2 2 1 2 1 1且 有保 温层的所 有碳钢 、 低合 金钢 、 不锈钢及现场腐蚀 调查保温层破 裂的压力管道 泵出 口附近 及反应 后 聚合 物凝 固工 段的压力 管道 蚀回路 ， 采用 OR B I T On s h o r e软件进行定量分析计 算 ， 以 2 0 1 5 1 2 0 1为风险评估 时间点， 最终确定 了 S AN装 置 5 4 7 条 压力 管道 的 R B I 风 险评 估结 果 ， 见 图 1 。 4 高风险 3 中高风险 2 中风 险 1 低风险 未计算 总数 百 分比 O 0 0 0 1 4 2 5 6 3 1 8 5 8 1 3 21 5 3 9 3l 0 O 0 0 | j 口 筛选等级 详细等级 0 0 O O 5 4 7 l O 0 O 0 图 1 S AN装 置压力管道 R B I 风险分析结果 从 图 1可 以看 出， 中高风 险的压力管道 为 1 4 条 ， 占评估数 的 2 5 6 ， 本套 S AN装置综合风险不 高 。但 由于介质 中存 在丙烯腈等毒性物质， 因此相 关 管道失 效 的后果 较 为严 重 。 5检验策略的制定 5 1 不同风险等级压力管道检验范围 不 同风险等级压力管道检验范围依据文献 1 4 附录 C要 求 确 定 ， 由 于 此 装 置 是 首 次 检 验 ， 因此 按 照较高保守程度确定检验范围。对中高风险压力管 道 ， 失效可能性等级为 1 、 2和 3的 1 0 0 进行检验 ， 失 效可 能性 等级 为 4 、 5的抽查 比例 为 6 0 ， 具 体 检 验 范 围见 表 3 。 表 3 S A N装置压力管道检验范 围 5 2 检验方法 对 于纳 入 检验 范 围的 压力 管 道 ， 必 须进 行 宏 观 检查 和壁 厚测 定 ， 其 它检 验 方 法 应 按 照失 效 形 式 确 定是否采用 。本次停机检测时各检测方法有效性见 表 4 。 表 4中 1为高度有效 ， 2为中高度有效 ， 3为中 度有效 ， x为低度有效或无效 。对于高风险的设备 ， 应采用 中高度有效及以上级别 的检验方法 ； 对 于中 风险和中高风险的设备 ， 应采用中度有效及以上级 别 的检 验方 法 ； 对 于低 风 险 的设 备 ， 可 以采用低 度有 效 及 以上级 别 的检验 方法 。 表 4停机检测方 法检 验有效性 5 3 检测中扩检情况 检 测 实 施过 程 中如 果发 现 异 常 情况 ， 如发 现 裂 纹缺陷、 减薄腐蚀严重等 ， 应就近扩大抽查范围并增 加 检测 比例 ， 以查清 缺 陷的分 布 和性质 。 6 结 语 R B I 风险评估技术是一种系统、 完整 的设备检 验及 管理 方法 。通 过 对 S AN 装置 5 4 7条 压力 管 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 4 石油化工设备 2 0 1 5年第 4 4卷 道的 R B I 风险评估 ， 以及对压力管道腐蚀状况、 潜 在损伤 模式 、 风 险分 布 等 的 系统 、 准 确识 别 ， 建 立 了 S AN装 置压力 管道 R B I 数据 库 。本 次 的 R B I 风 险 分析结 果及 检验 策略制 定也 可对后 续 的全 面检 验提 供重要 指 导和可 靠依 据 ， 对 S AN 装 置 的科 学维 护 、 经济检修及完整性管理都具有重要意义 。 参考文献 ： 1 GB T 2 6 6 1 0 1- 2 0 1 1 ， 承压设备系统基 于风 险的检验 E 2 3 4 L s 6 7 实施导则 第 1 部分 ： 基本要求和实施程序 S ( GB T 2 6 6 1 0 1 2 01 1 ， Gu i d e l i n e f o r I mp l e me n t a t i o n of Ri s k - ba s e d I ns p e c t i on of Pr e s s ur e Equ i pme nt Sy s t e m Pa r t 1： Ba s i c Re qu i r e me n t s a nd I mpl e me n t a t i o n P r o c e d u r e S ) 赵 国相 ， 田利 ， 郭妍琼 ， 等 基 于风 险的检验技术在 含硫 天然气处理装置中的应用 J 石油化工 设备 ， 2 O 1 2 ， 4 1 ( 4)： 7 8 8 o ( ZHAO Guo xi a ng， TI AN Li ，GUO Ya n - q i on g， e t a 1 Ri s k Ba s e d I n s pe c t i o n Ap pl i c a t i o n of Na t u r a l Ga s Pr o c e s s i n g E q u i p me n t J P e t r o c h e mi c a l E q u i p me n t ， 20 12， 41( 4)： 78 8 0) 陈学东 ， 杨铁成 ， 艾志斌 ， 等 基 于风险 的检 测 ( R B I ) 在 实践 中若 干问题讨 论 J 压力 容器 ， 2 0 0 5 ， 2 2 ( 7 ) ： 3 6 44 ( CHEN Xu e do ng，YANG Ti e c he n g，AI Zhi b i n，e t a 1 P r a c t i c e o f R B I a b o u t I t s S e v e r a l Qu e s t i o n s J P r e s s u r e Ve s s e l Te c h n o l o g y， 2 0 0 5， 2 2 ( 7 )： 3 6 4 4 ) 陈庆娟 ， 王三 明 R B I 技术在我 国企业 的应用研究 与改 进思考 J 中 国安 全生 产科 学技术 ， 2 0 1 2 ， 8 ( 6 ) ： 1 9 1 1 96 ( CHEN Qi n g j u a n， W ANG S a n mi n g Re s e a r c h a n d I mpr o ve me n t on t he Ap pl i c a t i o n o f RBI Tec hn ol og y i n C h i n e s e E n t e r p r i s e J J o u r n a l o f S a f e t y S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y， 2 0 1 2， 8 ( 6 ) ：1 9 1 - 1 9 6 ) 陈学东 ， 王冰 基于风险 的检测 ( R B I ) 在中 国石 化企业 的实践及 若干 问题 讨论 J 压力 容 器 ， 2 0 0 4 ， 2 1 ( 8 ) ： 39 45 ( CH EN Xue do ng，W ANG Bi ngPr a c t i c e of RBI i n Chi ne s e Pe t r oc he mc a l Ent e r pr i s e a n d Di s c us s i on a b ou t I t s S e v e r a l Q u e s t i o n s J P r e s s u r e Ve s s e l Te c h n o l o g Y， 2 00 4， 21( 8 )： 3 9 45 ) 贾 国栋 ， 王辉 我 国石化成套装置 的回顾 与展望 J 中 国特 种设备安全 ， 2 0 1 3 ， 3 0 ( 9 ) ： 3 - 6 ( J I A Gu o d o n g， W ANG Hu i Re v i e w a n d Pr o s p e c t o f RBI Te c hn ol og y i n Pe t r oc h e mi c a l W h ol e Se t s of Equ i p me n t i n C h i n a J C h i n a S p e c i a l E q u i p me n t S a f e t y ， 2 O1 3， 3 0( 9 )： 3 - 6 ) 俞树荣 ， 马萌 ， 郭 晓璐 海 洋平 台立 管基于 风险 的检验 技术模 型及其 应 用 J 石油 化工 设 备 ， 2 0 1 3 ， 4 2 ( 5 ) ： 7 2 7 6 ( YU S h u r o n g ， M A M e n g， GUO Xi a o l u Ri s k b a s e d I n s pe c t i o n Te c hno l ogy Mod e l f or M a r i ne Ri s e r a nd Ap p l i c a t i o n L J P e t r o c h e mi c a l E q u i p me n t ， 2 0 1 3 ， 4 2 ( 5)： 7 2 7 6 ) 8 章湘武 ， 梁 国华 风险检验技术 ( R B I ) 在茂 名石化 的应 用 J 中外能源 ， 2 0 1 0 ， 1 5 ( 6 ) ： 8 8 9 1 ( ZHANG Xi a ng wu，LI ANG Gu o h ua Th e Ap pl i c a t i o n o f R B I i n S I NO P E C Ma o mi n g C o mp a n y J S i n o g l o b a l E n e r g y， 2 0 1 0， 1 5 ( 6 ) ： 8 8 9 1 ) 9 陆秀群 ， 陈炜 ， 乔光谱 ， 等 R B I 技术在 国内的发展状况 及在石化 装置 中的应 用E J 化 工机 械 ， 2 0 1 4 ， 4 1 ( 2 ) ： 1 5 1 7 ( LU Xi u q u n， CHEN We i ， QI AO Gu a n g p u， e t a 1 RBI De v e l op me nt a n d Ap pl i c a t i o n i n Home Re f i ne r y Pl a nt s J C h e mi c a l E n g i n e e r i n g 8 L Ma c h i n e r y ， 2 0 1 4 ， 4 1 ( 2 ) ： 15 1 7 ) 1 O 王志成 ， 任名晨 ， 王郁林 ， 等 风 险评估方法在 加氢精制 装置 中的应用 J 石油 化 工设 备 ， 2 0 1 4 ， 4 3 ( s 1 ) ： 5 3 56 ( W ANG Zhi c h e ng， REN M i ng c he n，W ANG Yu l i n， e t a 1 App l i c a t i o n of Ri s k As s e s s me nt i n H y dr ot r e a t i ng P l a n t E J P e t r o c h e mi c a l E q u i p me n t ， 2 0 1 4 ， 4 3 ( s 1 ) ： 5 3 56 ) 1 1 林筱华 R B I 技 术在石 化企 业 中的应用 J 中国特 种 设 备安 全， 2 0 0 9 ， 2 6 ( 6 ) ： 4 1 4 5 ( LI N Xi a o hua Appl i c a t i on of RBI i n Pe t r oc h e mi c a l P l a n t J C h i n a S p e c i