煉廠裝置腐蝕原因分析及防范措施,徹底告別“腐蝕風(fēng)險(xiǎn)”!
導(dǎo) 讀
近年來,原油劣質(zhì)化程度不斷加劇,煉廠煉制高硫高酸原油的比例大幅提高,很多煉廠原料供應(yīng)不穩(wěn)定,頻繁混煉或者改煉油種。目前,國(guó)內(nèi)很多煉廠裝置都是早期設(shè)計(jì)建成投產(chǎn)的,設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間服役、老齡化也加劇了裝置腐蝕敏感性。再加之經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)放緩,石化市場(chǎng)的不景氣,導(dǎo)致了工藝調(diào)整的頻繁化。這些因素對(duì)裝置設(shè)備造成了極大的沖擊,而設(shè)備的腐蝕問題更是首當(dāng)其沖。
世界范圍內(nèi),貫穿整個(gè)石油化工行業(yè)發(fā)展的歷史,由于腐蝕所造成的事故不斷,很多甚至造成極為嚴(yán)重的后果,人員傷亡慘重,財(cái)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失巨大。腐蝕問題依然是煉油企業(yè)面臨的一個(gè)大問題。
技術(shù)方面原因
01 腐蝕介質(zhì)的存在
造成設(shè)備腐蝕的介質(zhì)可能是原料中本身就有的,也可能是反應(yīng)過程中產(chǎn)生的,一些特定溫度、壓力條件促進(jìn)了原料中某些組分的分解或者組分之間的相互反應(yīng),從而導(dǎo)致某些腐蝕性介質(zhì)的生成。腐蝕介質(zhì)的存在是腐蝕事故發(fā)生的最本質(zhì)原因。這些原料或者反應(yīng)中間產(chǎn)物、反應(yīng)生成物中的腐蝕介質(zhì)都是一些氧化性物種,可以與金屬發(fā)生作用,造成腐蝕。這些腐蝕性介質(zhì)種類繁多,在煉廠各個(gè)主要煉油工藝過程中都有其特定的腐蝕介質(zhì)環(huán)境。
02 工藝條件的影響
影響腐蝕的相關(guān)工藝條件主要有溫度、壓力、pH、流速及流態(tài)等,這些條件直接影響著腐蝕介質(zhì)的形成、轉(zhuǎn)變、傳遞以及其與鋼材的接觸、反應(yīng)。有的工藝條件可以導(dǎo)致緩蝕劑性能下降或分解,從而加速腐蝕。在腐蝕介質(zhì)的基礎(chǔ)上,以及相關(guān)工藝條件的影響下導(dǎo)致特定失效模式的形成,同時(shí)也讓裝置設(shè)備出現(xiàn)了某些特定的腐蝕敏感區(qū)域或部位。API571中給出了煉廠裝置設(shè)備各種失效模式與相關(guān)介質(zhì)和工藝條件影響之間的關(guān)系。
03 設(shè)備相關(guān)原因
大多數(shù)設(shè)備腐蝕失效事故發(fā)生在管道、冷換設(shè)備、某些反應(yīng)器以及存儲(chǔ)設(shè)備中,其他一些設(shè)備的事故概率相對(duì)較低。除了工藝條件的影響,設(shè)備本身的一些狀況、條件等相關(guān)因素也是事故發(fā)生的原因。
a) 材料組成:材質(zhì)等級(jí)偏低往往易導(dǎo)致腐蝕事故發(fā)生,在設(shè)計(jì)或者維修更換的過程中,對(duì)材料的選擇非常重要,尤其還要注意選材時(shí)不同材質(zhì)鋼材連接時(shí)的電偶腐蝕問題。
b) 制造:制造缺陷往往成為腐蝕事故隱患。
c) 結(jié)構(gòu):設(shè)計(jì)時(shí)采用的一些結(jié)構(gòu)對(duì)腐蝕具有一定的敏感性,屬于一些結(jié)構(gòu)弱點(diǎn),如彎頭連接、閥門、變徑結(jié)構(gòu)以及分支管路等。由于彎頭連接處失效而造成的腐蝕事故數(shù)不勝數(shù),由于應(yīng)力、壓力、流速及流態(tài)的影響,彎頭連接處通常是腐蝕孕育發(fā)展的部位。閥門、變徑結(jié)構(gòu)及分支管路也是因?yàn)閼?yīng)力、壓力和流體流速、流態(tài)的影響而具有腐蝕敏感性。
d) 腐蝕防護(hù)層的失效:防腐層的完整性對(duì)一些腐蝕敏感材料起了重要的保護(hù)作用,在很多腐蝕事故調(diào)查結(jié)果中,防腐涂層、陰極保護(hù)、緩釋劑等腐蝕防護(hù)層的失效,導(dǎo)致了基體的快速腐蝕,最終釀成事故。
e) 位置:例如管線架設(shè)是否合理,是否方便檢測(cè)檢驗(yàn)和維修,這些有可能成為腐蝕事故發(fā)生的間接原因。
f) 焊接:焊接質(zhì)量問題或者焊接缺陷是很多腐蝕事故發(fā)生的原因,尤其是在受材料組成和微觀結(jié)構(gòu)影響較大的腐蝕機(jī)制中,焊接問題表現(xiàn)得更為明顯。無論是新建還是檢維修都會(huì)涉及到設(shè)備焊接過程,焊接改變了材質(zhì)結(jié)構(gòu)和表面組織,而且焊接程序本身也容易留下隱患,這些都提高了腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。
g) 老化:經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間服役的設(shè)備,難免會(huì)存在一些缺陷,發(fā)現(xiàn)不及時(shí)或處置不到位,就會(huì)成為事故隱患。
h) 保溫層腐蝕:由于保溫層安裝質(zhì)量的問題,保溫層的局部損壞,或者保溫層本身含有腐蝕性介質(zhì)(如含氯化合物)等,一旦有水侵入就容易造成保溫層下腐蝕,且一般難以發(fā)現(xiàn)。
04 設(shè)計(jì)缺陷
設(shè)備的設(shè)計(jì)建造對(duì)于其腐蝕防護(hù)至關(guān)重要,它決定了設(shè)備的本質(zhì)安全性。盡管在目前的設(shè)計(jì)建造過程中有一系列的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以參考,但是早期的一些設(shè)備裝置在設(shè)計(jì)建造時(shí)可能還沒有這些標(biāo)準(zhǔn),因而在對(duì)如應(yīng)力、選材等問題的處理上可能有欠缺。有些工藝和裝置設(shè)備剛建成投產(chǎn),尤其是一個(gè)新工藝首次工業(yè)化,設(shè)計(jì)的缺陷可能會(huì)存在,這些缺陷可能提高裝置設(shè)備的腐蝕敏感性。
風(fēng)險(xiǎn)管理方面
01 對(duì)腐蝕危害的認(rèn)識(shí)不足
大部分事故調(diào)查都集中在技術(shù)層面上,管理上的原因往往容易忽視。在所研究的很多事故中,實(shí)際上有一部分是由于對(duì)腐蝕危害認(rèn)識(shí)不足而造成的。對(duì)腐蝕管控的整體認(rèn)識(shí)不足,對(duì)非正常工藝狀況及潛在事故隱患的認(rèn)識(shí)不足,對(duì)已知高腐蝕風(fēng)險(xiǎn)部位監(jiān)檢測(cè)不到位和反饋機(jī)制的不足,以及保護(hù)層的不足等都可能與事故發(fā)生相關(guān)聯(lián)。一部分企業(yè)在設(shè)備泄漏的管理上存在不足,盡管泄漏頻繁發(fā)生,但所采取的行動(dòng)僅限于堵漏,沒有充分意識(shí)到潛在的風(fēng)險(xiǎn),所以也沒有系統(tǒng)地去分析泄漏的根本原因并采取根本性的措施,留下了事故隱患。
02 未做好充分的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)估
在設(shè)計(jì)、日常運(yùn)行維護(hù)及檢維修等階段,若缺乏充分的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)估,會(huì)影響監(jiān)檢測(cè)與應(yīng)急響應(yīng)的針對(duì)性和有效性,從而難以給這些階段采取相應(yīng)防范措施提供決策依據(jù)。關(guān)鍵工藝過程內(nèi)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不充分是一部分事故發(fā)生的原因,這種不充分表現(xiàn)在某些關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)信息未被識(shí)別出,某些關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)信息已被識(shí)別但卻被忽視了,或者某些關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)就從未做過識(shí)別和評(píng)估。其中設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估顯得非常重要,很多事故的發(fā)生其實(shí)都可以追溯到設(shè)計(jì)階段,一些設(shè)計(jì)的缺陷釀成事故同時(shí)也帶來了裝置建成投產(chǎn)后的運(yùn)維負(fù)擔(dān)。
另外,變更管理是過程安全管理的關(guān)鍵要素之一。變更所帶來的風(fēng)險(xiǎn)也是非常重要卻往往是被忽視的一方面,這些變更可能是原料變化、裝置改造、工藝調(diào)整、產(chǎn)能負(fù)荷調(diào)整,也可能是局部臨時(shí)性的變更等,這些過程往往會(huì)帶來工藝條件和設(shè)備的變化,如果沒有做好充分的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)估并制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施,也容易導(dǎo)致事故發(fā)生。對(duì)于煉油裝置腐蝕事故相關(guān)的一些變更的風(fēng)險(xiǎn)分析不足主要表現(xiàn)在原油頻繁變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)分析不足,裝置工藝條件變化對(duì)設(shè)備的影響風(fēng)險(xiǎn)分析不足,以及上游裝置工藝設(shè)備變更給下游裝置帶來的風(fēng)險(xiǎn)分析不足等。過程變更普遍存在的問題在于缺乏變更管理的程序,或者對(duì)變更所帶來的風(fēng)險(xiǎn)沒有進(jìn)行有效充分的分析;再者,還可能存在變更程序雖然有卻執(zhí)行不到位,甚至不執(zhí)行的問題。
03 監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)、檢維修與質(zhì)量管理不善
很多事故都是發(fā)生在檢維修期間,這里也包括開停工階段的管理,如程序執(zhí)行不當(dāng),相應(yīng)處置不到位等,例如這期間最典型的問題就是連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂。另外,有一些問題隱藏在了日常的維護(hù)工作中,比如泄漏的綜合分析與管理,有些企業(yè)可能存在相對(duì)較為頻繁的泄漏現(xiàn)象,如果僅限于堵漏,這是不夠的,應(yīng)當(dāng)對(duì)泄漏點(diǎn)、泄漏狀況進(jìn)行系統(tǒng)性地統(tǒng)計(jì)分析,并梳理分析找出泄漏現(xiàn)象發(fā)生的根本原因,從而采取相應(yīng)整改措施防止泄漏再次發(fā)生。再者,監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)工作不到位也是另一重要原因。很多情況下,檢測(cè)工作確實(shí)做了,但卻沒有嚴(yán)格按照規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行,評(píng)估分析結(jié)果存在誤差,或者說很多檢驗(yàn)工作不充分不徹底,監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果也反應(yīng)不出真實(shí)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)和趨勢(shì)。對(duì)保養(yǎng)維修不僅起不到參考作用,反而起了誤導(dǎo)作用,成為事故間接原因。
此外,對(duì)于檢維修工作,還存在質(zhì)量管理的問題,例如焊接質(zhì)量的問題,是否嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行作業(yè),焊接質(zhì)量、殘余應(yīng)力等是否符合要求,以及后續(xù)的驗(yàn)收問題等。在所研究的事故中,由于檢維修、建造等的質(zhì)量管理問題而引發(fā)的事故不在少數(shù),尤其是焊接方面的問題。
事故啟示及防范措施
腐蝕問題的根源在于腐蝕介質(zhì),而工藝條件的影響和設(shè)備本身的一些因素促成或者加速了腐蝕的進(jìn)程,當(dāng)認(rèn)識(shí)到這些的時(shí)候,如果風(fēng)險(xiǎn)管理工作還不到位的話,腐蝕引發(fā)的問題就不可避免了。
對(duì)于腐蝕問題的防范,第一個(gè)保護(hù)層就是減少或者消除腐蝕介質(zhì),加強(qiáng)對(duì)原油中有害雜質(zhì)成分的分析化驗(yàn)工作,做好原料管理,對(duì)有害雜質(zhì)做到最大程度的脫除,另外就是優(yōu)化工藝操作;第二個(gè)保護(hù)層就是減少不利工藝條件的影響,盡量減少設(shè)備本身的先天性缺陷,這方面還是要依賴于工藝條件的優(yōu)化和把控,對(duì)于設(shè)備的制造采購(gòu)及檢維修一定要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān);第三個(gè)保護(hù)層就是風(fēng)險(xiǎn)管理,這一保護(hù)層其實(shí)就是系統(tǒng)性地對(duì)前兩個(gè)保護(hù)層進(jìn)行強(qiáng)化,杜絕麻痹思想,提高對(duì)于腐蝕問題的認(rèn)知,采用更先進(jìn)、更系統(tǒng)性的風(fēng)險(xiǎn)管理工具,做好充分的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,以便采取相應(yīng)有效的防護(hù)措施?;诖?,可以考慮從以下幾方面去應(yīng)對(duì)問題。
a)做好基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì),提升本質(zhì)安全化水平。在裝置更新改造及新建裝置時(shí),應(yīng)要求設(shè)計(jì)單位切實(shí)做好本質(zhì)化安全設(shè)計(jì),裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分研判可能存在的腐蝕問題,并在選材上及工藝設(shè)計(jì)上制定相應(yīng)細(xì)致的減緩或防范措施。
b)進(jìn)一步提升對(duì)原料的管理,改煉摻煉油種時(shí),充分分析認(rèn)識(shí)原料的性質(zhì),特別是要充分預(yù)估并研判其腐蝕性。
c)可以嘗試借助一些手段,比如工藝流程模擬與小型工業(yè)試驗(yàn),來優(yōu)化工藝操作,減緩腐蝕。
d)切實(shí)做好監(jiān)檢測(cè)及化學(xué)分析工作,對(duì)于各裝置易腐蝕部位,加強(qiáng)日常檢測(cè)及各項(xiàng)腐蝕介質(zhì)相關(guān)的化學(xué)分析工作。
e)把變更管理工作切實(shí)落到實(shí)處,建立有效的變更操作程序,謹(jǐn)慎識(shí)別并嚴(yán)防變更過程中存在的風(fēng)險(xiǎn),認(rèn)真分析變更可能帶來的腐蝕隱患,制定有效且可操作的應(yīng)對(duì)措施。變更管理是腐蝕管控中非常重要的一個(gè)方面。
f)梳理設(shè)備信息數(shù)據(jù),特別是硫和酸的分布數(shù)據(jù)、監(jiān)檢測(cè)數(shù)據(jù)等,逐步建立全面的設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫,加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)價(jià)值的挖掘和利用,作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ),便于滿足一些腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具對(duì)數(shù)據(jù)的要求,并確保定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確和完整性。
g)嚴(yán)格做好質(zhì)量管理工作,尤其是在設(shè)備的采購(gòu)驗(yàn)收、裝置建造、檢維修以及日常的維護(hù)上保質(zhì)保量,嚴(yán)格遵照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)抓質(zhì)量驗(yàn)收。
h)加強(qiáng)關(guān)于腐蝕防護(hù)的技術(shù)及管理培訓(xùn),全員參與,充分認(rèn)知。