用作业条件危险评价法识别乙烯联合装置腐蚀泄漏风险

孔朝辉，康强利，李 明

(中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司，新疆 独山子 833600)

用作业条件危险评价法识别乙烯联合装置腐蚀泄漏风险

孔朝辉，康强利，李 明

(中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司，新疆 独山子 833600)

乙烯联合装置生产工艺复杂、工况苛刻，生产介质易燃易爆、有毒有害，一旦发生泄漏造成设备损失的同时，也会对作业人员造成严重的安全风险。从腐蚀介质和腐蚀机理等方面入手，对1 Mt/a乙烯联合装置的裂解和急冷等各工段可能发生腐蚀泄漏的系统进行排查，通过全面分析识别，评价确定高温炉管、进料预热等9个系统为乙烯联合装置的易腐蚀系统。运用作业条件危险评价法对乙烯联合装置易腐蚀系统进一步开展安全风险评价，客观评定发生腐蚀泄漏事故后的伤亡风险程度，并提出了防护措施。

作业危险分析 乙烯联合装置 腐蚀泄漏 识别评价

石化生产工艺复杂、规模庞大，生产介质易燃易爆、有毒有害，这些特点决定了石化生产行业的高危险性，一旦发生生产事故，在给生产设备造成破坏损失的同时，往往也会造成作业人员的伤亡。在影响石化装置安全运行的各种因素中，因设备腐蚀泄漏导致生产事故的达40%以上，与其他影响装置安全生产因素相比，这类事故具有隐蔽性和突发性的特点，事前往往没有征兆，一旦发生，瞬间就会发展成一场灾难，后果往往更严重，因此，防范腐蚀事故是石化装置安全生产的关键之一。乙烯联合生产装置作为乙烯厂的龙头装置，物料种类多，装置内物料的温度、压力变化幅度很大，工艺十分复杂，腐蚀介质、腐蚀环境及腐蚀影响因素很多。针对1 Mt/a乙烯联合生产装置各系统的工艺生产特点，开展腐蚀泄漏危险源识别、安全分析和风险评价，掌握各系统风险程度，按风险等级采取相应的防范措施，对防范或减少腐蚀泄漏事故发生，减轻作业人员伤亡和财产损失，保障装置长周期安全平稳运行具有重要的意义。

1 作业条件危险评价法(LEC法)

LEC是一种简便易行的衡量人们在某种具有潜在危险的环境中作业的危险性的半定量评价方法。该方法以与系统风险率有关的三种因素指标值之积来评价系统人员伤亡风险的大小。某一作业的危险性可用下式表示：

D=L·E·C

式中： D——危险源带来的风险值；

L——发生事故或危险事件的可能性；

E——人出现在危险环境下的时间；

C——发生事故后可能产生的结果。

1.1 发生危险情况的可能性(L)

发生危险事故的可能性可用发生事故的概率来表示。表1为发生危险情况可能性(L)的分数值。

表1 发生危险可能性的分数值

发生危险可能性(L)分数值完全被预料10相当可能6可能3很少可能1极少可能0．5极不可能0．2不可能0．1

1.2 人出现在危险环境中的时间(E)

人员出现在危险环境中的时间越多，则危险性越大。表2列出了暴露在危险环境的时间分数值。

表2 暴露在危险环境中的分数值

1.3 事故后出现的危险程度(C)

事故造成的人身伤害的变化范围很大，对伤亡事故来说，可以是极小的轻伤直到很多人死亡的结果。表3列出了事故后可能结果的分数值。

表3 事故后可能结果的分数值

1.4 危险性等级

根据公式，危险性D=L·E·C就可以计算出作业的危险程度，危险分级见表4。

表4 危险分数(D)值分级

需要注意的是，风险级别的界定值并不是长期固定不变的，在不同时期、不同的条件下，发生危险的可能性、人员暴露在危险环境中的时间、发生事故的伤亡程度会发生变化，因此应根据具体情况来确定危险性等级的界定值，保持评价结果实时有效。

2 乙烯联合生产装置概况

2.1 乙烯装置工艺简介

乙烯装置主要由裂解、原料预热、急冷、压缩、冷分离、制冷、热分离、汽油加氢和公用工程等工段组成。在裂解部分，原料经预热后进裂解炉对流段加热，与稀释蒸汽汇合后进裂解炉辐射炉管发生裂解反应，反应流出物经废热锅炉和急冷器冷却到250 ℃以下；急冷部分把裂解炉流出物中的重组分分出；压缩部分对裂解气加压，并脱除裂解气中的酸性气；冷分馏部分对裂解气进行深冷，分离出甲烷、氢和乙烷；热分馏部分分馏出丙烯和丁烯；制冷部分包括乙烯制冷系统、丙烯制冷系统、甲烷制冷系统，提供裂解气深冷所需冷量。

2.2 主要腐蚀介质失效机理

从装置加工物料的组分来看，石脑油原料含有酸、硫直接腐蚀成分，氢化尾油A及氢化尾油B物料中含有硫，液化石油气(LPG)物料组分中含有硫，这些物质随物料进入装置必定会给装置带来明显的腐蚀隐患；另外，由于乙烯装置的生产过程有高温、裂化和加氢等工艺过程，原料中的有机物与其它介质组合能形成CO2、有机酸等腐蚀性介质，这些腐蚀性介质会对乙烯相应生产工段的系统产生腐蚀。

乙烯装置主要腐蚀介质是氢、硫化氢、二氧化碳、有机酸和氢氧化钠等。主要腐蚀机理包括高温氢引起的损伤、高温H2/H2S腐蚀、湿硫化氢环境的腐蚀、碳酸和有机酸腐蚀、冲蚀，以及蠕变损伤和开裂、高温组织劣化，还有碱环境的应力腐蚀开裂、碳酸盐开裂、高温H2/H2S腐蚀等[1]。

3 评价准备

大量的统计数据表明，生产装置的设备腐蚀问题并不是平均分配的，其中约10%～20%的设备承担了大约80%～90%的腐蚀失效风险，用LEC法分析腐蚀问题危险性等级的基础是识别腐蚀介质、分析判断腐蚀程度，确定生产装置的易腐蚀系统，从而能够客观准确评价系统的危险性等级。

(1)对照1 Mt/a乙烯联合装置工艺物料、工艺流程、控制参数等，查找腐蚀介质、腐蚀部位，按工艺流程，将生产系统中，主要的腐蚀机理、腐蚀介质相同或相似的腐蚀部位划在一起，形成腐蚀回路，这样一个生产系统可能存在几个腐蚀回路。

(2)参考专家腐蚀速率数据库以及API581推荐的数据，评定出每个回路的腐蚀程度，并用各系统中腐蚀程度最大的腐蚀回路来表征系统的腐蚀程度，列出腐蚀程度在中等以上的系统，初步确定为易腐蚀系统。

(3)收集国内外乙烯联合装置生产系统的腐蚀事故案例，分析研究设备腐蚀失效产生事故的原因，结合装置生产实际情况查找腐蚀重点部位，确定易腐蚀系统。

(4)对照排查各系统的设备管线材质是否满足其承担的工艺介质、温度、压力的安全运行要求，排查出不适应或存在隐患的生产系统。

通过对收集到的乙烯装置工艺设备、相关腐蚀数据、腐蚀案例资料的分析研究，结合现场调查情况，认为乙烯装置运行中的腐蚀问题主要存在于裂解、急冷、压缩和汽油加氢4个工段，控制好这4个工段的腐蚀问题，可有效保障装置的安全运行，因此,重点对以上4个工段进行了分析和评价。为保证评出的易腐蚀系统准确可靠，补充完善易腐蚀系统表，确保易腐蚀系统的划分评价准确，无遗漏和扩大倾向。

4 腐蚀风险识别评价

4.1 裂解工段

来自罐区的轻烃、石脑油和加氢尾油等原料进入裂解工段加工，原料中含有酸、硫等腐蚀性介质，原料预热到80 ℃左右进入系统，其中的腐蚀性元素或成分会对系统中的设备、管线产生一定的腐蚀。此外，由于原料在裂解炉中发生极其复杂的高温热裂解反应，反应温度达820～845 ℃，在生成乙烯和丙烯等希望的反应物的同时，也会生成多种副产物，甚至发生最后结焦或生碳的反应，对炉管产生高温腐蚀和渗碳等损伤[2]，裂解工段各系统化学腐蚀状况分析见表5。

大部分国家和地区的教师开展教学活动时，比较依赖教材的探究活动。这就对教材中探究活动的实用性提出了较高要求。情境的创设是十分重要的，建议多创设学生感兴趣的真实情境，甚至有关地理原理和过程的学习也可以结合真实情境展示。

表5 裂解工段各系统腐蚀状况分析

由表5可知，裂解工段4个主要腐蚀回路里，以高温炉管系统中的炉管高温状态下渗碳腐蚀最为严重，腐蚀程度中等，为易腐蚀系统。

4.2 急冷工段

来自裂解工段的裂解气进入油洗塔和急冷油逆流冷却至130 ℃左右，进入水洗塔，在水洗塔中通过大量的循环急冷水，进一步将裂解气冷却至环境温度，塔顶抽出的裂解气送往压缩工段；水洗塔底采出的循环急冷水，用泵送往多个低温热量回收用户；从水洗塔下部抽出的水和汽油经油水分离后，分离出的工艺水送往稀释蒸汽系统去发汽。急冷工段工艺介质主要涉及急冷水、急冷油、裂解气，以及由工艺水生成的稀释蒸汽等，工艺介质中分别含有硫化氢、二氧化碳、有机酸、氢氧化钠等腐蚀介质，会对系统造成不同程度的腐蚀，急冷工段各系统腐蚀状况分析见表6。

表6 急冷工段各系统腐蚀状况分析

从表6可看出，急冷工段8个主要腐蚀回路里，腐蚀程度在中等以上的有5个，分别是进料预热系统、急冷水塔系统、工艺水汽提塔系统、稀释蒸汽系统、注碱系统，此5个系统为易腐蚀系统。其中以工艺水汽提塔系统、稀释蒸汽系统的腐蚀程度最为严重。

4.3 压缩工段

由水洗塔顶而来的裂解气，进入压缩工段进行压缩和分离，由于经过油洗、水洗后的裂解气中依然含有腐蚀性介质、水，加上系统中有碱洗工艺，所以必然会在压缩工段中相关系统中造成腐蚀，压缩工段各系统腐蚀状况分析见表7。

表7 压缩工段各系统腐蚀状况分析

从表7中看出，压缩工段6个主要腐蚀回路里，腐蚀程度在中等以上的有5个，分别在压缩系统、碱洗系统、废碱氧化系统，为易腐蚀系统。

来自水洗和压缩工段的裂解汽油混合后进入汽油稳定塔分馏，其中塔底的碳五及重组分(C5～C9)送至汽油加氢工段，在一段加氢反应器内进行全组分加氢，将含氧、氮、硫和氯的化合物转变为水分、氨、硫化氢和氯化氢等，加氢汽油产品送入脱辛烷塔,塔底分离出碳九及重组分,塔顶物料送往二段加氢反应器，单烯烃在反应中被完全加氢为饱和烃，硫化物转化为硫化氢。通过对加氢工段工艺过程、工艺介质的分析研究，加氢工段各系统中分别存在着氢、氨、硫化氢和氯化氢等腐蚀性介质，必然会对相关系统产生不同程度的腐蚀。加氢工段各系统腐蚀状况分析见表8。

表8 加氢工段各系统腐蚀状况分析

从表8可看出，加氢工段5个主要腐蚀回路里，脱戊烷塔系统的腐蚀程度在中等以上，为易腐蚀系统。

4.5 乙烯装置易腐蚀系统LEC风险评价

对上述识别出的易腐蚀系统，采用 LEC方法对潜在的发生腐蚀泄漏事故的可能性以及事故后果的严重程度进行打分评价，通过计算评估安全风险程度。对于LEC值的选取，主要参考历年来的行业腐蚀失效经验数据，并结合装置系统的实际情况，客观评价事故发生的可能性以及发生后可能的后果严重程度，在后果方面主要考虑设备、管道中的介质的特性以及泄放量和泄放速率等参数，以设备、管道失效破坏造成的伤亡面积和毒性介质泄漏造成的致死面积为衡量指标来确定后果，力求评价打分科学严谨，符合实际情况。评价结果见表9。

表9 乙烯装置易腐蚀系统LEC风险评价

4.6 乙烯装置易腐蚀系统识别评价汇总

从上述评价结果来看，乙烯装置存在的23个主要腐蚀回路中，腐蚀程度评价在中等以上的为9个，对此9个易腐蚀系统进行了LEC评价，其中高温炉管系统风险等级最高，为高度风险，风险等级在较大水平上的系统有5个，风险等级在一般水平上的系统有3个。

5 建 议

根据乙烯装置腐蚀风险识别评价情况，制定科学的腐蚀监测方案，采取合适的腐蚀监测方法，及时准确掌握生产系统的腐蚀状况，实施针对性的防护措施来控制好易腐蚀系统的腐蚀，可以有效地降低和减少乙烯装置突发性的腐蚀泄漏事故。基于此，对于风险较大的易腐蚀系统提出以下风险控制建议，以控制和降低乙烯装置的风险水平。

(1)加强对风险较高的易腐蚀系统的日常巡查和检验检测，及时发现腐蚀泄漏隐患。

(2)制定科学合理腐蚀监测方案对易腐蚀系统开展长中短期、在线、离线相结合的腐蚀监测方法，及时准确掌握系统腐蚀状况和发展趋势。

(3)加强对乙烯装置加工的原料组成的分析监测，严格控制腐蚀介质含量。

(4)制定科学合理的完善工艺操作规程，加强工艺操作纪律管理，保持工艺参数和操作平稳，避免生产负荷大范围波动。

(5)加强工艺防腐蚀注剂的管理，认真开展工艺防腐蚀工作，确保工艺防腐蚀措施连续有效投用。

(6)严格控制裂解炉温度，尽量避免操作温度的骤然升降和超温运行。

(7)裂解炉检修期间，加强对炉管检验监测工作，发现可能导致失效破坏的损伤隐患，应及时更换。

6 结束语

从作业条件危险性评价法(LEC)对乙烯联合生产装置的识别评价情况来看，评价结果直观醒目，重点突出，与装置实际情况基本吻合。从识别评价过程来看，对石化生产装置发生腐蚀泄漏事故风险评价的关键在于易腐蚀系统的识别，需要石化防腐蚀工作者的不断研究、应用，探索、建立LEC对石化生产装置动态安全评价方法，开展安全评价技术、评价指标的定量化处理方法的研究探讨，充实丰富评价依据，从而客观准确地评价石化生产装置的安全风险，科学指导装置有效地开展腐蚀监控工作，提高石化生产装置的安全稳定运行的可靠性。

[1] 孙家孔，赵仲慧，赵凌云，等.石油化工生产装置腐蚀与防护手册[M].中国石化出版社，北京：2001:286-298.

[2] 张亚丁，肖世猛，郑卫京，等.腐蚀与防护手册 [M].北京：化学工业出版社，2008：423-444.

(编辑 寇岱清)

Application of LEC Assessment Method in Identifying Corrosion and Leakage of Integrated Ethylene Plant

KongZhaohui,KangQiangli,LiMing

(DushanziPetrochemicalCompanyofCNPC,Karamay,Xinjiang833600,China)

Integrated ethylene plant is characterized by complex process and harsh conditions, as well as inflammable, explosive, poisonous and harmful production medium. Leakage accident, if happen, will cause equipment damage and serious security risks to the operational staff. The cracking, quench and other sections of 1 Mt/a integrated ethylene plant that may suffer from corrosion leakage were investigated from the aspects of corrosive medium and mechanism. Through a comprehensive analysis and recognition, 9 systems of the plant, including high temperature furnace tubes, feed preheating system, etc., were accessed and confirmed to be easily corroded. Based on the above results, the corrosion of integrated ethylene plant was further evaluated by LEC assessment method and the degree of casualty risk after corrosion leakage accident was assessed objectively, nevertheless, corresponding prevention and control measures were put forward accordingly.

task hazard analysis, integrated ethylene plant, corrosion leakage, recognition assessment

2016-07-15；修改稿收到日期：2016-11-27。

孔朝辉(1968-)，高级工程师，1990年毕业于西安交通大学化工系化工设备与机械专业，现在该公司研究院防腐研究中心从事石化设备腐蚀研究与防护工作。E-mail：yjy_kzh@petrochina.com.cn