李志峰，肖 暉，李涌泉，曹懷遠

（1.中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100013；2.河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450016）

低溫甲醇洗系統(tǒng)是煤氣化裝置的后續(xù)工段，它的主要作用是將煤氣化裝置中反應(yīng)生成的合成氣中的H2S、COS、CO2等酸性氣體利用低溫甲醇吸收，得到CO和H2混合凈化合成氣，供下一工段使用。該過程是物理吸收過程，甲醇的使用溫度在-70 ℃～-30 ℃，吸收了雜質(zhì)的富甲醇通過升溫解吸、再生，得到貧甲醇，同時得到H2S 酸性氣體。H2S 在甲醇中溶解度最大，解吸難度較大。一般采用外來熱源加熱富甲醇到沸騰，用精餾的方法使得H2S 徹底解吸出來。加熱介質(zhì)用量越大，甲醇再生越徹底。

某煤化工企業(yè)低溫甲醇洗系統(tǒng)于2013 年11 月投用，運行平穩(wěn)，計劃于2017 年12 月實施首次定期檢驗。此系統(tǒng)工藝流程簡單，損傷機理單一，但若依據(jù)現(xiàn)行檢驗規(guī)則對其中的承壓設(shè)備進行常規(guī)檢驗，因涉及到保冷拆裝、停車時低溫甲醇很難退料、容器開罐可能導(dǎo)致連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂等工藝處理和腐蝕問題，造成檢驗配合難度大、檢驗時間長、檢修費用高等定期檢驗實施難點，可以采用基于風(fēng)險的檢驗（RBI）技術(shù)來解決這些問題。

RBI 技術(shù)整個流程包括評估、制定檢驗策略、實施檢驗、再評估、制定下一個檢修時間點的降風(fēng)險措施，檢驗方式可以采用在線檢驗和停車外部檢驗結(jié)合的方式，對低溫段無損傷機理的設(shè)備可采用抽檢的原則，降低設(shè)備檢驗數(shù)量。RBI 在我國煉油化工裝置已經(jīng)有很多的應(yīng)用案例[1-3]，在煤化工裝置中也有成功的應(yīng)用案例[4-5]。采用此方法可以縮短檢驗時間，降低檢修費用，提高煤化工企業(yè)的市場競爭力。該煤化工企業(yè)低溫甲醇洗系統(tǒng)按照RBI 技術(shù)流程進行了風(fēng)險計算和分析，針對低溫甲醇洗系統(tǒng)運行特點，制定了檢驗策略，并于2017 年7 月系統(tǒng)停機時實施檢驗和再評估，計算了下次計劃停機檢驗時間點設(shè)備的風(fēng)險情況，對保證系統(tǒng)運行具有重要意義。

1 風(fēng)險計算和分析

該系統(tǒng)涉及到風(fēng)險評估范圍的有46 臺壓力容器和308 條工業(yè)管道，其中容器劃分為117 個單元、管道劃分為308 個單元，共425 個單元。

此次評估的主要目的是在2017 年12 月該系統(tǒng)停車時應(yīng)用RBI 檢驗策略[6]對其實施基于風(fēng)險的檢驗。經(jīng)過計算[7]，得到2017 年12 月28 日低溫甲醇洗系統(tǒng)安全風(fēng)險矩陣圖見圖1（失效后果等級從A～E 依次增高；失效可能性等級從1～5 依次增高），系統(tǒng)風(fēng)險分布圖見圖2。

圖1 2017 年12 月28 日低溫甲醇洗系統(tǒng)安全風(fēng)險矩陣圖

圖2 2017 年12 月28 日低溫甲醇洗系統(tǒng)風(fēng)險分布圖

在低溫甲醇洗系統(tǒng)中，洗滌塔、CO2解吸塔、H2S 濃縮塔、熱再生塔、氮氣汽提塔是關(guān)鍵設(shè)備，因此有必要對這些設(shè)備的風(fēng)險水平進行詳細的分析和描述，為給出合理的降風(fēng)險建議提供指導(dǎo)。

對于2017 年12 月28 日的評估時間點，統(tǒng)計得到低溫甲醇洗系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備風(fēng)險情況見表1。

洗滌塔 T1601 上段介質(zhì)為 CO2、H2、H2S、CO 等，失效后果為B，下段主要介質(zhì)為甲醇，失效后果等級較高，為E；因其最高操作溫度為-61.35 ℃，在這種低溫狀態(tài)下，RBI 計算其失效可能性較低，為2；所以上段的風(fēng)險水平為低風(fēng)險，下段的風(fēng)險水平為中高風(fēng)險。CO2解吸塔 T1602、H2S 濃縮塔 T1603 的情況類似于T1601，因為介質(zhì)易燃易爆、有毒有害，失效后果等級較高，因為工作溫度都在0 ℃之下，失效可能性較低，綜合分析，這兩個塔的安全風(fēng)險等級為中風(fēng)險。熱再生塔T1604 根據(jù)結(jié)構(gòu)分為3 個評估單元，塔上段和下段的安全風(fēng)險水平都為中風(fēng)險，中段的安全風(fēng)險水平為中高風(fēng)險；熱再生塔內(nèi)介質(zhì)同樣是易燃易爆的甲醇和有毒有害的酸性氣，所以失效后果等級都很高，為D；熱再生塔內(nèi)介質(zhì)還有H2S 和CO2，塔中部還存在液態(tài)水，在這種酸性環(huán)境中，會發(fā)生鋼材的腐蝕和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂，失效可能性為3，其他部位的失效可能性較低，為2。氮氣汽提塔T1607 的介質(zhì)易燃易爆、有毒有害，失效后果等級較高，為D；但其介質(zhì)中沒有水，所以其失效可能性較低，為2；整體的安全風(fēng)險等級為中風(fēng)險。

表1 低溫甲醇洗系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備風(fēng)險情況統(tǒng)計

其他重要設(shè)備使用溫度都在0 ℃以下，沒有減薄、應(yīng)力腐蝕開裂、外部損傷等損傷機理，失效可能性都比較低。

2 檢驗策略

因低溫甲醇洗系統(tǒng)運行狀況的特殊性（一般大部分容器和管道都處于低溫狀態(tài)），系統(tǒng)內(nèi)低溫設(shè)備幾乎沒有減薄或應(yīng)力腐蝕開裂機理，因此檢驗的重點在甲醇再生階段的設(shè)備和管道。此次檢驗的時機選擇在停車階段，所以選用常規(guī)的檢驗方法，檢驗比例低于常規(guī)定期檢驗比例；如果選擇在線檢驗，則需要考慮電磁超聲、脈沖渦流、聲發(fā)射等在線檢驗方法。

對于有保冷層的容器筒體和接管，如果沒有腐蝕減薄機理，考慮到拆除后再恢復(fù)很難保證保冷效果，可能會產(chǎn)生新的層下低溫露點腐蝕，檢驗時由檢驗人員結(jié)合現(xiàn)場情況確定是否進行壁厚測定和表面探傷。系統(tǒng)內(nèi)部分含H2S 等有害介質(zhì)的設(shè)備，如果在停車過程開人孔檢查，空氣進入后，會與內(nèi)部的H2S、CO2結(jié)合，造成設(shè)備開裂和壁厚減薄，所以對部分內(nèi)部可能存在應(yīng)力腐蝕開裂的設(shè)備采用外部超聲檢測（UT）的方法檢測，例如熱再生塔 T1604、H2S 餾分氨冷器E1613- 管程、H2S餾分換熱器E1614- 管程、甲醇 / 水分離塔再沸器E1615- 管程、甲醇/ 水分離塔進料換熱器E1616-管程等。

在停車階段系統(tǒng)低溫段進行內(nèi)部低溫甲醇循環(huán)，容器和管道的溫度處于0 ℃以下，一般的檢測手段在此情況下無法實施，而在這種工況下，設(shè)備的腐蝕或應(yīng)力腐蝕開裂并沒有相應(yīng)的機理，所以這部分設(shè)備若風(fēng)險在可接受水平線之下的，可以直接延期使用，但最長時限不能超過我國相應(yīng)法規(guī)的規(guī)定。在檢驗策略中，對整個系統(tǒng)42 臺壓力容器和150 條工業(yè)管道進行基于風(fēng)險的檢驗。

3 檢驗結(jié)果和驗證

3.1 容器檢驗結(jié)果

該系統(tǒng)在2017 年7 月提前停機檢驗，停機時保守采用2017 年12 月的RBI 策略對設(shè)備實施基于風(fēng)險的檢驗。

停機檢驗壓力容器42 臺，其中有2 臺設(shè)備在無損檢測過程中發(fā)現(xiàn)裂紋，具體是：（1） 甲醇閃蒸罐T1607- 下段經(jīng)磁粉檢測（MT）發(fā)現(xiàn)，筒體A1 焊縫有一處長8 mm 的表面裂紋；（2） 熱再生塔再沸器E1611-管程經(jīng)MT 檢測，發(fā)現(xiàn)下封頭與筒體連接環(huán)縫B2 北向東30 °有一處長8 mm 的表面裂紋，作打磨消除處理。壁厚測定發(fā)現(xiàn)部分容器的腐蝕速率較快，具體有：（1）熱再生塔T1604-下段，公稱壁厚26 mm，實測最小壁厚24 mm，按使用時間4 a 計算，腐蝕速率為0.5 mm/a；（2）原料氣分離罐V1601- 下段，公稱壁厚60 mm，實測最小壁厚59.3 mm，按使用時間4 a 計算，腐蝕速率為0.175 mm/a；（3）廢水冷卻器 E1620- 管程，公稱壁厚8 mm，實測最小壁厚7.3 mm，按使用時間4 a 計算，腐蝕速率為 0.175 mm/a；（4）氨閃蒸罐 V1902，公稱壁厚22 mm，實測最小壁厚21.4 mm，按使用時間4 a 計算，腐蝕速率為0.15 mm/a。

3.2 管道檢驗結(jié)果

此次停機檢驗工業(yè)管道150 個單元，其中發(fā)現(xiàn)規(guī)格有誤的管道9 條。現(xiàn)場壁厚測定發(fā)現(xiàn)減薄量較大的管道有：（1）排污甲醇管道MD-16091，彎頭和直管段名義壁厚5.6 mm，最小測厚值3.0 mm，測厚點分布區(qū)域顯示此處減薄屬于均勻減薄，各部位的測厚值相差不大；（2）甲醇管道 ME-16085，彎頭名義壁厚 6 mm，最小測厚值5.1 mm，整個彎頭壁厚值均勻。依據(jù)此次測厚值計算出來的腐蝕速率中＞0.15 mm/a 的管道有22 條，這些管道的介質(zhì)分別為排污甲醇、甲醇、火炬氣、工藝氣體、液氨和氣氨，從工藝角度分析，這些管道中的部分管道（如甲醇和排污甲醇線）并不存在濕H2S 和碳酸的腐蝕性環(huán)境，但是在此次檢驗過程中測得的壁厚值比較小，不排除是因為在管道安裝時使用了壁厚較薄規(guī)格的管道，或是所采購管道的壁厚負偏差較大。這些管道在此次再評估過程中仍然會采用實測腐蝕速率計算其失效可能性，并提出在線降風(fēng)險策略，使用單位也應(yīng)該關(guān)注此部分管道，在下一周期通過在線測厚找出可能存在的因安裝和管道規(guī)格選用問題造成此次計算腐蝕速率增大的管道，為下次基于風(fēng)險的檢驗提供準確的數(shù)據(jù)。

3.3 檢驗結(jié)果驗證

檢驗工作完成后，對容器和管道的損傷機理、腐蝕減薄等情況進行了驗證。

3.3.1 損傷機理驗證

內(nèi)部腐蝕減薄：容器的測厚結(jié)果顯示較正常；管道的測厚結(jié)果中需要關(guān)注火炬氣線，火炬氣管道NF-16016 和NF-16017 的腐蝕速率為0.2 mm/a，可能發(fā)生酸性水腐蝕。涉及到液氨和氣氨的管線也需要關(guān)注，需要檢查外來液氨的介質(zhì)成分并抽樣化驗。

外部腐蝕減?。罕亍⒈＠渫旰?，現(xiàn)場并未發(fā)現(xiàn)外部腐蝕痕跡，但部分閥門由于外部無保冷，存在外部腐蝕的可能，其連接的法蘭和管道也可能發(fā)生外部腐蝕；地下污甲醇罐連接管道無保溫，在低溫污甲醇進罐時，管道外部會結(jié)霜，這種情況也可能造成外部腐蝕。

3.3.2 腐蝕減薄驗證

首次評估的單元數(shù)共425 個，容器和管道的腐蝕速率偏差分布圖分別見圖3、圖4。

圖3 容器腐蝕速率偏差分布圖

圖4 管道腐蝕速率偏差分布圖

由圖3、圖4 可知：（1）大部分容器腐蝕速率偏差在0～0.2 mm/a，大部分管道腐蝕速率偏差為-0.05 mm/a～0.2 mm/a。壓力容器和管道RBI 預(yù)測腐蝕速率和實測腐蝕速率的偏差大多數(shù)都在0～0.1 mm/a，說明在腐蝕速率方面，大部分預(yù)測值和實測值吻合良好。（2）多數(shù)設(shè)備和管道的RBI 預(yù)測腐蝕速率高于實測推算值。（3）RBI 預(yù)測腐蝕減薄的主導(dǎo)損傷機理是內(nèi)部腐蝕減薄（包括均勻腐蝕減薄和局部腐蝕減?。拇舜螜z驗情況來看，在存在相關(guān)腐蝕機理的腐蝕回路中，設(shè)備和管道均存在不同程度的均勻腐蝕減薄或局部腐蝕減薄，表明RBI 預(yù)測的腐蝕減薄機理是存在的。

4 風(fēng)險再評估

現(xiàn)場檢驗得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過驗證后，選取可靠的數(shù)據(jù)納入再評估需要的數(shù)據(jù)中，重新計算整個系統(tǒng)的風(fēng)險，2017 年7 月25 日系統(tǒng)實施檢驗后的安全風(fēng)險矩陣圖見圖5、風(fēng)險分布圖見圖6。通過對比首次評估得到的2017 年12 月的設(shè)備風(fēng)險情況（圖 1、圖 2）可以看出，檢驗后設(shè)備的風(fēng)險水平是下降的，這也證明了通過有針對性的檢驗可以降低設(shè)備的風(fēng)險水平。

圖5 2017 年7 月25 日系統(tǒng)實施檢驗后的安全風(fēng)險矩陣圖

圖6 2017 年7 月25 日系統(tǒng)實施檢驗后的風(fēng)險分布圖

同時，在再評估過程中也計算了系統(tǒng)下次計劃停機檢驗時間點（2021 年7 月25 日）設(shè)備的風(fēng)險水平，結(jié)果見圖7、圖 8。

圖7 2021 年7 月25 日系統(tǒng)安全風(fēng)險矩陣圖

圖8 2021 年7 月25 日系統(tǒng)的風(fēng)險分布圖

對比兩個時間點的風(fēng)險可以看出，系統(tǒng)的風(fēng)險隨著時間的推移而增加，2021 年系統(tǒng)的風(fēng)險水平要大于2017 年的水平，但系統(tǒng)沒有高風(fēng)險單元，整體風(fēng)險水平偏低，從RBI 的角度可以繼續(xù)運行至2021 年7月25 日，不過系統(tǒng)內(nèi)少部分中高風(fēng)險和失效可能性＞3的單元需要設(shè)備管理人員加強關(guān)注，按照策略實施降風(fēng)險措施，必要時對其更換，保證系統(tǒng)的安全運行。

根據(jù)此次檢驗情況和風(fēng)險分析結(jié)果，制定了低溫甲醇洗系統(tǒng)的降風(fēng)險措施，企業(yè)在實施降風(fēng)險措施后，利用所測得的數(shù)據(jù)計算腐蝕速率；如果計算腐蝕速率大于等于此次檢驗實測腐蝕速率，使用單位應(yīng)采用合于使用評價的方法計算設(shè)備的剩余壽命，以便及時更換。

5 結(jié) 語

低溫甲醇洗系統(tǒng)由于其特殊的工況，低溫部分設(shè)備沒有損傷機理，且設(shè)備外部的絕熱材料大部分采用的是保冷材料，拆裝代價較大，工期較長。該企業(yè)通過實施基于風(fēng)險的檢驗，調(diào)整了檢驗比例，降低了檢驗和配合檢驗的工作量；通過分析現(xiàn)場檢驗結(jié)果，進行再評估，調(diào)整此次停機檢修時間點和未實施檢驗的設(shè)備的檢驗周期，將此部分風(fēng)險水平較低的設(shè)備的檢驗周期調(diào)整至下次停機檢修時間點。利用此方法可以縮短檢驗時間，節(jié)約企業(yè)的檢修費用。