中國石化青島安全工程研究院首席專家劉小輝
隨著石油資源的深度開采和價格變化以及經濟利益的驅動,原油劣質化趨勢日趨明顯,裝置所面臨的腐蝕風險加劇,加工越來越多的劣質原油已經成為中國和世界各國煉油廠面臨的挑戰,給我國煉油廠的安全及長周期運行造成了嚴重威脅。加之近年來,石化企業因腐蝕導致的安全事故時有發生,影響了企業的形象和效益,因此控制并解決石化行業的腐蝕問題迫在眉睫。
為了讓更多的人了解到原油劣質化的危害性、科普石化行業腐蝕的相關知識、加強防腐理念并付諸于實際行動,中國腐蝕與防護網記者特邀請到中國石化青島安全工程研究院首席專家劉小輝做相關方面的精彩解讀……
劉小輝,中國石化集團公司高級專家、中國石化青島安全工程研究院首席專家、副總工程師、教授級高級工程師,長期奮戰在科研一線,帶領著團隊奔波在煉化裝置現場,在設備安全技術研發和技術服務方面取得了豐碩的成果。整個采訪在一片謙和的氣氛中進行,劉小輝讓記者印象最深刻的一句話是“適時開展了裝置腐蝕適應性評估和設防值評估,為煉化企業加工劣質原油保駕護航!”
劉小輝告訴記者,21世紀以來,石油化工行業相繼發生了多起災難性安全事故,特別是2013年11月22日位于青島的中國石化東黃輸油管道泄漏原油進入市政排水暗渠,在形成密閉空間的暗渠內發生爆炸特別重大事故給予人們足夠的教訓和警示。這些事故超越了重大安全事故,可稱為災難性事故。如今,伴隨著原油的不斷劣質化、新能源的開發利用、裝置的大型化以及新工藝的開發應用等,我國石化企業原有防腐能力越來越難以適應,從中國石化生產裝置實際運行情況看,接近50%的設備失效是由于腐蝕引發的。防腐蝕工作作為石油化工企業安全生產的一個重要環節,不僅體現在具有節能降耗、延長設備使用壽命、減少生產成本、提高經濟效益的作用,還能夠在減少安全隱患、消除安全事故的安全生產管理工作中起到關鍵的作用。
煉化裝置現場 煉化裝置現場 劉小輝說,由于裝置是針對特定的原料進行設計和建造的,對于新建裝置,以設計的硫、酸含量作為設防值較為合理。但裝置建成投產后,由于原料的變化以及隨著生產時間的推移,情況將發生變化。首先,加工原料性質的改變。由于我們煉廠加工的原油種類經常發生變化,即很難固定不變,同時即使同一種類的原油,其油性和腐蝕介質含量也是在不斷變化的。因此,當加工原油性質發生較大變化時,對以設計設防值作為目前裝置的設防值其合理性必須重新審視。其次,裝置設備和管道的改變。裝置在生產運行期間或停工檢修期間,會發生局部變化,如對部分設備管道進行更換、升級或改擴建等,裝置材質和操作條件的變化也將影響到裝置對腐蝕介質的耐受能力,發生改變后其設防值的合理性也需要進一步研究。最后是企業效益的變化。隨著原油價格的變化,加工劣質原油的相對優勢程度也會發生變化,企業的意愿也會隨之發生改變。為了提高經濟效益,挖掘裝置加工劣質原料的潛力,企業希望了解裝置各環節對于物料腐蝕介質的耐受能力,以期通過少量的材質升級或有針對性的加強薄弱環節的監檢測,來提高裝置腐蝕介質耐受能力,獲得最大化的經濟效益。因此,腐蝕適應性評估技術與設防值評估技術實際上也是一項設備的優化技術。腐蝕適應性評估和設防值評估技術在提升煉油裝置防腐能力上也發揮著舉足輕重的作用。 (3)幫助企業及時發現裝置存在的腐蝕薄弱環節,采取有效措施,消除安全隱患。這兩項評估技術是將煉油裝置腐蝕防護技術與石化裝置定量風險評估技術有機結合,開發出來的應對劣質原油加工的防腐技術。 中國石化青島安全工程研究院首席專家劉小輝在科研一線 石化行業要安全發展 放大招對癥下藥是關鍵 劉小輝,1958年10月出生,祖籍廣東,畢業于中國石油大學(華東)化工設備與機械專業,教授級高級工程師(中國注冊安全工程師),享受中國國務院頒發的政府特殊津貼,受聘中國石油大學(華東)研究生導師、廣東石油化工學院客座教授,中國石油化工集團公司高級專家,中國石化青島安全工程研究院首席專家,中國腐蝕與防護學會第九屆常務理事,中國腐蝕與防護學會石油化工腐蝕與安全專業委員會主任委員,中國機械工程學會壓力容器分會第八屆委員會委員,中國腐蝕與防護學報編委,國家科學技術獎勵評審專家。
“安全警戒線”為煉油裝置設備安全運行保駕護航
劣質原油加工在石化行業已成為“新常態”,盡管國際原油價格下跌,但企業為追求效益,進口的大量劣質原油加工仍在進行中。劣質原油的加工首當其沖地是對裝置設備產生沖擊,尤其是對常減壓蒸餾裝置和主要二次加工裝置將會造成嚴重腐蝕,帶來了一系列的安全問題,因此為煉油裝置設一道“安全警戒線”尤為重要!
“安全警戒線”即設防值,也就是我們適時開發了煉油裝置設備腐蝕適應性評估及設防值評估技術,為裝置設備的安全生產提供保障。
劉小輝表示腐蝕適應性評估技術是基于企業迫切想知道原料劣質化引起的腐蝕適應能力而形成的技術。此技術基于借鑒國外先進風險評估技術而發展起來的一項石化設備定量評估技術。石化裝置原設計原油加工種類與目前所加工原油種類有很大變化,有些裝置原設計沒有遵循設計選材導則,需要進行材質升級的程度不清楚,需要進行研究才能摸清裝置現在耐腐蝕能力。
設防值的概念是一個安全的概念。在抗震中的設防是大家比較熟悉的,比如:抗震設計中,根據使用功能的重要性把建筑物分為甲、乙、丙、丁四個抗震設防類別。抗震設防目標是指建筑結構遭遇不同水準的地震影響時,對結構、構件、使用功能、設備的損壞程度及人身安全的總要求。
腐蝕適應性評估和設防值評估技術雖然不能直接創造價值,但在為裝置加工劣質原料保駕護航上發揮了極大的作用。中國石化青島安全工程研究院自主開發的設防值評估技術,自2008年至今已在中國石化系統內各直屬企業,如茂名分公司、湛江東興石化、上海股份有限公司、上海高橋分公司、燕山分公司、齊魯分公司、天津分公司、廣州分公司、青島煉化,中國石油大連分公司、蘭州分公司、錦州分公司等企業的近百套煉油裝置上應用,為這些企業解除了燃眉之急,同時也擴大了自身的影響,得到了各石化企業的認可和支持。為煉油裝置安全長周期運行起到了很好的保障作用。
該技術是依據設計選材導則、McConomy曲線、Copper曲線和NACE、API標準對裝置操作溫度大于220℃的部位進行理論腐蝕速率計算;同時,結合裝置現場監檢測數據和其它企業運行經驗,綜合考慮找出裝置腐蝕薄弱部位,并核算腐蝕薄弱部位所能承受的硫、酸腐蝕介質的最大含量,推算原料中允許的最大硫含量和酸值,進而評價并確定裝置合理的設防值。
(1)評估報告可以作為材質升級的依據,幫助總部和企業合理分配材質升級和改造費用,使裝置材質滿足防腐要求。近幾年隨著裝置加工劣質原油的需要,多家企業提出了進行材質升級的要求,通過腐蝕適應性評估,總部和企業都能了解到裝置材質要升級到何種程度才能滿足裝置目前和未來原油加工的需要,合理分配費用。
(2)設防值評估可以讓總部從宏觀上了解到各企業所能加工的油種對硫和酸的設防要求,合理分配原油資源,在不影響安全的情況下,最大限度發揮裝置潛能,創造最佳效益。
劉小輝表示,腐蝕適應性評估和設防值評估技術是我們技術服務的重要手段,在日后的研究工作中,我們還將深化技術服務的深度,擴大技術服務的廣度,繼續發揮這兩項技術的作用,為煉化裝置加工劣質原油保駕護航。
“標準”是防腐蝕工程建設長久良性運行“定心丸”
劉小輝表示,在標準化制度建設方面,國外相對來說比較成熟。國外對含硫及高含硫原油,特別是針對含硫和高含硫原油加工對裝置造成的腐蝕問題,對其硫分布和活性硫分布、硫腐蝕機理以及工程上的防護對策已有較為深入的研究和應用,如目前應用比較成熟的工程經驗曲線 McConomy曲線、Copper曲線等;API571對煉油企業出現的硫腐蝕(低溫硫腐蝕及應力腐蝕開裂、高溫硫腐蝕)的腐蝕損傷機理、形態、影響因素、發生的裝置和設備以及檢驗、監檢測、預防和減緩措施做了較為詳細的介紹;美國腐蝕工程師協會--NACE頒布了很多關于煉廠硫腐蝕防護方面的標準和實踐指南。
同北美等發達國家相比,我國加工含硫和高含硫原油的歷史相對短一些,但是在生產實踐和科研中也積累了一些寶貴的經驗,中國石化集團公司從本世紀初起,也陸續組織制定了一些國家和行業標準及企業的管理規定來指導企業的設備防腐管理,如“高酸原油加工裝置設備和管道設計選材導則”(SH/T 3129-2012)、“高硫原油加工裝置設備和管道設計選材導則(SH/T 3096-2012)”、“鋼制石油儲罐防腐蝕工程技術規范(GB50393)”、 “中國石化加工高含硫原油企業設備及管道測厚管理規定”、“關于加強煉油裝置腐蝕檢查工作管理規定(試行)”、“中國石化煉化企業設備防腐蝕管理規定”、“中國石化加工高含硫原油企業儲罐防腐蝕技術管理規定”、“中國石化煉油工藝防腐蝕管理規定”等。
劉小輝說,對以上所列的各個標準,有的是他主要參與制定的,同時他也曾參與多個國標的制定,并且參與了NACE標準的翻譯引進工作。對標準的制修訂他覺得非常有必要,一方面是標準化工作非常重要,尤其對于防腐工程,如果沒有標準的規范,質量就難以保證;另一方面標準化促進了科技進步,同時科技進步又反過來提升了標準化的技術水平。
比如儲罐的涂層防腐,必須嚴格執行相關標準,如果不執行或執行不好,都會導致防腐效果降低,同時還將釀成安全事故,如涂料選擇不當,就有可能污染油品;原油劣質化之后,為了及時發現腐蝕部位進而及時消除腐蝕隱患,對腐蝕監檢測手段提出了更高的要求,從目前國內腐蝕監檢測技術來看,一方面缺少標準,另一方面監檢測措施較為單一,而且由于裝置的腐蝕受到多種因素的影響,企業在進行監檢測時,只能進行大而全的監檢測,造成人力物力的極大浪費,不僅不科學而且監檢測效果并不理想。因此,亟需改進。
改進最有效的辦法就是建立相關標準,因此,石化行業的腐蝕與防護技術標準化的路子還很長,任務也很艱巨,需要大家共同努力。
談及關于保障石化行業安全運行的防腐措施,劉小輝表示行之有效的方法有很多種,但具體可從五大方面進行考慮:一是在設備的選材上面,我們須注重材質的耐蝕性,選用耐蝕性的材料來保證設備的安全運行,這是追求設備本質安全的根本;二是要在防腐工藝上面下真功夫,須注重緩蝕劑或稀釋腐蝕介質來進行防腐,從腐蝕源頭進行有效治理;三是在涂層防腐方面,須注重刷涂或噴涂來實施內外防腐,并且要解決好“三分涂料、七分施工”這個關鍵問題 ;四是在腐蝕監測方面,須“多管齊下”,密集監測,注重監測的有效性,防止突發性腐蝕失效;五是在風險評估方面,需注重引入各種風險評估技術,如腐蝕適應性評估、設防值評估、RBI、RCM、SIL、HAZOP、LOPA、QRA、FMEA、RCA等技術進行預判。特別是對風險管理必須延伸到裝置的運行操作層面,對裝置加工的原料進行預處理,對裝置加工原料的腐蝕適應性進行評估,確定裝置的耐蝕能力,在設備損傷過程中進行有效監控,對裝置出現的腐蝕問題進行失效分析,形成一整套基于風險的煉油裝置防腐成套技術,解決好劣質原油加工過程中的安全問題,保障煉油裝置的安全、穩定、長周期運行,對降低煉油企業的原料成本,增加其經濟效益是非常有利的,同時也具有重大的社會效益。
未來石化行業將進入“互聯網+”的防腐時代
談及石化行業防腐技術的應用現狀問題,劉小輝表示,我國石化設備腐蝕與安全技術目前正在追趕國際先進,但還遠未能達到國際領先水平,與國際的先進水平相比,我們還存在一定的差距。在材料的應用方面,我們國家的冶煉水平未能達到國際先進,耐蝕特鋼的質量有待開發和提升;在防腐藥劑方面,我們的有效性不夠穩定,特別是高溫緩蝕劑;另外涂料的問題就更加突出,偽冒假劣產品充斥市面,施工質量也不高,國人普遍將涂層防腐施工視為“民工活”,俗話說的“三分涂料七分施工”得不到落實,造成了涂層質量不高的局面,實際上,涂層防腐是個技術活;我們的腐蝕監檢測技術也正在追趕國際先進水平,但我們在腐蝕大數據應用于研究方面存在差距,特別是石化行業的腐蝕大數據應用才剛開始。
對于未來保障石化行業安全運行的防腐措施應該何去何從?劉小輝表示,關鍵在兩點:一是防腐硬技術須進一步加強,努力縮小與發達國家的差距,自主研發防腐產品,如腐蝕監測產品、防腐藥劑產品、涂料、耐蝕材料以及表面改性技術產品等。另一方面發展智能化防腐技術,構建大數據分析平臺,利用互聯網+防腐技術,使得我們能時時把控腐蝕,防止因腐蝕導致的突發安全事件或事故發生。
后記:在這個倡導“綠色、環保、低碳、節能”的大時代,我們應該積極響應國家號召,為開創石化行業新格局貢獻一份力!
人物簡介
長期從事石化設備腐蝕與安全研究工作,在中國石化系統已工作了三十多年,現任中國石化青島安全工程研究院副總工程師、首席專家。近年先后主持及主要參與完成了中國石化集團公司三十多項科技攻關項目,主持開發了基于風險的劣質原油加工裝置防腐技術、完整性管理技術、煉油裝置腐蝕適應性評估、設防值評估、煉油裝置大修腐蝕專項檢查技術、加工高硫原油防腐蝕預案研究和高酸原油加工成套防腐技術研究、加工機會原油設備選材研究等。主持建立的設備安全學科目前已發展為院的重點學科。獲得部委級科技進步成果獎12項。其中一等獎1項,二等獎5項,三等獎6項。獲授權發明專利7項,實用新型專利12項,主持編寫著作3本,參與編著3本,近年在國內外發表40多篇論文。 獲“中國石化突出貢獻專家獎勵”、“山東省富民興魯勞動獎章”等。
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