揚子石化企業(yè)加氫裂化反應器RBI應用.doc

西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文）目 錄1 緒 論11.1 引言11.2 課題的意義11.3 課題的目的21.4 加氫裂化技術國內外研究現狀及發(fā)展動態(tài)31.4.1 國外研究現狀及發(fā)展動態(tài)31.4.2 國內研究現狀及發(fā)展動態(tài)41.5 風險評價國內外研究現狀及發(fā)展動態(tài)51.5.1 風險評價51.5.2 國外研究現狀及發(fā)展動態(tài)61.5.3 國內研究現狀及發(fā)展動態(tài)61.6 論文的主要內容與結構71.6.1 課題主要內容71.6.2 論文結構72 揚子加氫裂化反應器的服役現狀92.1 簡介揚子石油化工企業(yè)92.2 揚子加氫裂化反應器的服役現狀92.3 揚子石化加氫裂化反應器結構及工作原理102.3.1 結構102.3.2 工藝原理112.3.3 加氫裂化反應器的作用123 rbi風險評價及方法133.1 rbi技術133.2 風險評價方法133.2.1 定性風險評價143.2.2 定量風險評價143.3 rbi定量風險評價154 基于rbi的失效可能性及失效后果164.1 失效可能性164.1.1 設備系數174.1.2 管理系數的確定174.2 失效后果184.2.1 分析失效后果194.3 風險等級195 加氫裂化反應器故障樹的建立與分析215.1 故障樹模型的建立和分析215.1.1 故障樹模型的建立215.1.2 定性分析276 加氫反應器安全運行的應對措施及安全管理296.1 設備安全運行應對措施296.1.1 加氫設備安全運行的基本應對措施296.1.2 加氫裂化裝置設備運行期間的檢查306.2 物料因素的安全應對措施306.2.1 加氫裝置的防火防爆306.2.2 加氫裝置常見可燃物消防特性316.3 中毒危害的應對措施316.4 加氫裝置工藝安全管理327 結論347.1結論34參考文獻35致 謝3737西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文）1 緒 論1.1 引言 石油化工企業(yè)潛藏著火災、爆炸、毒害等多種危險，危險在特定條件下轉變成事故后，給人民生命以及國家財產造成一定損失，成為威脅人類女全和健康的主要因素之一。據統計，全世界每年發(fā)生25億起工傷事故，導致33萬人死亡，由工傷事故和職業(yè)病所造成的經濟損失相當于全球國民生產總值(gnp)的4%。慘痛的教訓告誡我們，工業(yè)化生產過程中的高能量物質一旦釋放，潛在的各種危險表現出來后，將造成巨大的損失，為減少危險帶來的損失，就必須預防、控制工業(yè)生產事故的發(fā)生，及時做好危險的辨識、評價和控制工作。危險是可能產生潛在損失的征兆。它是風險的前提，沒有危險就無所謂風險。風險是指從事某項活動中客觀存在的不確定性而產生的經濟損失、自然破壞或人身傷亡的可能性，它由兩部分組成:一是危險事件出現的概率;二是一旦危險出現，其后果嚴重程度和損失的大小。危險是客觀存在，是無法改變的，而風險卻在很大程度上隨著人們的意志而改變，亦即按照人們的意志可以改變危險出現或事故發(fā)生的概率和一旦出現危險，由于改進防范措施從而改變損失的程度川。根據風險的概念，風險不僅意味著不良后果或不期望事件的存在，而且意味著發(fā)生不良后果或不期望事件的渠道和可能性。風險評價(risk assessment)則是對不良后果或不期望事件發(fā)生的幾率進行描述及定量的系統過程，也就是對一特定時期內安全、健康、生態(tài)、經濟等受到損害的可能性及可能程度做出評估的系統過程。它不僅估計事故發(fā)生的概率，分析事故發(fā)生的原因和造成的后果，而且可以界定風險，對風險進行優(yōu)先排序，為降低風險提供一套系統科學的方法，給決策者提供依據，幫助改進設計、降低不希望事件發(fā)生的可能性。1.2 課題的意義 現代煉油技術中，加氫裂化是指通過加氫反應使原料中有10%以上的分子變小的那些加氫工業(yè)，包括餾分油加氫裂化（含加氫裂化生產潤滑油料），渣油加氫裂化和餾分油加氫脫蠟（選擇裂化和擇形異構化）。rbi(risk based inspection)技術是基于風險的檢測技術，這項技術是在追求系統安全性與經濟性統一理論基礎上建立的一種優(yōu)化檢驗策略的方法，是近十年來發(fā)展起來的一項設備管理新技術，并在私企行業(yè)形成了國際標準api580。在標準api580中，rbi技術的定義是:對設備實施風險評估和風險管理的過程，關注的重點有兩方面:一是材料退化失效引起的壓力設備內容物泄漏的風險;二是通過檢測實施風險控制。加氫裂化生產的產品品種多且質量好，通?？芍苯由a液化氣，汽油，煤油，噴漆燃料，柴油等清潔燃料和輕石腦油，重石腦油，尾油等優(yōu)質石油化工原料。而且加氫裂化技術還具有生產方案靈活和液體產品收率高等特點。因此，隨著近年來實現生產過程清潔化，生產清潔燃料，加工含硫原油，增加輕質油收率，提高煉化一體化生產效益等形式的發(fā)展，加氫裂化技術受到越來越多的關注。本課題是中國揚子石化企業(yè)科技開發(fā)部立項的科研項目揚子石化企業(yè)加氫裂化反應器rbi應用的一部分，擬以石油化工中的加氫裂化反應器為研究對象，采用不同的分析方法對其進行風險分析與評價，求出反應器的風險指標及其風險隨時間變化的趨向，找出薄弱環(huán)節(jié)，采取有效的防范措施，進行風險控制與管理，使反應器達到長周期運行的目的。其意義：（1） 在加氫反應器風險不發(fā)生變化的情況下，采取措施適當延長其運行周期(逐步過渡到5年2修或3年1修)，減少停工時間，降低檢維修費用。（2） 系統了解反應器總體風險狀況和各組成部分之間的風險水平，找出風險較高的區(qū)域，系統管理失效風險。（3） 摸清加氫裂化反應器的風險大小，進行科學管理，提高反應器的運行可靠性，改善生產過程的安全性。（4） 開發(fā)新的評價軟件，建立加氫反應器的失效數據庫。1.3 課題的目的 隨著煉油及石化工業(yè)的迅猛發(fā)展，加氫裂化技術已成為原油加工過程的關鍵手段之一，所處地位愈加重要。而且環(huán)保要求的日益嚴格，對油品的要求越來越高。對于煉油企業(yè)來說，常規(guī)的煉油技術已不能滿足環(huán)保的要求，迫切需要一種生產清潔燃料的煉油工藝。在這種背景下，只有加氫后的產品能夠完全滿足成產清潔燃料的要求，并有進一步開發(fā)利用的空間。但加氫裂化裝置處于高溫，高壓，臨氫，易燃，易爆，有毒介質操作環(huán)境；其強放熱效應有時使反應得不到控制；工藝物流中的氫氣具有爆炸危險性和穿透性；高壓串低壓系統爆炸；高溫，高壓設備設計，制造產生的問題，可能引起火災和爆炸；管線，閥門，儀表的泄露可能產生嚴重的后果；設計方案的不合理，生產管理中的問題均可能引發(fā)事故。在此基礎上，中石化正著力研究推行rbi技術，并向國家質量監(jiān)督檢疫總局申請在中石化系統內部分裝置開展rbi技術的試點應用。國家質檢總局在征求有關單位和專家意見的基礎上予以發(fā)文，同意在中國石油化工集團公司、中國石油化工股份有限公司系統內具備一定管理基礎的企業(yè)開展rbi檢驗技術試點應用。rbi技術是理論和經驗的結合，對應用rbi技術來降低費費用的目的幾乎是所有企業(yè)關注的重點，隨著rbi技術的深入使用和持續(xù)管理，將在科學側多的基礎上保證安全地延長裝置壽命和降低修理費方面大大發(fā)揮作用國內外研究現狀。1.4 加氫裂化技術國內外研究現狀及發(fā)展動態(tài)1.4.1 國外研究現狀及發(fā)展動態(tài)20世紀50年代中期，美國對汽油的需求量大幅增長，對柴油和易燃油的需求量下降，產品結構不能適應市場需求的變化。熱裂化催化裂化和延遲焦化等二次加工技術可以增加汽油產量，但汽油質量不能滿足車用汽油高辛烷值的要求。因此，需要一種新的加工技術，把重質油品轉化為輕質油品。在這種情況下，許多石油公司根據催化裂化催化劑的開發(fā)經驗和德國煤焦油高壓加氫生產汽柴油的經驗，研究開發(fā)出餾分油固定床加氫裂化技術。1959年美國chevron公司首先公布了is cracking技術，1960年uop公司公布了lomax 技術，接著unocal公司宣布開發(fā)了unicracking技術。隨后美國gulf公司，荷英shell公司，法國ifp，德國basf公司和英國bp公司等相繼宣布開發(fā)成功自己的加氫裂化技術。經過數十年的市場競爭和企業(yè)之間的聯合，兼并，重組，目前國外有uop, chevron，ifp，sheik等公司擁有并對外轉讓成套專利技術；另外還有albemarle，criterion，holder topsoil，united catalysts等主要的催化劑生產和供應商。60年代初期，加氫裂化技術主要用于把ago,cgo和lco轉化為汽油。因為當時催化裂化的轉化率低，有些原料轉化不了。所以加氫裂化主要用于轉化在催化裂化裝置中難以裂化的油料。這時的加氫裂化裝置都采用兩段工藝，第一段用加氫處理催化劑的原料油進行脫硫，脫氮，然后進入第二段進行加氫裂化圣餐汽油。得到的輕汽油辛烷值高，直接用作汽油調和組分；芳徑潛含量高的重汽油進行催化重整，得到高收率的高辛烷值汽油和氫氣。這種兩段工藝和生產方案至今仍為美國一些煉油廠加氫裂化裝置所采用。60年代后期到70年代，催化裂化技術特別是提升管技術和分子篩催化劑的進展，使得催化裂化能夠生產最大量高辛烷汽油并成為主力技術。與此同時世界油品市場對噴氣燃料和柴油的需求迅速增加，加之活性高，選擇性強，穩(wěn)定性好，能轉化重餾分油的加氫裂化催化劑趨于成熟，促進了加氫裂化的發(fā)展，加氫裂化工藝方面出現了以生產中間餾分油為主的單段流程和既能生產中間餾分油又能生產石腦油，靈活性較大的單段串聯流程。煉油廠新建的德加氫裂化裝置多數都轉向以加工vgo生產噴氣燃料和柴油為主要目的。至70年代中期，世界上新建的加氫裂化裝置60%的加工能力都是用于生產噴氣燃料和柴油，而且逐年增加。80年代以來，加氫裂化技術發(fā)展的趨勢，除了多生產中間餾分油以外，就是把加氫裂化富含烷烴的未轉化尾油用作催化裂化原料或蒸汽裂解值乙烯原料和生產高黏度指數潤滑油的基礎油料。90年代新建的加氫裂化裝置，90%的加工能力用于主要生產中間餾分油，單段，單短串聯和兩段工藝都用應用。進入21世紀以來，為了適應清潔燃料生產及其升級換代的需要，出現了部分轉化加氫裂化等一批新工藝，在生產石腦油，噴氣燃料和清潔柴油同時，未轉化的尾油用作催化裂化原料，直接生產清潔汽油組分，這也是21世紀加氫裂化工藝的發(fā)展方向之一。1.4.2 國內研究現狀及發(fā)展動態(tài)我國是世界上最早掌握現代加氫裂化技術的少數幾個國家之一。在上個世紀50年代初，撫順石油三廠研制出3511和3512催化劑（mos-白土），以酸堿精制頁巖輕柴油，并解決了我國加氫裂化工藝裝置初次開工的技術關鍵問題。與此同時，石油三廠與中國科學院大連化學物理研究所合作開發(fā)了3592催化劑（moo-半焦），先后進行了低溫煤焦油的高壓和中壓加氫裂化工業(yè)試生產。這些研究開發(fā)和工業(yè)生產實踐，為我國現代加氫裂化技術發(fā)展奠定了基礎。1966年，由我國自行開發(fā)，設計和建造的第一套400kt/a餾分油單段加氫裂化工藝裝置在大慶石油化工總廠建成投產。該裝置采用我國自己開發(fā)與生產的以無定形硅鋁為載體，主要生產噴氣燃料和柴油，具有工藝簡單，能耗低等特點。這套工業(yè)裝置的成功投產，標志著我國現代加氫裂化技術的水平與發(fā)展基本與國外大公司同步。此后我國加氫裂化技術的開發(fā)工作一直在穩(wěn)步推進，撫順石油廠先后成功開發(fā)了3762，3812，3821等加氫裂化催化劑；生產潤滑油基礎油的加氫裂化-擇形裂化工藝技術，以大慶減二，減三及加氫裂化尾油為原料，生產輕，中質低傾點潤滑油基礎油，并用這些基礎油調制出汽車機油，柴油機油等10多種潤滑油產品。進入80年代以后，隨著我國國民經濟的快速發(fā)展和環(huán)保法規(guī)的日愈嚴格，對優(yōu)質清潔馬達燃料和石油化工原料的市場需求大幅度增長，為了適應這一發(fā)展形勢，我國煉油企業(yè)大力發(fā)展催化裂化等加工技術的同時，也加快了加氫裂化技術的開發(fā)步伐。在加氫裂化催化劑開發(fā)方面，中國石化撫順石油化工研究院（fripp）在國內率先研制成功超隱y沸石，繼而開發(fā)了靈活型3824，輕油性3825以及用于緩和加氫裂化的3882三種含分子篩催化劑，并先后在工業(yè)裝置上成功應用。中國石化石油化工科學研究院(ripp）也先后開發(fā)成功了rt-1,rt-5,rt-25,rt-30,rhc-1,rhc-5等加氫裂化催化劑和生產潤滑油基礎油的擇形裂化催化劑，以及中壓加氫改制，中壓加氫裂化（rmc）和最大限度提高劣質柴油十六烷值（rich）等工藝技術，并先后實現工業(yè)應用。隨著我國煉油廠高，中壓加氫裂化工業(yè)裝置逐年增加，催化劑用量迅速增多，我國催化劑再生技術也隨之問世。中國石化金陵分公司采用自行開發(fā)的再生新工藝和流程，1990年初成功地進行了加氫裂化催化劑的器內再生技術（hcrt），對中國石化，茂名分公司，金陵分公司，石家莊煉化股份有限公司等近20家煉油化工企業(yè)所用的加氫裂化和加氫精制催化劑進行器外再生，理化性質和活性評價以及工業(yè)應用的結果表明，再生催化劑的性能達到了較高水平。1.5 風險評價國內外研究現狀及發(fā)展動態(tài)1.5.1 風險評價風險評價是風險工程學的重要組成部分，是針對具有危險源發(fā)生的概率和可能造成后果的嚴重程度、性質等進行定性或定量的評價。它在估計系統發(fā)生嚴重事故的同時，分析了事故發(fā)生的原因和造成的后果，全面反映出系統的安全性。風險分析和評價技術的實施，在減少生產事故發(fā)生，保證生產長周期、安全運行的同時，也起到了保護資源與環(huán)境的作用，隨著地球資源日益緊缺，風險分析和風險評價的意義將更為突出。進行風險評價時，一般情況分五個步驟完成，即風險辨識,風險分析,風險評價,風險控制和風險管理。風險辨識就是辨識潛在的各種危險因素,可能存在的危險事件、可能發(fā)生的事故類型,事故發(fā)生原因和機制等,為風險分析提供必須的信自，是進行風險評價和風險控制的前提和基礎。風險分析包括可能引起多種危害的定義以及與該種危害有關風險的估計。其任務一般是失效原因分析、失效機理的探索和尋求主要影響因素和對失效后果進行估計。它主要用于確定分析范圍、找出風險、分析風險，估計風險發(fā)生的可能性以及由風險而引起的系統潛在的損失，是對不確定事件所引起的潛在損失進行定量或定性的測量，主要的分析方法有定性分析和定量分析。風險評價是針對具體危險源發(fā)生的概率和可能造成后果的嚴重程度、性質等進行定量的評價，它涉及工程系統或裝置的個性問題。它在分析事故發(fā)生可能性和事故后果的基礎上，評價風險程度的大小，確定危險源以及系統的危險等級。風險控制是通過對風險的辨識,評估,控制和轉移，以最小的費用獲得最大收益(或最大安全保障)的管理方法。它可以幫助企業(yè)對潛在風險做出科學分析，做出成本和效益的分析，以降低風險所導致的各種損失，節(jié)約費用的同時，也能獲得較大的安全保障。風險識別和評價后，對在可接受風險范圍內的裝置，建立監(jiān)測措施，防止該部分裝置的風險隨生產條件的變化而增大;對具有較高風險的設備，應通過制定風險消除措施，降低危險源對系統的影響程度，從而降低系統的風險等級。對危險性較高的、不可排除的風險，應做出進一步分析，尋求降低風險的途徑，將其控制在可接受范圍內。但是，值得注意的是:風險分析、風險評價和風險控制的結果，并非是風險越小越好，因為無論是通過減少風險發(fā)生的概率還是采用防范措施降低風險造成的損失，都需要投入資金、技術和勞務作代價，通常的做法是將風險限定在一個合理的,可接受的水平上，根據影響風險的因素，進行優(yōu)化，尋求最佳投資方案。風險管理是依據風險評價的結果，結合各種經濟、社會及其它有關因素對風險進行管理決策并采取相應控制措施的過程。其目標是在風險排序的基礎上，對控制風險的技術措施進行損-益分析，進而對控制風險所采取的措施進行決策，并對其控制效果進行評價做出相應調整，從而盡可能地減少風險的經濟損失。1.5.2 國外研究現狀及發(fā)展動態(tài)風險評價技術開始于20世紀30年代的保險業(yè)，最早應用于金融、保險、投資等領域，是經濟學的一項決策技術。自20世紀40年代核工業(yè)發(fā)生泄露事件后，風險技術開始用于核電廠的安全評價中，70年代，隨著核電技術的迅速發(fā)展，公眾對核電站的安全性要求越來越高，促使了風險分析技術在該領域迅速興起。1974年美國原子能委員會(nuclear regulatory commission，nrc)應用系統安全工程分析方法，提出著名的核電站風險報告(wash-1400)，在科技界和工程界引起了震動。到1975年，風險評價技術已廣泛用于核工業(yè)領域，隨后逐步在航空、航天、環(huán)境工程、石油化工、醫(yī)療衛(wèi)生、交通運輸等工業(yè)領域得到推廣應用。如1976年英國衛(wèi)生與安全管理局(has)對convey島石油化工企業(yè)的工業(yè)設施危險性進行評價;1979年英國倫敦cremer & warmer公司和德國法蘭克福battle公司對rijn mound地區(qū)的六個工業(yè)設施進行風險評價;1984年對印度博帕爾農藥廠進行風險評價等。隨著風險評價技術的發(fā)展，到20世紀90年代歐美等發(fā)達國家開始基于風險檢驗技術(risk-based inspection，rbi)的研究，編制了一些規(guī)范和標準，如美國石油學會(american petroleum institute，api)頒布的基于風險檢驗規(guī)范，api581美國機械工程師學會的管線完整性管理系統，asmeb31.8s,以及機械完整性風險管理系統;法國bv(bureau veriats)公司的設備資產完整性管理(asset integrity management，aim)方法和rb-eye軟件等。在風險檢驗技術研究的同時，逐漸將基于風險的評價方法推廣到實際應用中，例如shell公司的reynolds將rbi方法應用于石油化工企業(yè)中，radian國際公司的munson應用風險評價技術開展了電廠主蒸汽管線和再熱管線的風險分析，dnv公司的tallinn等人對lng廠的設備進行了風險排序，allier:等人開展了煉油廠的風險管理研究，加拿大管道風險評價指導委員會prasc，開展了油氣管道風險評價研究，美國原amoco管道公司采用風險評價技術管理所屬的油氣輸送管道等，這些工作在工程實踐中取得了明顯成效。同時，為推進風險評價方法的廣泛應用，推出了許多基于風險檢驗的商用軟件，如dnv公司的orbi下onshore軟件、法國by公司的rb .eye軟件、英國tischuk公司的-toca軟件、英國焊接學會twi的risk wise軟件等。1.5.3 國內研究現狀及發(fā)展動態(tài)我國的風險評價技術起步較晚，開始于20世紀80年代，隨著國外先進安全工程技術的引入，國內進行了大量研究。1981年，原勞動人事部組織人員進行安全評價的研究工作;1988年，原機械電子部制訂了機械工廠安全評價標準;1990年，中國石化總公司制定了石油化工企業(yè)安全評價實施辦法;1992年，原化工部勞保所制訂了化工廠危險程度分級方法;同年國家科委將“重大危險源的評價與宏觀控制技術研究”列為國家“八五”科技攻關計劃的內容;1994年，北京燕山石化公司和原化工部勞保所共同制定了石化裝置安全評價細則;1996年，中國石油天然氣總公司煉化局提出煉油(化工)廠安全性綜合評價辦法等。大量風險分析技術的研究，使得風險分析技術在工程中的應用取得了迅猛發(fā)展，例如南京工業(yè)大學化工機械研究所開展了工程風險投資和項目篩選決策方法的研究，合理延長在用安全閥檢驗周期的研究，埋地壓力管道的風險評價以及pla裝置引進設備超標缺陷的安全評定和風險評價研究;南京煉油廠開展了煉油裝置風險評價;金陵石化公司化工一廠開展了基于半定量風險分析的凡士林加氫裝置安全評估;以及其它單位進行的煉油化工裝置風險評價模式的研究:海洋平臺定量風險評價;風險評價在油氣管道技術研究中的應用困;基于半定量風險分析的加氫裂化裝置安全評估;長輸管線風險技術的研究，風險技術在壓力容器和管道上的應用等，都已逐步將風險分析技術引入到生產管理當中。隨著周邊的韓國，馬來西亞、新加坡等國家rbi研究項目的相繼開展，我國也開始了rbi項目的嘗試，2003年茂名石化，合肥通用所和法國bv公司聯合開展的基于風險檢驗在茂名加氫裂化裝置和乙烯裝置中的應用:天津石化公司、華東理工大學和挪威dnv公司聯合對天津石化化工廠大芳烴預加氫裝置的40臺設備和270條管線開展了rbi分析;齊魯石化和英國tischuk公司對齊魯石化煉油廠開始rbi的研究;揚子石化、南京工業(yè)大學以及挪威dnv公司聯合開展揚子石化芳烴廠100#加氫裂化裝置的rbi的分析工作。1.6 論文的主要內容與結構1.6.1 課題主要內容本文的主要研究內容包括:加氫裂化技術與風險評價國內外的研究現狀及發(fā)展動態(tài)。rbi定量風險評價技術的研究，rbi失效可能性及失效后果，加氫反應器的故障樹分析以及加氫反應器安全運行的應對措施及安全管理等。1.6.2 論文結構第一章：緒論。簡單介紹了課題的來源，背景和意義，加氫裂化反應器在國內外的發(fā)展現狀以及發(fā)展趨勢。第二章：揚子加氫裂化反應器的服役現狀。主要介紹揚子加氫裂化反應器的服役現狀以及加氫裂化反應器的結構和工作原理。第三章：rbi風險評價及方法。主要介紹了rbi技術和風險評價以及它的分類第四章：基于rbi失效可能性及失效后果。從失效可能性和失效后果兩方面介紹定量風險評價技術的同時，對加氫裂化反應器進行定量風險評價，確定反應器的風險水平，得出潛在的風險等級。第五章：加氫裂化反應器故障樹的建立與分析。主要介紹用故障樹分析法來找出加氫裂化反應器由故障引起的失效后果。及沿著故障樹發(fā)展方向查找加氫反應器常出現的一些故障發(fā)生的原因和途徑。第六章：加氫反應器安全運行的應對措施及安全管理。主要講加氫反應器有效的設備管理，技術管理手段，工藝和技術的安全狀況及提出切實可行的改進措施。第七章：結論。概括和總結論文的重要內容，介紹論文的主要特點，并針對論文的不足和缺陷作以說明。2 揚子加氫裂化反應器的服役現狀2.1 簡介揚子石油化工企業(yè)中國石化揚子石油化工有限公司（原揚子石油化工股份有限公司）坐落于經濟發(fā)達的江蘇省南京市，系中國石油化工股份有限公司（中國石化）的全資子公司，注冊地址為南京高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)高科一路28號，注冊資本為233059.6654萬元。公司主營業(yè)務為石油煉制和烴類衍生物的生產與銷售。公司目前擁有以800萬噸/年原油加工、65萬噸/年乙烯、140萬噸/年芳烴裝置為核心的43套大型石油化工生產裝置，年產聚烯烴塑料、聚酯原料，橡膠原料，基本有機化工原料，成品油等5大類44種商品700多萬噸，可廣泛應用于輕工，紡織，電子，食品，汽車，航空以及現代化農業(yè)等各個領域，公司年銷售收入400多億元。揚子石化在管理上始終奉行“安全，健康與環(huán)保，準備在先，持續(xù)優(yōu)化，紀律嚴格”四項原則。這是揚子石化從二十年來的經營管理實踐經驗中萃取出來的精華，也是揚子石化企業(yè)文化管理模式的基礎。 安全，健康與環(huán)保。揚子石化強調以安全，健康和環(huán)保為前提經營企業(yè)，把它列為公司的首要管理原則。在揚子石化，無論是年度工作安排還是檢修，改造計劃，必須包括安全，健康與環(huán)保的內容。在各級管理人員進行工作匯報與工作總結時，第一位的內容就是安全、健康與環(huán)保情況。按照“安全、健康與環(huán)?！钡墓芾碓瓌t，公司樹立“安全生產是投資不是開支”，“安全是員工最大的福利”的觀念，實行零事故管理，要求員工嚴格執(zhí)行安全生產責任制，并制定了具體的管理規(guī)范。堅持狠反“三違”（違章指揮、違章作業(yè)、違反勞動紀律），確?！叭粋Α保ú粋e人、不傷害自己、不被別人傷害），落實“四不放過”（事故責任者沒有受到處理不放過、員工沒有受到教育不放過，事故的原因未查清楚不放過，沒有落實防范措施不放過）。揚子石化用“安全，健康與環(huán)?！钡墓芾碓瓌t指導管理活動的各個環(huán)節(jié)，實施循環(huán)經濟建設，打造“綠色揚子”。公司大量采用當今世界石化行業(yè)先進的新技術和新工藝，推行清潔生產理念，從原料采購到生產組織并延伸到產品銷售的全過程，注重從源頭嚴格控制“三廢”的產生和排放，成為中國石化首家“清潔生產示范企業(yè)”，“江蘇省環(huán)境教育基地”。2.2 揚子加氫裂化反應器的服役現狀揚子石化加氫裂化裝置自80年代由德國引進，并于1989年投產運行。后來企業(yè)為增加產量，于1994年對原有裝置進行了改造，使之成為具有兩個平行反應器系列的一段串聯裂化裝置，處理能力由1.2mt/a提高到2mt/a，優(yōu)化了產品結構，提高了企業(yè)經濟效益，同時，采用了延長裝置運行周期的措施，使加氫裂化反應器由投產時1年被迫停工3次，發(fā)展成1997年以前的1年1修，直到現在2年1次大修，增加了生產時間、減少了停工次數和時間，獲得了較大的經濟效益。但是，與國外相比還存在著較大差距，為了獲得更大的經濟效益，與世界接軌，就迫切需要在現有基礎上，再次采用延長運行周期的措施，無形中增加了反應器的潛在風險;另外，一部分在70年代后期設計制造加氫裂化反應器，即將接近設計壽命后期，給裝置的安全生產帶來隱患。因此，有必要對加氫反應器進行風險分析與評估，分析其潛在風險，提出相應的風險管理方案，實現對加氫裂化反應器的風險控制與管理，并采用相應的措施，實現長周期運行的目的。2.3 揚子石化加氫裂化反應器結構及工作原理2.3.1 結構加氫裂化反應器主要包括這幾部分：入口擴散器，去垢籃，分配盤，冷氫管，冷氫箱，催化劑支撐盤。(1) 入口擴散器入口擴散器是介質進入反應器遇到的第一個部件，將進來的介質擴散到反應器的整個截面上；消除氣，液介質對頂分配盤的垂直沖擊，為分配盤的穩(wěn)定工作創(chuàng)造條件；通過擾動促使氣液兩相混合。(2) 積垢籃框在加氫反應器的頂部催化劑床層上有時設有去垢籃，與床層上的磁球一起對進入反應器的介質進行過濾，去垢籃一般均勻地布置在床層上表面，藍周圍充填適量的大顆粒瓷球，以增加透氣性。 (3) 分配盤在催化劑床層上面，采用分配盤是為了均布反應介質，改善其流動狀況，實現與催化劑的良好接觸，進而達到徑向和軸向的均勻分布。(4) 冷氫管烴類的加氫反應屬于放熱反應，對多床層的加氫反應器來說，油氣和氫氣在上一床層反應后溫度將升高，為了下一床層繼續(xù)有效反應的需要，必須在兩床層間引入冷氫氣來控制溫度。將冷氫氣引入反應器內部并加以散布的管子被稱為冷氫管。冷氫加入系統的作用和要求是：均勻，穩(wěn)定地供給足夠的冷氫量；必須使冷氫與熱反應物充分混合，在進入下一床層時有一均勻的溫度和物料分布。 (5) 冷氫箱冷氫箱實為混合箱和預分配盤的組合體。它是加氫反應器內的熱反應物與冷氫氣進行混合及熱量交換的場所。其作用是將上床層流下來的反應產物與冷氫管注入的冷氫在箱內進行充分混合，以吸收反應熱，降低反應物溫度，滿足下一催化劑床層的反應要求，避免反應器超溫。冷氫箱的第一層為擋板盤，擋板上開有節(jié)流孔。由冷氫管出來的冷氫與上一床層反應后的油氣在擋板盤上先預混合，然后由節(jié)流孔進入冷氫箱。進入冷氫箱的冷氫氣和上床層下來的熱油氣經過反復折流混合，就流向冷氫箱的第二層篩板盤，在篩板盤上再次折流強化混合效果，然后在作分配。篩板盤下有時還有一層泡帽分配盤對預分配后的油氣再作最終的分配。 (6) 催化劑支撐盤催化劑支撐盤由t形大梁，格柵和絲網組成。大梁的兩邊搭在反應器器壁的凸臺上，而格柵則放在大梁和凸臺上。格柵上平鋪一層粗不銹鋼絲網，和一層細不銹鋼絲網，上面就可以裝填磁球和催化劑了。2.3.2 工藝原理1 .加氫裂化反應原理: 加氫裂化反應的結果，很大程度上取決于催化劑的加氫活性和酸性活性中心的配比。加氫裂化催化劑可分為高加氫活性和低酸性活性，和低加氫活性和高酸性活性兩種，前者以加氫為主，故而產品中的輕組分少，液收大，飽和烴含量大，而后者是以裂化為主，產品中輕組分多，干氣產量大，轉化率高，不飽和烴含量高。1. 烷烴的加氫裂化反應烷烴加氫裂化隨分子量的增加而加快，而且c-c鍵斷裂一般都是在分子的中間部位。因為中間部位的c-c鍵能最小，故而易發(fā)生斷鏈。2. 環(huán)烷烴的加氫裂化一般帶側鏈的環(huán)烷烴加氫反應時大都發(fā)生斷側鏈反應，而單環(huán)環(huán)烷烴或短側鏈單環(huán)環(huán)烷烴一般比較穩(wěn)定，它們分解是通過異構化生成五元環(huán)衍生物的斷環(huán)產物。雙環(huán)烷烴在加氫裂化時首先發(fā)生一個環(huán)的異構化，生成五元環(huán)衍生物而后斷裂，當反應繼續(xù)進行時，第二個環(huán)斷裂。3. 芳烴加氫反應苯在加氫條件下的反應過程：首先生成六元環(huán)烷烴，后發(fā)生異構化，五元環(huán)開環(huán)和側鏈斷開：稠環(huán)芳烴加氫，首先是：一個放環(huán)加氫，接著生成的環(huán)烷環(huán)發(fā)生異構化，后斷裂，然后進行第二個環(huán)的加氫，如此繼續(xù)下去。2.3.3 加氫裂化反應器的作用（1）加氫裂化可以最大量地生產優(yōu)質中間餾分油（噴氣燃料和柴油等），是調整油品結構的一個最重要手段。（2）加氫裂化采取循環(huán)操作時，可以最大量生產富含芳徑潛含量的重石腦油作為催化重整的進料。以生產高辛烷值汽油組分或者為聚酯等化纖裝置提供btx芳徑。（3）加氫裂化采取一次通過的操作可以最大量地生產尾油。尾油的bmci值低，是蒸汽裂解制乙烯的優(yōu)質原料，對于既有煉油裝置又有化工裝置的企業(yè)特別使用。（4）加氫裂化可以直接加工含硫vgo，不需要進行原料預處理。（5）加氫裂化可以提高潤滑油基礎油的質量，生產符合apil類的基礎油。（6）渣油加氫裂化是轉化高硫，高金屬含量渣油的最有效手段，和渣油催化裂化等工藝結合，可以最大量地生產輕質產品。3 rbi風險評價及方法3.1 rbi技術基于風險的檢驗(risk-based inspection，rbi)技術是國際上新興的資產完整性管理技術，它通過對系統中潛在的各種危險及其危險嚴重程度進行分析和評價，找出薄弱壞節(jié)，優(yōu)化檢驗效率，在降低或至少維持等同風險水平的同時，延長設備的操作時間和運行周期，降低檢修費用。傳統的檢驗技術未將經濟性、安全性以及可能存在的風險有機地結合起來，通常是根據經驗和領導決策等進行檢驗，而不是有針對性地系統化地對高風險設備進行檢驗，造成管理和檢驗行為不能有效、集中地進行。而rbi技術改變了過去傳統的檢驗方法，它在風險分析的基礎上，對高風險設備進行重點檢驗，通過檢驗10%-20%的設備識別80%-90%的風險，在保證設備可靠性的基礎上，延長設備檢驗周期，降低檢修費用。圖3-1表示了隨著檢驗程度的增加，風險水平的變化曲線，可以明顯的看出rbi技術比傳統的檢驗程序能更有效的降低裝置風險。 風險 傳統檢驗程序下的風險 應用了rbi技術下的風險 殘余風險 檢驗活動進行的程度 圖3-1 使用rbi的風險管理3.2 風險評價方法風險評價是對事故發(fā)生的可能性以及事故后果的嚴重程度進行評價。根據其評價結果的類型可將風險評價方法分為:定性評價和定量評價兩種方法。3.2.1 定性風險評價定性風險評價(qualitative risk assessment)由于其操作簡單、直觀、容易掌握，并且只需要較少的數據，就可以對生產工藝、化工設備、防范措施、環(huán)境、資產管理以及人員配置等多方面做出定性分析，從主觀角度對風險進行排序，因此是風險評價者在風險評價初期通常采用的評價方法。定性評價主要依據專家經驗對評價對象進行風險分析，常用的方法有:安全檢查表(scl),預危險分析法(pha),危險可操作性研究(hazop),故障類型和影響分析法(fmea)以及基于風險檢驗(rbi)的定性風險分析法。定性風險評價一般適用于裝置或系統的篩選評價，由于其評價結果很大程度上依賴于專家的經驗，對事故發(fā)生的可能性和事故后果的嚴重程度不能做出量化，因此，進行定性風險評價了解相對風險等級后，需進一步進行定量的風險分析。3.2.2 定量風險評價定量風險評價(quantitative risk assessment)也稱為概率風險評價(pra)，是在定性評價的基礎上，對系統或設備失效概率和失效后果的嚴重程度進行評價的方法，它能夠從數量上說明被評對象的危險等級，精確地描述系統的危險性，因此在風險評價中得到廣泛應用。定量風險評價根據危險性量化方法的不同，可分為火災爆炸危險指數法、故障樹分析法、事件樹分析法、影響圖法、故障類型和影響分析法以及基于風險檢驗(rbi)的定量風險分析法。本文在進行定量風險評價時，主要采rbi技術和故障樹分析法對揚子加氫裂化反應器的風險進行量化。（1）rbi分析技術基于風險的檢驗(risk-based inspection，rbi)技術，是國際上新興的資產完整性管理技術，最初由挪威船級社開發(fā)并用在海洋平臺的管理上，后來逐漸運用到石油化工行業(yè)的設備管理中。它通過檢測來獲得設備數據，了解服役設備的狀況，并結合設備的工藝參數、設計條件、腐蝕情況、歷史檢測數據，運用失效分析技術和計算機技術分析設備發(fā)生失效的概率，以及設備失效后造成的嚴重后果，從這兩方面對設備進行綜合評價，得出設備的風險等級，并提出檢驗策略。通過rbi技術分析，能夠了解風險產生的原因，清楚在役設備的風險分布，明確設備存在的風險是否在企業(yè)可接受風險范圍之內，從而有針對性地對高風險設備進行跟蹤監(jiān)控并采用減緩措施，有效減少檢驗成本，在保證安全的前提下，優(yōu)化檢驗次數和檢驗頻率，適當延長裝置壽命，降低檢修費用。（2）故障樹分析方法故障樹分析(fault tree analysis，簡稱fat)是1961年由美國貝爾電話實驗室的a.b. watson 最先提出的，它是可靠性分析和風險評價中常用的方法，已在很多方面得到應用，1965年華盛頓和美國波音公司聯合資助的安全研討會上，halas和jackson等人提交的關于故障樹的學術論文，引起科技人員的重視。1974年美國原子能委員會(nuclear regulatory commission，nrc)發(fā)表的wash-1400報告中，主要的分析技術就是可靠性工程中的事件樹分析和故障樹分析剛等，從此故障樹分析的應用日益普及到目前為止。故障樹分析法既可以進行定性分析，也可以進行定量評價，己被公認為復雜系統可靠性分析的一種好方法。故障樹分析(fat)是一種圖形演繹法，是故障事件在一定條件下的邏輯推理方法，由邏輯門符號和事件符號組成。它把系統不希望出現的事件作為頂事件，用規(guī)定的邏輯符號描述導致系統發(fā)生故障這一事件的直接原因或間接原因，并建立相應的邏輯關系，由此進行深入分析，找出故障的基本原因，即故障樹的基本事件。故障樹分析包括定性分析和定量分析，定性分析主要尋找導致頂事件發(fā)生的原因和原因的組合，找出所有故障模式;定量分析的主要目的在于根據基本事件發(fā)生的概率，求出頂事件發(fā)生的概率和其他定量指標(如基本事件結構重要度、概率重要度、相對概率重要度)。故障樹分析的最終目的是幫助人們尋找潛在事故或進行事故診斷，找出系統中的薄弱環(huán)節(jié)，提高系統的安全性和可靠性。3.3 rbi定量風險評價基于rbi的定量風險評價是用具體數值來量化裝置風險的一種評價方法，它從失效的可能性和失效后果兩方面進行分析，如圖4-1，得出設備的風險等級。評價時涉及到設備類型，建造材料，工藝流體性質，流體存量，運行條件，退化機理，退化速率，材料敏感性，保溫狀況，涂層質量，隔離系統，檢測系統，檢驗有效性等多種影響因素，以及腐蝕減薄，應力腐蝕開裂，高溫氫損傷，外部腐蝕等多種失效模式和設備損傷，營業(yè)中斷，人員傷亡等多種失效后果，是一個相對比較復雜的過程。風險（risk）=失效可能性（lof） 失效后果（cof）可燃后果 毒性后果損傷次因子 gff fe fm營業(yè)中斷通用次因子注：gff-同類失效效率fe-設備系數fm-管理系數機械次因子工藝次因子圖4-1 風險分析的主要內容4 基于rbi的失效可能性及失效后果4.1 失效可能性失效可能性分析以同類設備失效頻率(gff)為基礎，綜合考慮設備服役現狀和企業(yè)管理水平對同類設備失效頻率影響，通過設備系數(fe)與管理系數(fm)兩項進行修正，得到調整后的失效頻率即為設備失效可能性。用公式表達即為:lof=gfffe fm (4-1)同類設備失效頻率數據來源于23家世界知名石化企業(yè)設備失效歷史的統計，api581標準已經根據這些數據編制成每一設備類型和每一管徑的同類失效頻率，表4-1列出了設備同類失效頻率的具體數據。設備修正系數主要涉及到損傷次因子(使用時間、損傷類型、破壞率、檢驗有效性)、通用次因子(裝置條件、氣溫、地震)、機械次因子(裝置復雜性、建造規(guī)范、壽命周期、安全系數、振動監(jiān)測)、工藝次因子(穩(wěn)定性、連續(xù)性、泄壓閥、腐蝕工況、清潔工況)，從四個方面辨別可能對裝置失效頻率有重要影響的特定條件。管理系數主要考慮企業(yè)的設備管理水平，用于調節(jié)工藝安全管理系統對裝置的機械完整性影響。表4-1 同類設備失效頻率設備類型泄露頻率（/年）1/4英寸1英寸4英寸破裂單密封離心泵610-2510-4110-4雙密封離心泵610-3510-4110-4塔器810-5210-4210-5610-6離心壓縮機110-3110-4往復式壓縮機610-3610-4過濾器910-4110-4510-5110-5翅片/風扇冷卻器210-3310-4510-8210-8換熱器(殼程)410-5110-4110-5610-6換熱器(管程)410-5110-4110-5610-6075英寸直徑管子110-5310-71英寸直徑管子510-6510-72英寸直徑管子310-6610-24英寸直徑管子910-7610-7710-86英寸直徑管子410-7410-7710-88英寸直徑管子310-7310-7810-8210-810英寸直徑管子210-7310-7210-812英寸直徑管子110-7310-7310-8210-816英寸直徑管子110-7210-7210-8210-816英寸直徑管子610-8210-7210-8110-8壓力容器410-5110-4110-5610-6反應器110-4310-4310-5210-5往復泵710-1110-2110-3110-3常壓儲罐410-5110-4110-5210-54.1.1 設備系數設備系數用來衡量裝置失效頻率與同類失效頻率相比偏離程度的大小，在所提到的四個次因子中，損傷次因子(damage factor，df)的確定涉及到檢驗有效性?；陲L險檢驗的定量風險評價技術，也正是通過有效檢驗由byes公式更新舊的可用數據，達到通過有效檢驗降低風險的目的，因此df的確定是設備修正中的主要內容。df是破壞概率和檢驗有效性的一種度量，它建立在工業(yè)經驗的基礎上，通過專家分析提供各種破壞機理下的損傷模式，以及相關參數如腐蝕速率、檢驗有效性等，在全面考慮正常操作和非正常運行的情況下，建立實際生產環(huán)境中的破壞率，并根據檢驗程序的有效性、檢驗次數的多少來確定各種失效可能性對破壞速率的影響程度。由于df的確定過程涉及到多種失效機理，因此需從多種失效類型分別加以考慮，如腐蝕減薄(thinning)，應力腐蝕開裂(scc)，外部損傷(external damage)，高溫氫腐蝕(htha)，脆性斷裂(brittle fracture)等。 設備系數計算：通過計算得出各種損傷模式下損傷因子后，用各種失效模式下損傷因子的總和作為總的損傷次因子df來量化失效模式對同類失效頻率的影響。通用次因子從工廠條件、天氣狀況、地震活動方面分析工廠中所有運行裝置的一般情況;機械次因子主要從裝置設計、制造等相關條件分析機械因素對設備修正系數的貢獻;工藝次因子分析受操作工藝和裝置運行方式等因素的影響情況，這三種因子的確定均可根據裝置實際情況從api581標準上對應的數據表中查表得出。四種次因子確定以后，其數值之和作為設備系數，從設備項，通用條件，機械條件以及工藝影響四個方面對同類失效頻率進行修正。4.1.2 管理系數的確定管理系數主要用于評價被評企業(yè)的管理水平，對于企業(yè)中同一裝置內的設備項，其管理系數的數值相同，因此它不改變設備項的風險評級順序，但是當評價不同裝置之間的風險水平時，管理系數對總的風險水平有