基于RBI的MTBE装置风险评估分析①

基于风险的检验(RBI)追求安全与经济效益的平衡[1]，其基本思路是采用系统论的原理和方法，对系统中固有的或潜在的危险及其程度进行定量分析和评估，找出薄弱环节，给出优化的检验策略，降低停机、检验和维修的费用，提出安全技术管理建议和对策[2，3]。RBI技术在我国由试行到被确认经历近10年时间，已在国内五十多家石化厂、五百多套石化装置上实施风险评估[4]。RBI体系主要针对石油炼制行业的生产装置为对象而建立，实施依据为美国石油协会颁布的API580[1]、API581[5]等系列标准。基于风险的检验应用在炼油装置中较多，针对化工装置的较少。

触觉型学习风格者在研究室做实验、操作或制作模型，接触和利用实物是最佳学习情境。记笔记有助于学习者记住所学内容，而课堂上身体参与类教学活动则更有利于学习者理解新内容。

MTBE装置属于化工装置，主要以炼油厂乙烯副产的C4馏分异丁烯和甲醇为原料，经过一系列的工艺过程，生成甲基叔丁基醚，主要作为一种汽油调和剂，用来提高汽油的辛烷值[6]。与上游的石油炼制装置相比，该装置工艺原料腐蚀性杂质元素少，生产过程不涉及高温、高压等苛刻的工艺条件。若采用常规体检式的定期检验将导致停工周期长，检修成本高，给企业增加不必要的经济损失。

笔者尝试将基于风险的检验应用于MTBE化工装置，对装置的风险水平进行定量分析计算和评估，以达到了解装置风险分布状况，并在此基础上制定优化的检验策略，从而减少检修成本，保障装置安全、平稳运行。

1 工艺流程简述

MTBE装置工艺流程分为4个单元(图1)：醚化、反应精馏、水洗和甲醇回收。在醚化单元，来自罐区甲醇与C4原料中的异丁烯按摩尔比(即醇烯比)1.02～1.15进行混合，并在催化剂存在的条件下进行醚化反应，生成MTBE；经过反应器醚化后的混合物进入催化精馏单元，将反应单元产生的MTBE分离出来，并在催化精馏内将经过反应系统后剩余的异丁烯和甲醇进一步醚化，生成MTBE，并同时实现分离，最终得到高纯度的MTBE产品和醚后C4；在水洗、甲醇回收单元，将未反应的甲醇回收并重新利用，洗涤水也循环使用，整套装置包括静设备31 台，管道140条。

2 工艺特点

本装置主要采用固定床-催化蒸馏合成MTBE组合工艺技术，并设计优化了醚化单元工艺流程，使用三段反应器可在装置不停车的情况下，更换固定床反应器的催化剂，提高了装置的开工率。

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图1 MTBE装置工艺流程简图

腐蚀分析是RBI 工作中的一个重要步骤，根据PHA(工艺过程危害分析)的概念，分析物料含哪些腐蚀介质，腐蚀介质对设备材料有可能的腐蚀机理做定性的分析。腐蚀分析采用软件定量分析与专家定性分析相结合的方法，尽可能找出有关的腐蚀机理，准确分析。首先收集国内外相关装置的腐蚀资料，再依据工厂提供的资料，同时考虑了原料与辅助原料的腐蚀介质，通过腐蚀专家与工厂人员的共同分析讨论而得出。

MTBE装置主要以炼油厂乙烯副产的C4馏分异丁烯和甲醇为原料，在一定的温度和压力条件下，通过强酸性阳离子交换树脂催化剂床层进行醚化反应。在C4馏分中可能包含水溶性碱性化合物、金属离子、过氧化物、二烯烃及某些氮化物、硫化物等杂质。甲醇中的杂质包括甲酸、乙酸、乙醇、异丙醇、丙酮、二甲醚及甲酸甲酯等，要求控制水的质量分数不大于0.15%、碱的质量分数(以NH3计) 不大于0.000 8 %、酸的质量分数(以甲酸计)不大于0.003%。MTBE装置催化剂是用苯乙烯和二乙烯苯在特殊制孔剂的作用下经悬浮共聚成的球体，再经硫酸磺化反应得到具有大孔网状，带有磺酸基团的酸性高分子聚合物。

水洗：经催化精馏塔得到的甲醇和C4共沸物，由极性溶剂水对共沸物进行萃取，由于水与甲醇互溶，即可置换出C4残液，进入C4缓冲罐进行循环利用。

装置中一些不锈钢的换热器管程采用00Cr19Ni10材料，而奥氏体不锈钢的氯化物应力腐蚀常发生在含有氯化物的水环境中。

企业的信息化系统可以帮助企业建立契约管理体系，再配合以营造诚实守信的企业文化氛围就会取得良好的管理效果。首先，管理者树立契约化管理的理念，企业所有的经济行为都需要有契约化的约定和制约，信息系统能够实现经济行为和电子化合同数据的关联，在发生经济业务行为之前先有电子化合同的支持。例如，发生一笔销售业务，必须先履行销售合同的审批流程，系统内的合同生效后，通过关联合同才能在系统生成销售订单。其次，电子化的合同管理以及合同数据和业务数据的关联，信息系统可以跟踪合同执行的情况，提示管理者关注执行中的问题。最后，合同执行情况形成的大数据，可以帮助企业分析经营情况、选择合作伙伴，从而更好地履行契约精神。

3 装置腐蚀分析

固定床醚化反应：在催化剂条件下，C4中的异丁烯与甲醇在一定的温度和压力操作条件下合成MTBE。该反应为可逆放热反应，固定床工艺采用外循环取热的方式控制，多余的反应热由循环水冷却器带走，从而达到控制温度的目的，加速反应的进行。此外，该装置采用三段反应器进行醚化反应，减轻了单个反应器的反应负荷，3台反应器操作灵活，有利于及时更换催化剂，保持催化活性，且在更换催化剂时装置不需要停车。

3.1 原料分析

催化精馏：催化精馏是将催化反应和精馏过程在同一设备中进行的工艺技术。在固定床反应后，残余的异丁烯在催化精馏的反应段继续反应，生成的MTBE不断被分离，从而使合成MTBE的反应持续向深度进行。因此，催化反应精馏单元，除了能完成产品分离性能外，同时还可以实现异丁烯的深度转化，异丁烯的总转化率达到99%以上。

在现如今这种信息高效化的时代，学生过早接触到了社会上不同文化的影响，当前高等院校的教育中，学生普遍是“90后”，而且大多数学生的家庭都是独生家庭。导致学生在学习成长过程中收到过度的保护，使学生缺少生活、社会经验，因此学生在高校脱离家庭保护后非常容易被社会上的不良风气所影响，不能坚定马克思主义信仰〔5〕。而将社会主义核心价值观融入到高校文明建设中，不仅能够引导学生树立正确的人生观、价值观，还能让学生坚定马克思主义信仰，使学生更好地理解什么是社会主义核心价值观并转化成自己的信仰。

MTBE装置的静设备和管道风险分布情况如图2、3所示。从压力容器与管道分布统计结果来看，MTBE装置没有高风险容器和管道。装置整体风险不高，高失效可能性的设备与管道主要是甲醇回收系统的部分不锈钢设备和管线由氯离子造成的应力腐蚀开裂和碳钢设备、管线由有机酸造成的高腐蚀速率(0.227 5mm/a)减薄。

3.2 腐蚀分析

碱性化合物、金属离子、过氧化物、二烯烃及某些氮化物、硫化物等杂质都是使催化剂中毒的有害物质。金属离子能置换掉催化剂的活性组分H+，当金属离子将H+置换掉后会形成相应的酸；水可以使催化剂中的磺酸基(—SO3H)脱落，形成磺酸根基团游离酸。上述微量酸性物被反应物料带至甲醇萃取塔，在萃取塔内物料与萃取水逆向接触，溶解到水中后带至甲醇回收系统，造成酸性物最后在甲醇回收系统富集，极易导致该系统设备的酸性腐蚀，其腐蚀特征是均匀减薄。可能存在腐蚀的设备有C1103、C1104、E1106、E1108 等及相关管道。

甲醇回收：经萃取塔得到的甲醇水溶液，根据沸点不同经回收塔进行蒸馏即可分离甲醇与水，回收的甲醇进入甲醇缓冲罐循环利用。

城市形象，是一个城市在发展过程中非常重要的吸引力资源，只有通过有效的传播才能产生价值。塑造鲜明而具有个性化的形象，能带来巨大的城市吸引力，进而带来丰富的人流、物流、信息流，增强城市的核心竞争力。事件营销，在城市形象塑造的过程中发挥着巨大的推动作用。事件在传播过程中所带来的关注度、辐射度、影响力，对城市形象的传播、城市品牌的树立都有着不可替代的作用。

4 风险分布情况

研究社会福利政策质量的目的是为了制定高质量的政策，那么什么是高质量的社会福利政策，高质量社会福利政策包含哪些标准呢？笔者认为衡量社会福利政策的质量至少应该包括以下十个标准。

  

图2 压力容器风险分布图

  

图3 压力管道风险分布

MTBE 装置存在高腐蚀速率(不小于0.2mm/a)的设备主要在甲醇回收部分的设备与管道，具体见表1；MTBE 装置存在应力腐蚀开裂的设备与管道主要在甲醇回收部分的奥氏体不锈钢设备，具体见表2。

 

表1 高腐蚀速率的设备与管道

  

工段设备位号设备名称介质材料操作温度/℃损伤机理腐蚀速率/mm·a-1100E1108甲醇回收塔进出料换热器甲醇水16MnR35有机酸腐蚀0.2275100C1103C4水洗塔甲醇水16MnR40有机酸腐蚀0.2275100C1104甲醇回收塔甲醇水16MnR82有机酸腐蚀0.2275100E1109萃取水冷却器萃取水16MnR79有机酸腐蚀0.2275100300-P-1615工艺水线工艺水20#钢25有机酸腐蚀0.227510050-P-1616工艺水线工艺水20#钢25有机酸腐蚀0.227510050-PW-1001精制水线精制水20#钢25有机酸腐蚀0.2275

 

表2 应力腐蚀开裂敏感性为中或高的设备与管道

  

工段设备位号设备名称介质材料操作温度/℃损伤机理敏感性评价100E1106甲醇回收塔再沸器(管程)甲醇水00Cr19Ni10128氯化物应力腐蚀开裂中100E1108甲醇回收塔进出料换热器(管程)甲醇水00Cr19Ni10127氯化物应力腐蚀开裂中

5 检验策略

通过对设备和管道风险的辨识，可以优化设备的检验方案，做到根据设备的使用情况、损伤模式和失效模式来进行针对性检验。考虑到设备的设计结构、制造缺陷及检验的真实有效性等各方面因素，综合设计、制造和实际使用情况，最终给出经优化的、科学合理的检验方法。

对于高腐蚀速率的设备和管线，采用宏观检查、壁厚测定为主的检验方法。考虑到首次全面检验和设备的制造情况，建议尽可能开罐检验，对主要焊接接头、应力集中部位进行10%～20%的表面检测。

对于可能存在氯离子应力腐蚀的设备，提高表面检测比例至40%，如发现有开裂现象，采取加大检测比例，进行全面检测排查。

6 结论与建议

通过本次RBI风险评估，确定了MTBE装置各容器和管道的失效可能性、失效后果和风险等级，表明整个装置风险小。装置中潜在的失效模式主要有氯离子应力腐蚀和有机酸腐蚀，为制定有效的检验策略提供了依据。建议对评估范围内的设备和管道在首次定期检验后，根据检验结果对其风险值进行再评估，同时在平时的生产管理中加强对甲醇回收系统设备和管线进行腐蚀管理。本次评估表明在化工装置中应用基于风险的检验，其检验比例较常规检验的检验比例有较大幅度的降低，经济效益明显。

参 考 文 献

[1] API580，Risk-based Inspection[S]. Washington D C: American Petroleum Institute, 2002.

[2] 陈学东,杨铁成,艾志斌. 基于风险的检测(RBI)在实践中的若干问题讨论[J].压力容器,2005,24 (7):36～44.

[3] 陈刚,左尚志,陶雪荣,等.承压设备的风险评估技术及其在我国的应用和发展趋势[J]. 中国安全生产科学技术,2005,1(1):31～35.

[4] 陆秀群,陈炜,乔光谱,等.RBI技术在国内的发展状况及在石化装置中的应用[J]. 化工机械,2014,41(2):147～149.

[5] API581，Risk-based Inspection Base Resource Document[S]. Washington D C: American Petroleum Institute, 2008.

[6] 杭道耐,赵福龙.甲基叔丁基醚生产和应用[M].北京:中国石化出版社,1993.