扬子石化企业加氢裂化反应器RBI应用.doc

西安石油大学本科毕业设计（论文）目 录1 绪 论11.1 引言11.2 课题的意义11.3 课题的目的21.4 加氢裂化技术国内外研究现状及发展动态31.4.1 国外研究现状及发展动态31.4.2 国内研究现状及发展动态41.5 风险评价国内外研究现状及发展动态51.5.1 风险评价51.5.2 国外研究现状及发展动态61.5.3 国内研究现状及发展动态61.6 论文的主要内容与结构71.6.1 课题主要内容71.6.2 论文结构72 扬子加氢裂化反应器的服役现状92.1 简介扬子石油化工企业92.2 扬子加氢裂化反应器的服役现状92.3 扬子石化加氢裂化反应器结构及工作原理102.3.1 结构102.3.2 工艺原理112.3.3 加氢裂化反应器的作用123 rbi风险评价及方法133.1 rbi技术133.2 风险评价方法133.2.1 定性风险评价143.2.2 定量风险评价143.3 rbi定量风险评价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 设备系数174.1.2 管理系数的确定174.2 失效后果184.2.1 分析失效后果194.3 风险等级195 加氢裂化反应器故障树的建立与分析215.1 故障树模型的建立和分析215.1.1 故障树模型的建立215.1.2 定性分析276 加氢反应器安全运行的应对措施及安全管理296.1 设备安全运行应对措施296.1.1 加氢设备安全运行的基本应对措施296.1.2 加氢裂化装置设备运行期间的检查306.2 物料因素的安全应对措施306.2.1 加氢装置的防火防爆306.2.2 加氢装置常见可燃物消防特性316.3 中毒危害的应对措施316.4 加氢装置工艺安全管理327 结论347.1结论34参考文献35致 谢3737西安石油大学本科毕业设计（论文）1 绪 论1.1 引言 石油化工企业潜藏着火灾、爆炸、毒害等多种危险，危险在特定条件下转变成事故后，给人民生命以及国家财产造成一定损失，成为威胁人类女全和健康的主要因素之一。据统计，全世界每年发生25亿起工伤事故，导致33万人死亡，由工伤事故和职业病所造成的经济损失相当于全球国民生产总值(gnp)的4%。惨痛的教训告诫我们，工业化生产过程中的高能量物质一旦释放，潜在的各种危险表现出来后，将造成巨大的损失，为减少危险带来的损失，就必须预防、控制工业生产事故的发生，及时做好危险的辨识、评价和控制工作。危险是可能产生潜在损失的征兆。它是风险的前提，没有危险就无所谓风险。风险是指从事某项活动中客观存在的不确定性而产生的经济损失、自然破坏或人身伤亡的可能性，它由两部分组成:一是危险事件出现的概率;二是一旦危险出现，其后果严重程度和损失的大小。危险是客观存在，是无法改变的，而风险却在很大程度上随着人们的意志而改变，亦即按照人们的意志可以改变危险出现或事故发生的概率和一旦出现危险，由于改进防范措施从而改变损失的程度川。根据风险的概念，风险不仅意味着不良后果或不期望事件的存在，而且意味着发生不良后果或不期望事件的渠道和可能性。风险评价(risk assessment)则是对不良后果或不期望事件发生的几率进行描述及定量的系统过程，也就是对一特定时期内安全、健康、生态、经济等受到损害的可能性及可能程度做出评估的系统过程。它不仅估计事故发生的概率，分析事故发生的原因和造成的后果，而且可以界定风险，对风险进行优先排序，为降低风险提供一套系统科学的方法，给决策者提供依据，帮助改进设计、降低不希望事件发生的可能性。1.2 课题的意义 现代炼油技术中，加氢裂化是指通过加氢反应使原料中有10%以上的分子变小的那些加氢工业，包括馏分油加氢裂化（含加氢裂化生产润滑油料），渣油加氢裂化和馏分油加氢脱蜡（选择裂化和择形异构化）。rbi(risk based inspection)技术是基于风险的检测技术，这项技术是在追求系统安全性与经济性统一理论基础上建立的一种优化检验策略的方法，是近十年来发展起来的一项设备管理新技术，并在私企行业形成了国际标准api580。在标准api580中，rbi技术的定义是:对设备实施风险评估和风险管理的过程，关注的重点有两方面:一是材料退化失效引起的压力设备内容物泄漏的风险;二是通过检测实施风险控制。加氢裂化生产的产品品种多且质量好，通常可直接生产液化气，汽油，煤油，喷漆燃料，柴油等清洁燃料和轻石脑油，重石脑油，尾油等优质石油化工原料。而且加氢裂化技术还具有生产方案灵活和液体产品收率高等特点。因此，随着近年来实现生产过程清洁化，生产清洁燃料，加工含硫原油，增加轻质油收率，提高炼化一体化生产效益等形式的发展，加氢裂化技术受到越来越多的关注。本课题是中国扬子石化企业科技开发部立项的科研项目扬子石化企业加氢裂化反应器rbi应用的一部分，拟以石油化工中的加氢裂化反应器为研究对象，采用不同的分析方法对其进行风险分析与评价，求出反应器的风险指标及其风险随时间变化的趋向，找出薄弱环节，采取有效的防范措施，进行风险控制与管理，使反应器达到长周期运行的目的。其意义：（1） 在加氢反应器风险不发生变化的情况下，采取措施适当延长其运行周期(逐步过渡到5年2修或3年1修)，减少停工时间，降低检维修费用。（2） 系统了解反应器总体风险状况和各组成部分之间的风险水平，找出风险较高的区域，系统管理失效风险。（3） 摸清加氢裂化反应器的风险大小，进行科学管理，提高反应器的运行可靠性，改善生产过程的安全性。（4） 开发新的评价软件，建立加氢反应器的失效数据库。1.3 课题的目的 随着炼油及石化工业的迅猛发展，加氢裂化技术已成为原油加工过程的关键手段之一，所处地位愈加重要。而且环保要求的日益严格，对油品的要求越来越高。对于炼油企业来说，常规的炼油技术已不能满足环保的要求，迫切需要一种生产清洁燃料的炼油工艺。在这种背景下，只有加氢后的产品能够完全满足成产清洁燃料的要求，并有进一步开发利用的空间。但加氢裂化装置处于高温，高压，临氢，易燃，易爆，有毒介质操作环境；其强放热效应有时使反应得不到控制；工艺物流中的氢气具有爆炸危险性和穿透性；高压串低压系统爆炸；高温，高压设备设计，制造产生的问题，可能引起火灾和爆炸；管线，阀门，仪表的泄露可能产生严重的后果；设计方案的不合理，生产管理中的问题均可能引发事故。在此基础上，中石化正着力研究推行rbi技术，并向国家质量监督检疫总局申请在中石化系统内部分装置开展rbi技术的试点应用。国家质检总局在征求有关单位和专家意见的基础上予以发文，同意在中国石油化工集团公司、中国石油化工股份有限公司系统内具备一定管理基础的企业开展rbi检验技术试点应用。rbi技术是理论和经验的结合，对应用rbi技术来降低费费用的目的几乎是所有企业关注的重点，随着rbi技术的深入使用和持续管理，将在科学侧多的基础上保证安全地延长装置寿命和降低修理费方面大大发挥作用国内外研究现状。1.4 加氢裂化技术国内外研究现状及发展动态1.4.1 国外研究现状及发展动态20世纪50年代中期，美国对汽油的需求量大幅增长，对柴油和易燃油的需求量下降，产品结构不能适应市场需求的变化。热裂化催化裂化和延迟焦化等二次加工技术可以增加汽油产量，但汽油质量不能满足车用汽油高辛烷值的要求。因此，需要一种新的加工技术，把重质油品转化为轻质油品。在这种情况下，许多石油公司根据催化裂化催化剂的开发经验和德国煤焦油高压加氢生产汽柴油的经验，研究开发出馏分油固定床加氢裂化技术。1959年美国chevron公司首先公布了is cracking技术，1960年uop公司公布了lomax 技术，接着unocal公司宣布开发了unicracking技术。随后美国gulf公司，荷英shell公司，法国ifp，德国basf公司和英国bp公司等相继宣布开发成功自己的加氢裂化技术。经过数十年的市场竞争和企业之间的联合，兼并，重组，目前国外有uop, chevron，ifp，sheik等公司拥有并对外转让成套专利技术；另外还有albemarle，criterion，holder topsoil，united catalysts等主要的催化剂生产和供应商。60年代初期，加氢裂化技术主要用于把ago,cgo和lco转化为汽油。因为当时催化裂化的转化率低，有些原料转化不了。所以加氢裂化主要用于转化在催化裂化装置中难以裂化的油料。这时的加氢裂化装置都采用两段工艺，第一段用加氢处理催化剂的原料油进行脱硫，脱氮，然后进入第二段进行加氢裂化圣餐汽油。得到的轻汽油辛烷值高，直接用作汽油调和组分；芳径潜含量高的重汽油进行催化重整，得到高收率的高辛烷值汽油和氢气。这种两段工艺和生产方案至今仍为美国一些炼油厂加氢裂化装置所采用。60年代后期到70年代，催化裂化技术特别是提升管技术和分子筛催化剂的进展，使得催化裂化能够生产最大量高辛烷汽油并成为主力技术。与此同时世界油品市场对喷气燃料和柴油的需求迅速增加，加之活性高，选择性强，稳定性好，能转化重馏分油的加氢裂化催化剂趋于成熟，促进了加氢裂化的发展，加氢裂化工艺方面出现了以生产中间馏分油为主的单段流程和既能生产中间馏分油又能生产石脑油，灵活性较大的单段串联流程。炼油厂新建的德加氢裂化装置多数都转向以加工vgo生产喷气燃料和柴油为主要目的。至70年代中期，世界上新建的加氢裂化装置60%的加工能力都是用于生产喷气燃料和柴油，而且逐年增加。80年代以来，加氢裂化技术发展的趋势，除了多生产中间馏分油以外，就是把加氢裂化富含烷烃的未转化尾油用作催化裂化原料或蒸汽裂解值乙烯原料和生产高黏度指数润滑油的基础油料。90年代新建的加氢裂化装置，90%的加工能力用于主要生产中间馏分油，单段，单短串联和两段工艺都用应用。进入21世纪以来，为了适应清洁燃料生产及其升级换代的需要，出现了部分转化加氢裂化等一批新工艺，在生产石脑油，喷气燃料和清洁柴油同时，未转化的尾油用作催化裂化原料，直接生产清洁汽油组分，这也是21世纪加氢裂化工艺的发展方向之一。1.4.2 国内研究现状及发展动态我国是世界上最早掌握现代加氢裂化技术的少数几个国家之一。在上个世纪50年代初，抚顺石油三厂研制出3511和3512催化剂（mos-白土），以酸碱精制页岩轻柴油，并解决了我国加氢裂化工艺装置初次开工的技术关键问题。与此同时，石油三厂与中国科学院大连化学物理研究所合作开发了3592催化剂（moo-半焦），先后进行了低温煤焦油的高压和中压加氢裂化工业试生产。这些研究开发和工业生产实践，为我国现代加氢裂化技术发展奠定了基础。1966年，由我国自行开发，设计和建造的第一套400kt/a馏分油单段加氢裂化工艺装置在大庆石油化工总厂建成投产。该装置采用我国自己开发与生产的以无定形硅铝为载体，主要生产喷气燃料和柴油，具有工艺简单，能耗低等特点。这套工业装置的成功投产，标志着我国现代加氢裂化技术的水平与发展基本与国外大公司同步。此后我国加氢裂化技术的开发工作一直在稳步推进，抚顺石油厂先后成功开发了3762，3812，3821等加氢裂化催化剂；生产润滑油基础油的加氢裂化-择形裂化工艺技术，以大庆减二，减三及加氢裂化尾油为原料，生产轻，中质低倾点润滑油基础油，并用这些基础油调制出汽车机油，柴油机油等10多种润滑油产品。进入80年代以后，随着我国国民经济的快速发展和环保法规的日愈严格，对优质清洁马达燃料和石油化工原料的市场需求大幅度增长，为了适应这一发展形势，我国炼油企业大力发展催化裂化等加工技术的同时，也加快了加氢裂化技术的开发步伐。在加氢裂化催化剂开发方面，中国石化抚顺石油化工研究院（fripp）在国内率先研制成功超隐y沸石，继而开发了灵活型3824，轻油性3825以及用于缓和加氢裂化的3882三种含分子筛催化剂，并先后在工业装置上成功应用。中国石化石油化工科学研究院(ripp）也先后开发成功了rt-1,rt-5,rt-25,rt-30,rhc-1,rhc-5等加氢裂化催化剂和生产润滑油基础油的择形裂化催化剂，以及中压加氢改制，中压加氢裂化（rmc）和最大限度提高劣质柴油十六烷值（rich）等工艺技术，并先后实现工业应用。随着我国炼油厂高，中压加氢裂化工业装置逐年增加，催化剂用量迅速增多，我国催化剂再生技术也随之问世。中国石化金陵分公司采用自行开发的再生新工艺和流程，1990年初成功地进行了加氢裂化催化剂的器内再生技术（hcrt），对中国石化，茂名分公司，金陵分公司，石家庄炼化股份有限公司等近20家炼油化工企业所用的加氢裂化和加氢精制催化剂进行器外再生，理化性质和活性评价以及工业应用的结果表明，再生催化剂的性能达到了较高水平。1.5 风险评价国内外研究现状及发展动态1.5.1 风险评价风险评价是风险工程学的重要组成部分，是针对具有危险源发生的概率和可能造成后果的严重程度、性质等进行定性或定量的评价。它在估计系统发生严重事故的同时，分析了事故发生的原因和造成的后果，全面反映出系统的安全性。风险分析和评价技术的实施，在减少生产事故发生，保证生产长周期、安全运行的同时，也起到了保护资源与环境的作用，随着地球资源日益紧缺，风险分析和风险评价的意义将更为突出。进行风险评价时，一般情况分五个步骤完成，即风险辨识,风险分析,风险评价,风险控制和风险管理。风险辨识就是辨识潜在的各种危险因素,可能存在的危险事件、可能发生的事故类型,事故发生原因和机制等,为风险分析提供必须的信自，是进行风险评价和风险控制的前提和基础。风险分析包括可能引起多种危害的定义以及与该种危害有关风险的估计。其任务一般是失效原因分析、失效机理的探索和寻求主要影响因素和对失效后果进行估计。它主要用于确定分析范围、找出风险、分析风险，估计风险发生的可能性以及由风险而引起的系统潜在的损失，是对不确定事件所引起的潜在损失进行定量或定性的测量，主要的分析方法有定性分析和定量分析。风险评价是针对具体危险源发生的概率和可能造成后果的严重程度、性质等进行定量的评价，它涉及工程系统或装置的个性问题。它在分析事故发生可能性和事故后果的基础上，评价风险程度的大小，确定危险源以及系统的危险等级。风险控制是通过对风险的辨识,评估,控制和转移，以最小的费用获得最大收益(或最大安全保障)的管理方法。它可以帮助企业对潜在风险做出科学分析，做出成本和效益的分析，以降低风险所导致的各种损失，节约费用的同时，也能获得较大的安全保障。风险识别和评价后，对在可接受风险范围内的装置，建立监测措施，防止该部分装置的风险随生产条件的变化而增大;对具有较高风险的设备，应通过制定风险消除措施，降低危险源对系统的影响程度，从而降低系统的风险等级。对危险性较高的、不可排除的风险，应做出进一步分析，寻求降低风险的途径，将其控制在可接受范围内。但是，值得注意的是:风险分析、风险评价和风险控制的结果，并非是风险越小越好，因为无论是通过减少风险发生的概率还是采用防范措施降低风险造成的损失，都需要投入资金、技术和劳务作代价，通常的做法是将风险限定在一个合理的,可接受的水平上，根据影响风险的因素，进行优化，寻求最佳投资方案。风险管理是依据风险评价的结果，结合各种经济、社会及其它有关因素对风险进行管理决策并采取相应控制措施的过程。其目标是在风险排序的基础上，对控制风险的技术措施进行损-益分析，进而对控制风险所采取的措施进行决策，并对其控制效果进行评价做出相应调整，从而尽可能地减少风险的经济损失。1.5.2 国外研究现状及发展动态风险评价技术开始于20世纪30年代的保险业，最早应用于金融、保险、投资等领域，是经济学的一项决策技术。自20世纪40年代核工业发生泄露事件后，风险技术开始用于核电厂的安全评价中，70年代，随着核电技术的迅速发展，公众对核电站的安全性要求越来越高，促使了风险分析技术在该领域迅速兴起。1974年美国原子能委员会(nuclear regulatory commission，nrc)应用系统安全工程分析方法，提出著名的核电站风险报告(wash-1400)，在科技界和工程界引起了震动。到1975年，风险评价技术已广泛用于核工业领域，随后逐步在航空、航天、环境工程、石油化工、医疗卫生、交通运输等工业领域得到推广应用。如1976年英国卫生与安全管理局(has)对convey岛石油化工企业的工业设施危险性进行评价;1979年英国伦敦cremer & warmer公司和德国法兰克福battle公司对rijn mound地区的六个工业设施进行风险评价;1984年对印度博帕尔农药厂进行风险评价等。随着风险评价技术的发展，到20世纪90年代欧美等发达国家开始基于风险检验技术(risk-based inspection，rbi)的研究，编制了一些规范和标准，如美国石油学会(american petroleum institute，api)颁布的基于风险检验规范，api581美国机械工程师学会的管线完整性管理系统，asmeb31.8s,以及机械完整性风险管理系统;法国bv(bureau veriats)公司的设备资产完整性管理(asset integrity management，aim)方法和rb-eye软件等。在风险检验技术研究的同时，逐渐将基于风险的评价方法推广到实际应用中，例如shell公司的reynolds将rbi方法应用于石油化工企业中，radian国际公司的munson应用风险评价技术开展了电厂主蒸汽管线和再热管线的风险分析，dnv公司的tallinn等人对lng厂的设备进行了风险排序，allier:等人开展了炼油厂的风险管理研究，加拿大管道风险评价指导委员会prasc，开展了油气管道风险评价研究，美国原amoco管道公司采用风险评价技术管理所属的油气输送管道等，这些工作在工程实践中取得了明显成效。同时，为推进风险评价方法的广泛应用，推出了许多基于风险检验的商用软件，如dnv公司的orbi下onshore软件、法国by公司的rb .eye软件、英国tischuk公司的-toca软件、英国焊接学会twi的risk wise软件等。1.5.3 国内研究现状及发展动态我国的风险评价技术起步较晚，开始于20世纪80年代，随着国外先进安全工程技术的引入，国内进行了大量研究。1981年，原劳动人事部组织人员进行安全评价的研究工作;1988年，原机械电子部制订了机械工厂安全评价标准;1990年，中国石化总公司制定了石油化工企业安全评价实施办法;1992年，原化工部劳保所制订了化工厂危险程度分级方法;同年国家科委将“重大危险源的评价与宏观控制技术研究”列为国家“八五”科技攻关计划的内容;1994年，北京燕山石化公司和原化工部劳保所共同制定了石化装置安全评价细则;1996年，中国石油天然气总公司炼化局提出炼油(化工)厂安全性综合评价办法等。大量风险分析技术的研究，使得风险分析技术在工程中的应用取得了迅猛发展，例如南京工业大学化工机械研究所开展了工程风险投资和项目筛选决策方法的研究，合理延长在用安全阀检验周期的研究，埋地压力管道的风险评价以及pla装置引进设备超标缺陷的安全评定和风险评价研究;南京炼油厂开展了炼油装置风险评价;金陵石化公司化工一厂开展了基于半定量风险分析的凡士林加氢装置安全评估;以及其它单位进行的炼油化工装置风险评价模式的研究:海洋平台定量风险评价;风险评价在油气管道技术研究中的应用困;基于半定量风险分析的加氢裂化装置安全评估;长输管线风险技术的研究，风险技术在压力容器和管道上的应用等，都已逐步将风险分析技术引入到生产管理当中。随着周边的韩国，马来西亚、新加坡等国家rbi研究项目的相继开展，我国也开始了rbi项目的尝试，2003年茂名石化，合肥通用所和法国bv公司联合开展的基于风险检验在茂名加氢裂化装置和乙烯装置中的应用:天津石化公司、华东理工大学和挪威dnv公司联合对天津石化化工厂大芳烃预加氢装置的40台设备和270条管线开展了rbi分析;齐鲁石化和英国tischuk公司对齐鲁石化炼油厂开始rbi的研究;扬子石化、南京工业大学以及挪威dnv公司联合开展扬子石化芳烃厂100#加氢裂化装置的rbi的分析工作。1.6 论文的主要内容与结构1.6.1 课题主要内容本文的主要研究内容包括:加氢裂化技术与风险评价国内外的研究现状及发展动态。rbi定量风险评价技术的研究，rbi失效可能性及失效后果，加氢反应器的故障树分析以及加氢反应器安全运行的应对措施及安全管理等。1.6.2 论文结构第一章：绪论。简单介绍了课题的来源，背景和意义，加氢裂化反应器在国内外的发展现状以及发展趋势。第二章：扬子加氢裂化反应器的服役现状。主要介绍扬子加氢裂化反应器的服役现状以及加氢裂化反应器的结构和工作原理。第三章：rbi风险评价及方法。主要介绍了rbi技术和风险评价以及它的分类第四章：基于rbi失效可能性及失效后果。从失效可能性和失效后果两方面介绍定量风险评价技术的同时，对加氢裂化反应器进行定量风险评价，确定反应器的风险水平，得出潜在的风险等级。第五章：加氢裂化反应器故障树的建立与分析。主要介绍用故障树分析法来找出加氢裂化反应器由故障引起的失效后果。及沿着故障树发展方向查找加氢反应器常出现的一些故障发生的原因和途径。第六章：加氢反应器安全运行的应对措施及安全管理。主要讲加氢反应器有效的设备管理，技术管理手段，工艺和技术的安全状况及提出切实可行的改进措施。第七章：结论。概括和总结论文的重要内容，介绍论文的主要特点，并针对论文的不足和缺陷作以说明。2 扬子加氢裂化反应器的服役现状2.1 简介扬子石油化工企业中国石化扬子石油化工有限公司（原扬子石油化工股份有限公司）坐落于经济发达的江苏省南京市，系中国石油化工股份有限公司（中国石化）的全资子公司，注册地址为南京高新技术产业开发区高科一路28号，注册资本为233059.6654万元。公司主营业务为石油炼制和烃类衍生物的生产与销售。公司目前拥有以800万吨/年原油加工、65万吨/年乙烯、140万吨/年芳烃装置为核心的43套大型石油化工生产装置，年产聚烯烃塑料、聚酯原料，橡胶原料，基本有机化工原料，成品油等5大类44种商品700多万吨，可广泛应用于轻工，纺织，电子，食品，汽车，航空以及现代化农业等各个领域，公司年销售收入400多亿元。扬子石化在管理上始终奉行“安全，健康与环保，准备在先，持续优化，纪律严格”四项原则。这是扬子石化从二十年来的经营管理实践经验中萃取出来的精华，也是扬子石化企业文化管理模式的基础。 安全，健康与环保。扬子石化强调以安全，健康和环保为前提经营企业，把它列为公司的首要管理原则。在扬子石化，无论是年度工作安排还是检修，改造计划，必须包括安全，健康与环保的内容。在各级管理人员进行工作汇报与工作总结时，第一位的内容就是安全、健康与环保情况。按照“安全、健康与环保”的管理原则，公司树立“安全生产是投资不是开支”，“安全是员工最大的福利”的观念，实行零事故管理，要求员工严格执行安全生产责任制，并制定了具体的管理规范。坚持狠反“三违”（违章指挥、违章作业、违反劳动纪律），确保“三不伤害”（不伤害别人、不伤害自己、不被别人伤害），落实“四不放过”（事故责任者没有受到处理不放过、员工没有受到教育不放过，事故的原因未查清楚不放过，没有落实防范措施不放过）。扬子石化用“安全，健康与环保”的管理原则指导管理活动的各个环节，实施循环经济建设，打造“绿色扬子”。公司大量采用当今世界石化行业先进的新技术和新工艺，推行清洁生产理念，从原料采购到生产组织并延伸到产品销售的全过程，注重从源头严格控制“三废”的产生和排放，成为中国石化首家“清洁生产示范企业”，“江苏省环境教育基地”。2.2 扬子加氢裂化反应器的服役现状扬子石化加氢裂化装置自80年代由德国引进，并于1989年投产运行。后来企业为增加产量，于1994年对原有装置进行了改造，使之成为具有两个平行反应器系列的一段串联裂化装置，处理能力由1.2mt/a提高到2mt/a，优化了产品结构，提高了企业经济效益，同时，采用了延长装置运行周期的措施，使加氢裂化反应器由投产时1年被迫停工3次，发展成1997年以前的1年1修，直到现在2年1次大修，增加了生产时间、减少了停工次数和时间，获得了较大的经济效益。但是，与国外相比还存在着较大差距，为了获得更大的经济效益，与世界接轨，就迫切需要在现有基础上，再次采用延长运行周期的措施，无形中增加了反应器的潜在风险;另外，一部分在70年代后期设计制造加氢裂化反应器，即将接近设计寿命后期，给装置的安全生产带来隐患。因此，有必要对加氢反应器进行风险分析与评估，分析其潜在风险，提出相应的风险管理方案，实现对加氢裂化反应器的风险控制与管理，并采用相应的措施，实现长周期运行的目的。2.3 扬子石化加氢裂化反应器结构及工作原理2.3.1 结构加氢裂化反应器主要包括这几部分：入口扩散器，去垢篮，分配盘，冷氢管，冷氢箱，催化剂支撑盘。(1) 入口扩散器入口扩散器是介质进入反应器遇到的第一个部件，将进来的介质扩散到反应器的整个截面上；消除气，液介质对顶分配盘的垂直冲击，为分配盘的稳定工作创造条件；通过扰动促使气液两相混合。(2) 积垢篮框在加氢反应器的顶部催化剂床层上有时设有去垢篮，与床层上的磁球一起对进入反应器的介质进行过滤，去垢篮一般均匀地布置在床层上表面，蓝周围充填适量的大颗粒瓷球，以增加透气性。 (3) 分配盘在催化剂床层上面，采用分配盘是为了均布反应介质，改善其流动状况，实现与催化剂的良好接触，进而达到径向和轴向的均匀分布。(4) 冷氢管烃类的加氢反应属于放热反应，对多床层的加氢反应器来说，油气和氢气在上一床层反应后温度将升高，为了下一床层继续有效反应的需要，必须在两床层间引入冷氢气来控制温度。将冷氢气引入反应器内部并加以散布的管子被称为冷氢管。冷氢加入系统的作用和要求是：均匀，稳定地供给足够的冷氢量；必须使冷氢与热反应物充分混合，在进入下一床层时有一均匀的温度和物料分布。 (5) 冷氢箱冷氢箱实为混合箱和预分配盘的组合体。它是加氢反应器内的热反应物与冷氢气进行混合及热量交换的场所。其作用是将上床层流下来的反应产物与冷氢管注入的冷氢在箱内进行充分混合，以吸收反应热，降低反应物温度，满足下一催化剂床层的反应要求，避免反应器超温。冷氢箱的第一层为挡板盘，挡板上开有节流孔。由冷氢管出来的冷氢与上一床层反应后的油气在挡板盘上先预混合，然后由节流孔进入冷氢箱。进入冷氢箱的冷氢气和上床层下来的热油气经过反复折流混合，就流向冷氢箱的第二层筛板盘，在筛板盘上再次折流强化混合效果，然后在作分配。筛板盘下有时还有一层泡帽分配盘对预分配后的油气再作最终的分配。 (6) 催化剂支撑盘催化剂支撑盘由t形大梁，格栅和丝网组成。大梁的两边搭在反应器器壁的凸台上，而格栅则放在大梁和凸台上。格栅上平铺一层粗不锈钢丝网，和一层细不锈钢丝网，上面就可以装填磁球和催化剂了。2.3.2 工艺原理1 .加氢裂化反应原理: 加氢裂化反应的结果，很大程度上取决于催化剂的加氢活性和酸性活性中心的配比。加氢裂化催化剂可分为高加氢活性和低酸性活性，和低加氢活性和高酸性活性两种，前者以加氢为主，故而产品中的轻组分少，液收大，饱和烃含量大，而后者是以裂化为主，产品中轻组分多，干气产量大，转化率高，不饱和烃含量高。1. 烷烃的加氢裂化反应烷烃加氢裂化随分子量的增加而加快，而且c-c键断裂一般都是在分子的中间部位。因为中间部位的c-c键能最小，故而易发生断链。2. 环烷烃的加氢裂化一般带侧链的环烷烃加氢反应时大都发生断侧链反应，而单环环烷烃或短侧链单环环烷烃一般比较稳定，它们分解是通过异构化生成五元环衍生物的断环产物。双环烷烃在加氢裂化时首先发生一个环的异构化，生成五元环衍生物而后断裂，当反应继续进行时，第二个环断裂。3. 芳烃加氢反应苯在加氢条件下的反应过程：首先生成六元环烷烃，后发生异构化，五元环开环和侧链断开：稠环芳烃加氢，首先是：一个放环加氢，接着生成的环烷环发生异构化，后断裂，然后进行第二个环的加氢，如此继续下去。2.3.3 加氢裂化反应器的作用（1）加氢裂化可以最大量地生产优质中间馏分油（喷气燃料和柴油等），是调整油品结构的一个最重要手段。（2）加氢裂化采取循环操作时，可以最大量生产富含芳径潜含量的重石脑油作为催化重整的进料。以生产高辛烷值汽油组分或者为聚酯等化纤装置提供btx芳径。（3）加氢裂化采取一次通过的操作可以最大量地生产尾油。尾油的bmci值低，是蒸汽裂解制乙烯的优质原料，对于既有炼油装置又有化工装置的企业特别使用。（4）加氢裂化可以直接加工含硫vgo，不需要进行原料预处理。（5）加氢裂化可以提高润滑油基础油的质量，生产符合apil类的基础油。（6）渣油加氢裂化是转化高硫，高金属含量渣油的最有效手段，和渣油催化裂化等工艺结合，可以最大量地生产轻质产品。3 rbi风险评价及方法3.1 rbi技术基于风险的检验(risk-based inspection，rbi)技术是国际上新兴的资产完整性管理技术，它通过对系统中潜在的各种危险及其危险严重程度进行分析和评价，找出薄弱坏节，优化检验效率，在降低或至少维持等同风险水平的同时，延长设备的操作时间和运行周期，降低检修费用。传统的检验技术未将经济性、安全性以及可能存在的风险有机地结合起来，通常是根据经验和领导决策等进行检验，而不是有针对性地系统化地对高风险设备进行检验，造成管理和检验行为不能有效、集中地进行。而rbi技术改变了过去传统的检验方法，它在风险分析的基础上，对高风险设备进行重点检验，通过检验10%-20%的设备识别80%-90%的风险，在保证设备可靠性的基础上，延长设备检验周期，降低检修费用。图3-1表示了随着检验程度的增加，风险水平的变化曲线，可以明显的看出rbi技术比传统的检验程序能更有效的降低装置风险。 风险 传统检验程序下的风险 应用了rbi技术下的风险 残余风险 检验活动进行的程度 图3-1 使用rbi的风险管理3.2 风险评价方法风险评价是对事故发生的可能性以及事故后果的严重程度进行评价。根据其评价结果的类型可将风险评价方法分为:定性评价和定量评价两种方法。3.2.1 定性风险评价定性风险评价(qualitative risk assessment)由于其操作简单、直观、容易掌握，并且只需要较少的数据，就可以对生产工艺、化工设备、防范措施、环境、资产管理以及人员配置等多方面做出定性分析，从主观角度对风险进行排序，因此是风险评价者在风险评价初期通常采用的评价方法。定性评价主要依据专家经验对评价对象进行风险分析，常用的方法有:安全检查表(scl),预危险分析法(pha),危险可操作性研究(hazop),故障类型和影响分析法(fmea)以及基于风险检验(rbi)的定性风险分析法。定性风险评价一般适用于装置或系统的筛选评价，由于其评价结果很大程度上依赖于专家的经验，对事故发生的可能性和事故后果的严重程度不能做出量化，因此，进行定性风险评价了解相对风险等级后，需进一步进行定量的风险分析。3.2.2 定量风险评价定量风险评价(quantitative risk assessment)也称为概率风险评价(pra)，是在定性评价的基础上，对系统或设备失效概率和失效后果的严重程度进行评价的方法，它能够从数量上说明被评对象的危险等级，精确地描述系统的危险性，因此在风险评价中得到广泛应用。定量风险评价根据危险性量化方法的不同，可分为火灾爆炸危险指数法、故障树分析法、事件树分析法、影响图法、故障类型和影响分析法以及基于风险检验(rbi)的定量风险分析法。本文在进行定量风险评价时，主要采rbi技术和故障树分析法对扬子加氢裂化反应器的风险进行量化。（1）rbi分析技术基于风险的检验(risk-based inspection，rbi)技术，是国际上新兴的资产完整性管理技术，最初由挪威船级社开发并用在海洋平台的管理上，后来逐渐运用到石油化工行业的设备管理中。它通过检测来获得设备数据，了解服役设备的状况，并结合设备的工艺参数、设计条件、腐蚀情况、历史检测数据，运用失效分析技术和计算机技术分析设备发生失效的概率，以及设备失效后造成的严重后果，从这两方面对设备进行综合评价，得出设备的风险等级，并提出检验策略。通过rbi技术分析，能够了解风险产生的原因，清楚在役设备的风险分布，明确设备存在的风险是否在企业可接受风险范围之内，从而有针对性地对高风险设备进行跟踪监控并采用减缓措施，有效减少检验成本，在保证安全的前提下，优化检验次数和检验频率，适当延长装置寿命，降低检修费用。（2）故障树分析方法故障树分析(fault tree analysis，简称fat)是1961年由美国贝尔电话实验室的a.b. watson 最先提出的，它是可靠性分析和风险评价中常用的方法，已在很多方面得到应用，1965年华盛顿和美国波音公司联合资助的安全研讨会上，halas和jackson等人提交的关于故障树的学术论文，引起科技人员的重视。1974年美国原子能委员会(nuclear regulatory commission，nrc)发表的wash-1400报告中，主要的分析技术就是可靠性工程中的事件树分析和故障树分析刚等，从此故障树分析的应用日益普及到目前为止。故障树分析法既可以进行定性分析，也可以进行定量评价，己被公认为复杂系统可靠性分析的一种好方法。故障树分析(fat)是一种图形演绎法，是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法，由逻辑门符号和事件符号组成。它把系统不希望出现的事件作为顶事件，用规定的逻辑符号描述导致系统发生故障这一事件的直接原因或间接原因，并建立相应的逻辑关系，由此进行深入分析，找出故障的基本原因，即故障树的基本事件。故障树分析包括定性分析和定量分析，定性分析主要寻找导致顶事件发生的原因和原因的组合，找出所有故障模式;定量分析的主要目的在于根据基本事件发生的概率，求出顶事件发生的概率和其他定量指标(如基本事件结构重要度、概率重要度、相对概率重要度)。故障树分析的最终目的是帮助人们寻找潜在事故或进行事故诊断，找出系统中的薄弱环节，提高系统的安全性和可靠性。3.3 rbi定量风险评价基于rbi的定量风险评价是用具体数值来量化装置风险的一种评价方法，它从失效的可能性和失效后果两方面进行分析，如图4-1，得出设备的风险等级。评价时涉及到设备类型，建造材料，工艺流体性质，流体存量，运行条件，退化机理，退化速率，材料敏感性，保温状况，涂层质量，隔离系统，检测系统，检验有效性等多种影响因素，以及腐蚀减薄，应力腐蚀开裂，高温氢损伤，外部腐蚀等多种失效模式和设备损伤，营业中断，人员伤亡等多种失效后果，是一个相对比较复杂的过程。风险（risk）=失效可能性（lof） 失效后果（cof）可燃后果 毒性后果损伤次因子 gff fe fm营业中断通用次因子注：gff-同类失效效率fe-设备系数fm-管理系数机械次因子工艺次因子图4-1 风险分析的主要内容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类设备失效频率(gff)为基础，综合考虑设备服役现状和企业管理水平对同类设备失效频率影响，通过设备系数(fe)与管理系数(fm)两项进行修正，得到调整后的失效频率即为设备失效可能性。用公式表达即为:lof=gfffe fm (4-1)同类设备失效频率数据来源于23家世界知名石化企业设备失效历史的统计，api581标准已经根据这些数据编制成每一设备类型和每一管径的同类失效频率，表4-1列出了设备同类失效频率的具体数据。设备修正系数主要涉及到损伤次因子(使用时间、损伤类型、破坏率、检验有效性)、通用次因子(装置条件、气温、地震)、机械次因子(装置复杂性、建造规范、寿命周期、安全系数、振动监测)、工艺次因子(稳定性、连续性、泄压阀、腐蚀工况、清洁工况)，从四个方面辨别可能对装置失效频率有重要影响的特定条件。管理系数主要考虑企业的设备管理水平，用于调节工艺安全管理系统对装置的机械完整性影响。表4-1 同类设备失效频率设备类型泄露频率（/年）1/4英寸1英寸4英寸破裂单密封离心泵610-2510-4110-4双密封离心泵610-3510-4110-4塔器810-5210-4210-5610-6离心压缩机110-3110-4往复式压缩机610-3610-4过滤器910-4110-4510-5110-5翅片/风扇冷却器210-3310-4510-8210-8换热器(壳程)410-5110-4110-5610-6换热器(管程)410-5110-4110-5610-6075英寸直径管子110-5310-71英寸直径管子510-6510-72英寸直径管子310-6610-24英寸直径管子910-7610-7710-86英寸直径管子410-7410-7710-88英寸直径管子310-7310-7810-8210-810英寸直径管子210-7310-7210-812英寸直径管子110-7310-7310-8210-816英寸直径管子110-7210-7210-8210-816英寸直径管子610-8210-7210-8110-8压力容器410-5110-4110-5610-6反应器110-4310-4310-5210-5往复泵710-1110-2110-3110-3常压储罐410-5110-4110-5210-54.1.1 设备系数设备系数用来衡量装置失效频率与同类失效频率相比偏离程度的大小，在所提到的四个次因子中，损伤次因子(damage factor，df)的确定涉及到检验有效性。基于风险检验的定量风险评价技术，也正是通过有效检验由byes公式更新旧的可用数据，达到通过有效检验降低风险的目的，因此df的确定是设备修正中的主要内容。df是破坏概率和检验有效性的一种度量，它建立在工业经验的基础上，通过专家分析提供各种破坏机理下的损伤模式，以及相关参数如腐蚀速率、检验有效性等，在全面考虑正常操作和非正常运行的情况下，建立实际生产环境中的破坏率，并根据检验程序的有效性、检验次数的多少来确定各种失效可能性对破坏速率的影响程度。由于df的确定过程涉及到多种失效机理，因此需从多种失效类型分别加以考虑，如腐蚀减薄(thinning)，应力腐蚀开裂(scc)，外部损伤(external damage)，高温氢腐蚀(htha)，脆性断裂(brittle fracture)等。 设备系数计算：通过计算得出各种损伤模式下损伤因子后，用各种失效模式下损伤因子的总和作为总的损伤次因子df来量化失效模式对同类失效频率的影响。通用次因子从工厂条件、天气状况、地震活动方面分析工厂中所有运行装置的一般情况;机械次因子主要从装置设计、制造等相关条件分析机械因素对设备修正系数的贡献;工艺次因子分析受操作工艺和装置运行方式等因素的影响情况，这三种因子的确定均可根据装置实际情况从api581标准上对应的数据表中查表得出。四种次因子确定以后，其数值之和作为设备系数，从设备项，通用条件，机械条件以及工艺影响四个方面对同类失效频率进行修正。4.1.2 管理系数的确定管理系数主要用于评价被评企业的管理水平，对于企业中同一装置内的设备项，其管理系数的数值相同，因此它不改变设备项的风险评级顺序，但是当评价不同装置之间的风险水平时，管理系数对总的风险水平有