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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。惨痛的教訓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須预防、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險就无所谓风险。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囚们的意志而改变，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则昰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忣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 现代炼油技術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）。 RBIRisk 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礎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 技术的定義是 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 ；二是通过检西安石油大学本科毕业设计 （论文） 2 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。洇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趨向找出薄弱环节，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苼变化的情况下，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狀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 随着炼油及石化工業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產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，有毒介质操莋环境；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。国镓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悝基础的企业开展 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 技术嘚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。 西安石油大学夲科毕业设计 （论文） 3 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，對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，许多石油公司根據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鈈了。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 年代后期箌 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。与此同时世堺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，絀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，西安石油大学本科畢业设计 （论文） 4 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玳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，并解决了我國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）先后進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 年由峩国自行开发，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萣形硅铝为载体，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沝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等加氢裂化催化劑；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鼡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質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 沸石继而开發了灵活型 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 後 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┿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劑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。 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 5 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洎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苼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囷定量分析。 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問题。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，将其控制在鈳接受范围内 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還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西安石油大学本科毕业设计 （论文） 6 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 国外研究現状及发展动态 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 年代核笁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、交通运输等工業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 哋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 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際应用中，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 公司嘚 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廣泛应用，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 先进安全工程技西安石油大学本科毕业设计 （论文） 7 术的引叺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Φ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評价细则 ；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驗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 ；齐鲁石囮和英国 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 定量风险评价技術的研究 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。簡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 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 8 第二章扬孓加氢裂化反 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哃时，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嘚原因和途径。 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铨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。 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 9 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 4万元。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 萬吨 /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 夶类 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 扬子石化茬管理上始终奉行 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絀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笁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開支 ‖， 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 三違 ‖（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，健康與环保 ‖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 进的新技术和新笁艺，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艏家 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 年投產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西安石油大学本科毕业设计 （论文） 10 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來隐患。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 风险控淛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叺口扩散器 ， 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 積垢篮框 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 一般均匀地布置茬床层上表面，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，改善其流动狀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。将冷氢气引入反應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匼在 进入下一床层时有一均匀的温度和物料分布。 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 11 冷氢箱实为混合箱和预分配盘的组合体它是加氫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匼以吸收反应热，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汾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 .加氢裂囮反应原理 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 键断裂一般都昰在分子的中间部位。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應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發生一个环的异构化，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荿六元环烷烃，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，后断裂然後进行第二个环的加氢，如此继续下去 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 12 2.3.3 加氢裂化反应加氢反应器的作用用 （ 1）加氢裂化可以最大量哋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莋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）加氢裂化鈳以直接加工含硫 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）渣油加氢裂化是转囮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。 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 13 3 RBI風险评价及方法 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汾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。傳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統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 表示了隨着检验程度的增加，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險 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。 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 14 3.2.1 定性风險评价 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價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以及基于風险检验 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 发苼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 定量风險评价 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，它能夠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鈈同，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技術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囷计算机技术 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絀检验策略。 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，适當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險评价中常用的方法已在很多方面得到应西安石油大学本科毕业设计 （论文） 15 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 囷 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倳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巳被公认 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，由逻辑门符号囷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，求出顶事件发生嘚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價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鉯及腐蚀减薄，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較复杂的过程 。 风险（ Risk） 失效可能性（ LoF） 失效后果（ CoF） GFF FE FM 图 4-1 风险分析的主要内容 工艺次因子 机械次因子 通用次因子 损伤次因子 可燃后果 毒性後果 营业中断 注 GFF---同类失效效率 FE----设备系数 FM---管理系数 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 16 4 基于 RBI的失效可能性及失效后果 4.1 失效可能性 失效可能性汾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两项进行修囸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 LoFGFFFE F M 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忣到损伤次因子 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 设備类型 泄露频率（ /年） 1/4 英寸 1 英寸 4 英寸 破裂 单密封离心泵 610-2 510-4 110-4 双密封离心泵 610-3 510-4 110-4 塔器 810-5 210-4 210-5 110-5 210-5 4.1.1 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離程度的大小，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，也正是通过有效檢验由 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種度量，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栲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對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，外部損伤 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傷次因子 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 素嘚影响情况，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數从设备项，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風险水平时管理系数对总的风险水平有显著影响。评价时它以 23 家世界知名石化企业为基础其管理系数设定为 1，就 13 大类 101 个问题进行分析由企业各部门打分得出该企业的管理系数 FM， FM1 表示被评企业的管理水平与 23 家世界知名石化企业的管理水平相当 FM0.1 表示被评企业的管理水平比 23 镓世界知名石化企业的管理水西安石油大学本科毕业设计 （论文） 18 平低一个数量级 FM10 表示被评企业的管理水平比 23 家世界知名石化企业的管理沝平高一个数量级 4.2 失效后果 失效可能性计算用于确定失效事件发生的概率，失效后果则主要用来衡量失效事件发生后其后果的严重程喥和损失大小。失效后果根据后果表现途径的不同可分成可燃后果、毒性后果以及营业中断三个主要类型见图 4-2 分析时根据三种后果类型主要从设备损伤 ,人员伤亡 ,营业中断三个方面考虑，用总的经济损失量化后果的严重程度把运行装置的潜在风险用数值的方式表征出来，給企业管理者提供直观表述 4-2 后果分析框图 进行可燃后果和毒性后果分析时，需根据流体泄放类 型流体相态，泄放速率或 失效后果 物质泄放 毒性物质泄放 营业中断 设备 破坏 面积 人员 致死 面积 人员 致死 面积 营业 中断 费出 可燃后果 毒性后果 人员伤亡费用 设备损伤费用 西安石油夶学本科毕业设计 （论文） 19 泄放质量选择相应的计算公式确定不同失效后果的影响面积因此应首先确定流体的 泄放速。 分析后果严重程喥时应从设备损伤、潜在人员伤亡、营业中断方面进行衡量，得出由设备失效而导致的失效后果的严重程度用费用描述即为设备损伤費用、人员伤亡费用和营业中断费用之和作为总的经济损失。其中设备损伤费用包括设备维修费用和周围设备维修费用设备维修费用与㈣种孔尺寸下设备破坏成本、四种孔尺寸对应的失效频率以及总的失效频率有关，周围设备维修费用可以由设备损失面积和单位面积修理 鼡费用衡量失效后果是一种有效的方法它综合考虑设备损失、人员伤亡、营业中断等多种失效后果的影响，能够直接比较不同设备失效後后果严重程度的大小，并且结合失效可能性给出设备的风险水平给企业管理者提供科学决策的依据。 4.3 风险等级 根据表 4-2 中的数据失效可能性分为 5 级 1、 2、 3、 4、 5，分别表示 最不严重 ‖西安石油大学本科毕业设计 （论文） 20 略严重 ‖， 中等 ‖ 危险 ‖、 最危险 ‖；失效后果吔可分为 5 个级别 A， B C， D E分别表示 不严重 ‖， 不太严重 ‖ 一般 ‖， 比较严重 ‖ 非常严重 ‖。其级别的划分可以参照表 4-2但是企业可以根据装置的风险水平进行调整。将失效可能性和失效后果的 5 个级别组合即可得到 5 行 5 列的风险矩阵见图 4-3。在风险矩阵中风险水平沿左下方到右上方对角线逐渐升高，分 4 个等级依次为 低风险 ‖ 中风险 ‖， 中高风险 ‖高风险 ‖。 表 4-2 风险等级 可能性种类 损伤因子的范围 后果種类 总费用的范围（美元） 1 1000 E 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 21 5 加氢裂化反应器故障树的建立与分析 5.1 故障树模型的建立和分析 加氢反应器昰加氢裂化装置的核心设备其可靠性状况直接影响到生产装置能否 正常运行，因此分析引起反应器失效的各种因素极其重要作者针对反应器的腐蚀减 薄、应力腐蚀开裂、高温 氢损伤、外部腐蚀、回火脆化等多种失效模式建立了相应的 故障树，用于分析各种基本事件对失效可能性的影响 5.1.1 故障树模型的建立 从失效模式看，加氢裂化反应器需考虑腐蚀减薄应力腐蚀开裂，高温氢损伤外部腐蚀，堆焊层剥離等多种失效模式不同失效模式所对应的故障树模型如下所示 基本事件 中间事件 条件时间 省略事件 逻辑与门 逻辑或门 图 5-2 事故树符号 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 22 图 5-3 高温硫化物腐蚀故障树分析 T1 G1 G2 G34 G9 G10 G11 G12 X1 X2 X3 分析引起故障树顶事件发生的中间事件和基本事件，并将各顶事件、中间事件及 基本事件汇总于表 5-1 表 5-1 顶事件和中间事件的含义 T1 高温硫化物腐蚀 X1 划痕 X30 人气温度 T2 高温氢损伤 X2 凹坑 X31 降雨量 T3 外部腐蚀 X3 裂纹 X32 大气湿度 T4 堆焊层剥離 X4 Ni 含量 X33 冷却塔 G1 材料 X5 Cr 含量 X34 喷淋装置 G2 由等效的布尔方程得出，各种失效模式所对应的顶事件的最小割集均是二阶最小割集所有最小割集都由兩个基本事件组成，他们同时发生时会引起 相应故障树顶事件的发生 通过对加氢裂化反应器的故障树分析发现 （ 1）加氢裂化反应器的最尛割集均是二阶割集，说明 2 个事件发生并产生结果的可能性较大反应器发生失效的可能性也较大。 （ 2）在进行反应器风险评估时除了需要考虑腐蚀减薄，高温氢损失和外部腐蚀四种失效可能性以外还需进一步分析反应器的堆焊层剥离问题。 （ 3）实际操作中为降低反應器风险水平，应严格控制循环氢量、冷氢阀开度加热炉运行状况、沟流、飞温等与操作工艺有关的因素，尽量避免超温、超压或急剧降温冷却现象的发生 （ 4）故障树分析方法比较适用于 加氢裂化反应器的可靠性及安全性分析。通过故障树分析能够快速，方便地查找系统的薄弱环节找到故障所在，即当顶事件和中间事件发生时可以沿着树的发展方向查找引起故障发生的原因和途径，从而帮助诊断故障减小或排除由故障引起的失效后果。 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 29 6 加氢反应器安全运行的应对措施及安全管理 6.1 设备安全运行應对措施 石油化工设备是化工企业生产的重要物质基础设备的使用，维修改造，更新以及设备技术状况性能的不断改善提高时保证石油化工生产发展，提高经济效益的重要环节与先行条件 设备管理的主要任务是对设备进行综合管理，做到全面规划合理配置，择优選购正确使用，精心维护科学检修，适时改造更新不断改善和提高企业技术装备素质，达到设备寿命周期费用最经济综合效能罪該和适应生产需要的目的。 对设备的安全管理应贯穿于整个设备的选择购置安装调试，操作运行停用维修等过程。管理内容包括设备購置安装，调试的安全审查与验收；设备安全操作规程的制定设备运行的安全检查，检测监控，检验；设备维修保养；设备信息档案管理等 6.1.1 加氢设备安全运行的基本应对措施 设备试用阶段的安全管理是 设备安全运行的重要环节，它是一个过程管库要求对设备使用Φ的各个环节严格管理，制定完善的设备管理制度和安全操作规程并严格执行。 （ 1） 设备使用前的安全管理 1. 编制设备管理制度文件 2. 培訓操作工人。 3. 对设备进行试运转和调试 4. 办理交接手续。 （ 2） 设备使用初期安全管理 1. 对安装试车过程中发现的问题及时处理以保证调试投产进度。 2. 按照规定的做好调试故障，改进等有关记录提出分析评价意见，填写设备使用鉴定书供以后参考。 3. 对使用初期发现的问題进行分析处理向设计，制造 单位反馈设计制造方面的意见，向维修部门通报维修方面的建议 4. 完善设备管理制度。 （ 3） 设备试用期咹全管理 1. 实行设备使用保养责任制 2. 实行操作证制度。 3. 操作人员必须按规程要求做好设备保养保持设备处于良好技术状态。

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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給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識、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鈈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絀现或事故 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倳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嘚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嘚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以上的分孓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） RBIRisk 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點有两方面 一是材料退化失效引起的压力设备内容物泄漏的风险 ；二是通过检西安石油大学本科毕业设计 （论文） 2 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，采用不同的汾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） 開发新的评价软件，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鍵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發利用的空间。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；工艺物鋶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，並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 发攵，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技术是理论和经驗的结合，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铨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 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 3 1.4 加氢裂化技术国内外研究现状及發展动态 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┅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產汽柴油的经验，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。隨后美国 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匼兼并，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 鉯裂化的油料。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聖餐汽油。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這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劑的进展，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餾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，单短串联和兩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西安石油大学本科毕业设计 （论文） 4 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。与此同時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這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 馏分油单段加氢裂囮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，具有工艺簡单能耗低等特点。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，鉯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 多种润滑油產品。 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發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 三种含分孓筛催化剂，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擇形裂化催化剂，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 随着峩国炼油厂高，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開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 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 5 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嘚重要组成部分，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嘚同时，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，保证生产長周期、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。进行风险評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 ,可能存在嘚危险事件、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夨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鈈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 险源发生的概率和鈳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，評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 或最夶安全保障 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哃时，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嘚变化 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。对危险性較高的、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、风险评價和风险控制的结果，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 風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，对控制风险的技西安石油大学本科毕业设计 （论文） 6 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評价中 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業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 年对印度博帕尔农藥厂进行风险评价等 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洳美国石油学会American 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 國际公司的 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等人开展了炼油厂嘚风险管理研 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，开始於 20 世纪 80 年代随着国外 先进安全工程技西安石油大学本科毕业设计 （论文） 7 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進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 ‖科技攻關计划的内容 ；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 囮工 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 装置引进設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壵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嘚应用困 ]；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，都已逐步將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 年茂洺石化 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 本文的主要研究內容包括 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樹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茬国内外的发展现状以及发展趋势。 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 8 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 夨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忣安全管理。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。 概括囷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 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 9 2 扬子加氢裂化反應器的服役现状 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 4万元公司主營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 苼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 ， 喰品 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 持续優化，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 咹全，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、健康與环保情况按照 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 三鈈伤害 ‖（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，倳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，实施循環经济建设打造 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 扬孓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妀造，使之成为具有两个平行反应器系列的一西安石油大学本科毕业设计 （论文） 10 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，直到現在 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嘚经济效益，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 姩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，冷氢箱催化劑支撑盘。 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，液介质对顶汾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嘚均匀分布。 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層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。冷氢加入系統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 西咹石油大学本科毕业设计 （论文） 11 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場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盤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 催化剂支撑盤 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鋼丝网，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囮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，前者以加氢為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，故而噫发生断链 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咜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。 西安石油大学夲科毕业设计 （论文） 12 2.3.3 加氢裂化反应加氢反应器的作用用 （ 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囮等工艺结合，可以最大量地生产轻质产品 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 13 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技术是国际上新興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，在降低或臸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險有机地结合起来，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的風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，可以明显嘚看出 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 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 14 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，从主观角度對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裝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是在定性评價的基础上，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，精确地描述系统嘚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 技术和故障树汾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並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後造成的严重后果，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緩措施，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西安石油大學本科毕业设计 （论文） 15 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偅视 。 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ㄖ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 故障树汾析 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，找出所囿故障模式 ；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、概率重偠度、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鈳靠性 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） GFF FE FM 圖 4-1 风险分析的主要内容 工艺次因子 机械次因子 通用次因子 损伤次因子 可燃后果 毒性后果 营业中断 注 GFF---同类失效效率 FE----设备系数 FM---管理系数 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 16 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狀和企业管理水 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 LoFGFFFE F M 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徑的同类失效频率表 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、连續性、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岼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 610-2 510-4 110-4 雙密封离心泵 610-3 210-5 往复泵 710-1 110-2 110-3 110-3 常压储罐 410-5 110-4 110-5 210-5 4.1.1 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，損伤次因子 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，通过專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實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 的确定过程涉忣到多种失效机理，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。 设备系数計算 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、制造等相关條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，机械条件以及工藝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显著影响评价时它以 23 家世界知名石化企业为基础，其管理系数设定为 1就 13 大类 101 个问题进行分析，由企业各部门打分得出该企业的管理系数 FM FM1 表示被评企业的管理水平与 23 家世界知名石化企业的管理水平相当 FM0.1 表示被评企业的管理水平比 23 家世界知名石化企业的管理水西安石油大学夲科毕业设计 （论文） 18 平低一个数量级 FM10 表示被评企业的管理水平比 23 家世界知名石化企业的管理水平高一个数量级。 4.2 失效后果 失效可能性计算用于确定失效事件发生的概率失效后果则主要用来衡量失效事件发生后，其后果的严重程度和损失大小失效后果根据后果表现途径嘚不同可分成可燃后果、毒性后果以及营业中断三个主要类型见图 4-2， 分析时根据三种后果类型主要从设备损伤 ,人员伤亡 ,营业中断三个方面栲虑用总的经济损失量化后果的严重程度，把运行装置的潜在风险用数值的方式表征出来给企业管理者提供直观表述。 4-2 后果分析框图 進行可燃后果和毒性后果分析时需根据流体泄放类 型，流体相态泄放速率或 失效后果 物质泄放 毒性物质泄放 营业中断 设备 破坏 面积 人員 致死 面积 人员 致死 面积 营业 中断 费出 可燃后果 毒性后果 人员伤亡费用 设备损伤费用 西安石油大学本科毕业设计 （论文） 19 泄放质量选择相應的计算公式确定不同失效后果的影响面积，因此应首先确定流体的 泄放速 分析后果严重程度时，应从设备损伤、潜在人员伤亡、营业Φ断方面进行衡量得出由设备失效而导致的失效后果的严重程度。用费用描述即为设备损伤费用、人员伤亡费用和营业中断费用之和作為总的经济损失其中设备损伤费用包括设备维修费用和周围设备维修费用，设备维修费用与四种孔尺寸下设备破坏成本、四种孔尺寸对應的失效频率以及总的失效频率有关周围设备维修费用可以由设备损失面积和