国内化工设备安全现状与技术趋势

关键词： 工业锅炉 特点 化工设备 发展

1 国内化工设备发展特点

随着生产力的提高和经济发展, 化工设备的发展具有以下特点。

1.1 压力容器、工业锅炉大型化、高参数、长周期方向发展

珠三角、长三角及东北地区的传统化工版块不断壮大、密集度提高;全国各地化工园区不断上马、星罗棋布。乙烯单套装置生产能力达百万吨级/年, 炼油装置生产能力已达到千万吨级/年。装置工况条件更加严苛, 工作温度、工作压力、容器尺寸、壁厚、单台重量不断攀升。停产检修周期从目前的1~2年, 设法延长至3~5年。

1.2 油气长输管道向高效的大管径、高压力、长距离输送方向发展

全球性的能源贸易以及国际间的开发与合作, 推动了跨国油气输送管道的发展;同样, 国内“西气东输”和现代化城市燃气管网的建设, 使压力管道的输送参数不断提高。为追求低投入高效率相应的石油、天然气储罐大型化也成为主流。

2 安全状况分析

化工设备在国民经济中发挥作用的同时也显现出:一旦管理失控, 它将对人民的生命和财产安全造成严重的危害。我国每年有数以百计的人员因为化工设备事故而失去生命或受伤致残。仅“十五”期间, 我国就发生各类压力设备事故783起。其中:重大事故2起, 较大事故42起, 一般事故739起;造成死亡636人, 直接经济损失19353.97万元。

九十年代以前, 化工设备的缺陷主要是:设计选材不当、结构不合理、焊接缺陷, 此类原因引起的设备失效占70%, 腐蚀、疲劳等使用中产生缺陷引起失效占30%;然而近十年来各种腐蚀70%和疲劳5%等, 引起设备失效的比例大幅增加。如图1。

根据特种设备方面的监督与检验统计数据, 此类产品的问题率 (百台设备发现问题次数) :锅炉为7.0%;压力容器为4.5%。

这一情况从侧面也说明了化工设备产品的制造环节中, 安全质量控制的趋势和现状, 与欧美设备 (问题率<3%) 相比仍有较大的差距。

在统计数据中所发现的各类问题主要集中在:外观及几何尺寸、制作过程、射线底片、焊接、质量管理体系等方面。这反映出生产单位在管理水平、检测技术方面还有待提高。因此, 在未来的压力设备运行管理以及科研方向和工作重点, 应当根据各压力设备的薄弱环节, 有针对性地加强监控, 采取措施对上述常见缺陷加以防范。

3 面临的问题和技术趋势

与世界发达国家相比, 我国压力设备安全形势严峻, 总体安全状况差距较大。事故发生率高, 后果严重, 事故发生率仍是发达国家的5~6倍。抛开国家法律法规有待更新完善、监管体系有待强化执法力度和效能等环境因素。国内化工企业普遍存在历史负担重、基础管理薄弱, 安全技术推行迟缓, 安全投入不足, 超期限、超负荷带病运转, 重使用、轻维护等现象, 这些都致使事故风险增高。

目前化工设备与管道安全工程技术研究和进展主要集中在两个领域, 它们分别是:一、化工设备与管道产品的安全质量保证技术;二、在线在役设备安全保障技术。围绕的重点主要运用在:国家重点工程建设项目、关键承压设备的研制和重要工业设施与城市生命线工程的在线保障上。主要表现在以下几点。

3.1 化工设备与管道产品的安全质量保证技术

(1) 新材料、特种材料的应用。

大型化、低耗高效的工业需求以及工艺性能和参数要求的不断提升, 为新材料、特种材料大型化工设备产品的应用提供了前所未有的需求空间。

对钛复合板、锆复合板, 哈氏, 钛钯、钛, 镍基合金等材料加工技术的日趋成熟, 在材料杂质敏感、晶相控制、洁净环境、零余量制造、PMI在线检测、氦检漏技术等方面的质量保证, 使其产品运行的安全性、稳定性产生出了显著的经济效益。在PTA反应釜、醋酸反应釜、闪蒸器、塔器、湿法冶金加压釜、煤化工反应器等的制造上被广泛采用。

(2) 大型石油、天然气储配系统、煤化工装置关键承压设备技术的应用。

特厚Cr-Mo钢钢板及锻件成型、焊接、无损检测等制造技术研究与开发, 大厚壁焊缝现场TOFD检测替代射线检测技术研究, 管道焊缝缺陷检测技术已取得成果, 提出了符合我国压力容器生产与使用条件的检测工艺技术方法, 在产品的实际制造中使用。

(3) 建立我国基于寿命与可靠性的承压设备设计、制造技术方法与标准体系。

3.2 在役设备安全保障技术

(1) 压力容器与管道风险评估技术。

主要有:基于风险评价的石化装置与城市燃气储配系统承压设备安全保障关键技术研究、典型石化装置安全保障中以可靠性为中心的维护关键技术研究、成套装置风险评价技术研究及软件开发等。

目前在国内已成功解决了腐蚀减薄与泄漏声发射信号识别与评估的技术难题, 并应用声发射方法对大型的储油罐安全性进行不停产在线检测。

(2) 高温或典型腐蚀介质环境下在用压力容器与管道检测与安全评估技术。

主要有:高温腐蚀环境下承压设备剩余寿命预测方法, 同时国内业开发完成了不拆保温层承压设备壁厚和焊缝缺陷检测技术、带保温层金属管道腐蚀凹坑、局部减薄的射线成像检测技术, 并成功应用。

(3) 重要压力容器与管道安全监控与爆炸预防装置及应急抢险预案技术。

主要表现在:基于事故与失效分析的设计技术方法的改进;承压设备全寿命服役过程的风险识别与评价方法;安全诊断与爆炸监控技术, 在超高压容器、大型球罐、多层包扎高压容器、加氢裂化高压空冷等重要压力容器上应用;构建适合我国国情的承压设备失效模式、典型损伤退化机理与寿命的数据库。为化工设备的安全监控与爆炸预防以及应急抢险技术提供支持。

4 结语

针对上述问题, 在强化安全管理的同时, 科技兴安、依靠科技进步是化工设备安全的重要保障。由于其安全性涉及到设计、制造、安装、使用、检修等诸多环节, 是技术性很强的系统工程, 防止和减少事故的途径, 均与安全技术水平和能力相关。因此, 保证化工设备安全的根本出路, 在于提高我国压力设备安全技术水平和能力。

摘要：针对《特种设备安全监察条例》中涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器 (含气瓶) 、压力管道等承压类设备, 结合近年来国内化工设备的发展特点及运行的安全状况, 构建和提升适合我国国情的承压设备基础数据库、在线检测技术、失效模式、寿命评估等科技水平已是时势所需。

关键词：化工设备,现存问题,技术趋势