从乙烯装置泄漏事故事件谈管控重点
摘要：乙烯装置生产运行过程中，会出现由泄漏引起的装置非计划停工和着火爆炸事故，对此要引起我们足够的重视。文章从乙烯装置发生泄漏的形式入手，分析产生泄漏原因，并结合乙烯装置曾经发生的泄漏事故事件案例，归纳总结防止乙烯装置泄漏发生的管控重点，希望可被借鉴用来完善乙烯装置防泄漏发生的日常隐患排查方向和设备设施管控重点。
关键词：乙烯装置；泄漏；原因；事故事件案例；管控重点
1 引言
1982-2020年中国石化乙烯装置泄漏非计划停工案例263起，按照非计划停工涉及泄漏案例29起，占总数的11%。其中因小接管部位故障导致的停工事故有6起，约占21%；因常温高压部位故障导致的停工事故有5起，约占17%；因低温法兰故障导致的停工事故有5起，约占17%；因高压水汽部位故障导致的停工事故有4起，约占14%；因氢气部位故障导致的停工事故有3起，约占10%；因低温阀部位导致的停工事故有2起，约占7%；因物性腐蚀部位故障导致的停工事故有2起，约占7%；因低温焊缝故障导致的停工事故有1起，约占3%；因埋地部分故障导致的停工事故有1起，约占3%。
针对于乙烯装置泄漏风险，企业可依据有关标准、规范，对可能存在的泄漏风险进行辨识与评估，对风险分析结果、设备失效数据或历史泄漏数据进行分析，辨识出可能发生泄漏的部位和条件，结合物料危险性、泄漏量、设备类型对泄漏部位进行分级管理，建立泄漏部位的清单，提出针对性的防范措施。
2 乙烯装置常见泄漏的形式和原因
2.1 乙烯装置常见泄漏的形式
2.1.1沙眼穿孔
沙眼穿孔是比较常见的泄漏形式之一。沙眼穿孔常常会出现在装置的金属管道弯头及变径部分，因为长期处于腐蚀和物料冲刷的环境中，金属内表面可能会有很多比较小的孔洞，这就是沙眼。细小的穿孔，日常检查和定期检测中不易被发现，经长时间不断累积，小的穿孔会慢慢变大，继而出现物料从穿孔处泄漏的情况。
2.1.2裂纹或者断口
裂纹或者断口也是发生泄漏的重要原因之一。在温度存在较大波动或者机械应力的作用下，乙烯装置的工艺管道或设备设施上很有可能出现一些裂纹。如果这些裂纹不能被日常检查或定期检测提前发现，就有可能慢慢扩展，成为新的断口，由此出现泄漏的情况。在冷热温差较大的区域和设备，由于管材的热胀冷缩，也会存在较大的裂纹或者断口风险。
2.1.3密封失效
密封失效也是一种比较常见的泄漏形式。从功能上来看，乙烯装置中的密封件，主要是阻止工艺物料从连接处溢出的，但是因为材料可能老化、设计可能有缺陷、安装可能有不恰当的地方，密封件也可能因此处于失效的状态。如果密封性能下降，被严密封闭的乙烯装置物料，可能从密封处泄漏出来。
2.2 乙烯装置泄漏的原因
在化工行业中，乙烯的生产和处理属于核心环节，必须要保证其安全性，这样整个化工厂的生产才是稳定的。但是乙烯装置还是可能出现物料泄漏问题，这不仅仅会对生产、环境，还会对员工的身体健康和生命安全构成威胁。基于过去发生的乙烯装置泄漏事故事件进行分析，发现主要可以将其发生的原因归结为以下几点：
其一，从材料疲劳和腐蚀的角度来看，乙烯装置长期处于运行中，会受到高温高压、腐蚀性化学物质的双重影响，设备材料很容易老化，这样会让泄漏的风险不断增加。比如管道的焊缝处，因为长期以承受周期性的热应力，可能会出现微小的裂纹，这些裂纹会在不能及时察觉的前提下，出现慢慢扩大的情况，由此出现泄漏事故。另外，一些生产过程引入的介质成分对于金属材料有着强烈的腐蚀作用。
其二，操作失误的原因。人为的操作不当，操作阀门出现失误，错误切换工艺流程，都可能让系统压力或者温度处于失常的状态。一些操作人员不能严格依照规程来操作，面对紧急情况的时候，处理不当，这些都可能导致出现泄漏的情况。
其三，维护不足的原因。在实际生产的过程中，因为各种原因，或者迫于生产进度的要求，设备的维护工作可能被忽视或者延迟，这样会让设备出现故障或者出现泄漏。比如密封件的老化，如果没有及时去更换，可能在高压的条件下出现失效的情况，继而导致泄漏。
其四，设计缺陷的原因。乙烯装置的设计需要考虑到各种极端的工况条件，如果设计不合理或者过度优化，可能在特定条件下出现设备难以工作的情况。比如设计的时候，不能考虑到材料高温下的膨胀特性，长时间运行管道接口可能面对很大的压力，由此出现对应的泄漏。
其五，自然灾害的影响。地震、洪水等自然灾害，都可能对于乙烯装置造成损害，比如物理损害，继而让泄漏事件发生概率不断提升。
3 乙烯装置泄漏管控的必要性
乙烯的化学活性比较强、易燃易爆、如果出现泄漏，很容易造成多维的不良影响，因此对于乙烯装置泄漏进行管控，是安全生产的必然之举，也是保障公共安全和生态环境的重要措施。
从安全生产的角度来看，乙烯装置泄漏的管控，可以预防重大安全事故。化工行业是工业泄漏事故高发的领域，乙烯装置因为其高温高压的操作环境，成为事故易发的节点。并且一旦出现泄漏，设备本身会受到损坏，还可能出现连环事故，比如火灾或者爆炸等，继而对于人员的生命安全构成很大的威胁。
从环境影响的角度来看，乙烯装置的泄漏，会对于大气环境造成污染，长期积累，很有可能对于土壤或者水体造成一定程度的污染，继而影响生态系统和人类的健康。比如，乙烯在大气中，可以与氧气发生反应，生成二氧化碳和水，由此让温室效应不断扩大。另外，乙烯的泄漏，还可能引发地表水的污染，让饮用水源的安全系数受到影响。在有效的泄漏管控措施下，最小化潜在的环境风险，保护自然资源不会受到污染，这样才能够让生态处于平衡的状态。
从经济效益的角度来看，乙烯装置的泄漏事件如果出现，除了有直接的物理损伤之外，还可能出现生产停滞、赔偿、罚款、声誉损失等间接成本，这些成本也是比较大的。成本可能会因为没有及时管控，而不断增加。如果关注先进监测技术和安全管理机制的构建，其可以减少因为泄漏造成的直接经济损失，还可以树立良好的企业形象，继而让消费者和投资者的信心倍增，这对于企业的持续发展是有利的。
从社会影响的角度来看，化工企业的安全问题，还可能对于周边社区居民的健康和安全造成影响，一个乙烯装置泄漏事故，可能引起公众的恐慌，造成社会不稳定。通过建立严格的安全管控系统和积极的社区沟通机制，可以增强公众对企业的信任，促进企业和社区的良好关系，为地区的和谐社会贡献力量[1]。
4 乙烯装置泄漏事故事件真实案例
4.1 高压水汽部位的泄漏
燕山石化乙烯装置1984年“11.14”停车事件。BA-101裂解炉的四分之三寸的高压BW管发生泄漏，现场采取带压堵漏、带压焊漏的方案来处理，都未奏效。晚上22时管断，高压锅炉给水大量外漏，被迫紧急停炉，全装置停车焊漏，停产处理持续34.5小时。对于该事件原因进行分析，发现是因为高压水汽部位材质缺陷，本应使用壁厚5mm的高压管，现场实际使用的是壁厚3.2mm的普通管，由此造成对应的泄漏。
4.2 氢气部位的泄漏
茂名石化乙烯装置1998年“03.09”泄漏着火事故。甲烷化反应器进料加热器法兰部位出现了氢气物料泄漏，高温氢气遇空气发生着火，造成甲烷化系统紧急停车12个小时。此外，事故还造成氢气放火炬，加氢单元停车，碳三加氢系统停车。事后经排查，发现原因是甲烷化反应器进料加热器封头法兰密封失效，高温氢气从法兰处泄漏，遇到空气之后，迅速产生反应着火。茂名石化事后将法兰垫片改用密封性能更好的波齿垫。
4.3 小接管部位的泄漏
齐鲁石化乙烯装置1990年“4.27”冷箱尾气回收管线物料泄漏爆炸着火事故。凌晨1:55，乙烯装置在平稳操作下，分离冷箱发出两声爆炸声，空中出现大火球。乙烯装置紧急停车，停止冷箱进料，系统降压。因为冷箱系统大，结构比较复杂，灭火过程持续了六个多小时。事后对于事故原因进行分析，发现是冷箱根部连接的2寸乙烯尾气回收管线长期固定不好，管线跨度大（5.36米），跨线支点起不到作用，受震动和风力的影响，管线位移不断扩大，加上荷载的作用，造成跨线局部疲劳产生横向开裂，物料泄漏引起闪爆着火。
4.4 低温阀部位的泄漏
齐鲁石化乙烯装置2003年“6.12”泄漏事件。乙烯装置脱甲烷塔3号进料罐（FA306）至冷箱（EA308）气相线倒淋阀，现场无法隔离、切除，造成分离系统紧急停车，裂解、压缩单元降负荷运行。倒淋阀泄漏的原因是阀门铜套长时间处于受冷的状态，存在变形的问题，阀门手轮失去其功能，现场不能隔离泄漏点，只能将冷箱系统隔离泄压后，再对漏点进行处理。整个消漏过程持续时间一天多，对于正常生产造成了较大影响。
4.5 低温法兰部位的泄漏
低温法兰部位的泄漏，也是常出现的。比如中沙石化2012年6月14日13:30，裂解装置因二元制冷压缩机GB651二段吸入罐一处法兰泄漏紧急停车，至6月16日12:00全部恢复正常。燕山石化2012年12月18日，乙烯装置脱甲烷塔进料分离罐FA-307人孔法兰发现裂纹，进行监控运行，2013年1月初停工检修。扬子石化2013年7月12日4时13分，2#乙烯精馏塔回流泵B泵出口阀管线法兰泄漏、起火，乙烯精馏塔回流泵、脱乙烷回流泵电缆烧坏，压缩单元GB-1501、GB-1302停车，2#分离单元停车。
4.6 低温焊缝部位的泄漏
扬子石化2015年“7.10”泄漏事件。2#乙烯精馏塔回流阀处焊缝存在裂纹，2015年7月10日16:10发生泄漏，精馏塔紧急倒空处理。扬子石化2#乙烯经过节能改造之后，新更换的回流泵存在管线震动大的现象，2013年2#乙烯消缺时，根据设计院方案对泵出口管线进行了改进，但是没有彻底解决管线震动大的问题。2013年7月，曾因管线振动大，导致回流泵出口法兰泄漏着火。此后又对泵基础、管道支架等进行了加固，机泵特护运行。对于本次泄漏的导淋而言，其位置设定在泵出口的管线上，长期存在震动的情况，自然会成为发生泄漏的主要原因[2]。
5 乙烯装置泄漏管控重点
结合乙烯装置泄漏事故事件案例，对于故障发生的类型进行归纳总结，发现小接管部位、常温高压部位、低温法兰部位、低温焊缝部位、高压水汽部位都是容易出现泄漏的节点，因此可以将此作为管控的重点，在此基础上加强日常隐患排查和定期检测，杜绝设备设施“带病运行”，为乙烯装置构建安全平稳的生产环境。从这个角度来看，要在实际的管控过程中，努力做好如下几个方面的工作：
5.1 采取一般性的预防措施，确保全面性
一般性的预防措施，是指能够依照装置的生产维护需求，使用一般性的预防方案，让对应的乙烯装置设备处于良好的运行状态。在此维度，要保证预防工作的全面性。此时需要关注的节点有：定期做好LDAR检测，关注漏点的修复工作；重点关注管线弯头、封头测厚工作；确保整个系统处于良好的运行状态，防止出现超温、超压或者超负荷的情况；检查管线安装是否存在设计问题或隐患缺陷；检查各个设备、管线、阀门等材质，是否是符合要求；对于管托、支撑等管件进行检查，是否符合设计规范；检查倒淋运行中是否关严、管帽等附件是否安装到位；运转设备做好预防性检修工作；现场可燃气体报警仪定期检测，合理布局[3]。
5.2 坚持具体问题具体分析，做到重点部位重点管控
从上述泄漏的案件来看，不同类型的泄漏，其形成原因是不一样的，在进行防控的时候，也需要做到具体问题具体分析。
小接管部位管控重点：加强易燃易爆炸小接管的定期测厚检查工作；加强小接管的固定环/固定圈的定期检查；检查是否存在安装缺陷或隐患；低温管线要注意露点腐蚀，尤其介质常温汽化的管线；介质含有高温硫或硫化氢的小接管主要注意内腐蚀，加强检测工作；对仪表小接管密封性做好检查工作；对于使用部位存在外力和细腰结构形式的小接管，加强固定环/固定圈安装检查；对存在震动较大的小接管，寻求解决震动的问题[4]。
高温高压部位管控重点：易出现泄漏的地方，强化LDAR检测，对于漏点进行修复；闪点高、不能自燃、燃烧不会爆炸的产品，在泄漏的时候，要保证控制着火的影响范围。做好油品类介质附近超高压/高压蒸汽管道的保温，避免出现裸露的情况；高压部位如果存在震动，要保证其不会对于密封、焊缝造成影响，因此要对于震动节点进行检查，制定对应消除震动的方案。
低温法兰部位管控重点：对于材质进行检查，保证合规性，不要出现低质量法兰材料引入的情况；找到消除震动的方法，避免对于密封造成不良影响，特别是避免脉冲震动破坏造成密封失效；加强LDAR检测工作，做好高空巡检工作[5]，因低温法兰都有保冷，而且塔罐较高，要做好日常泄漏检查预防工作。
高压水汽部位防控重点：杜绝旁路小管线的旁路阀门长期维持开启；超高压锅炉给水泵杜绝使用出口返回旁路线作暖泵线，变更为引高压锅炉给水作为暖泵使用；定期做好管线弯头、阀体（包括调节阀）及小管线测厚工作；定期做好高压水汽阀门盘根检查及更换，特别减温增湿阀调节阀盘根维护工作；杜绝阀门（不包括减温增湿调节阀）长时间低流量节流气化两相流产生冲刷（当蒸汽的流动速度较高且汽流中含有大的水滴时，管子受汽、水两相流冲刷变薄，发生穿孔或受给水压力而鼓破）[6]。
6 结语
综上所述，通过对乙烯装置泄漏事故事件的分析，会发现乙烯装置发生泄漏的原因是比较多样化的，可通过统计分析发生过泄漏事故事件的重点部位，分析其发生泄漏的原因，加强日常管理和采取针对性的管控措施，可有效避免同样部位再次发生泄漏，保障乙烯装置的安全平稳生产。
参考文献：
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[3]张锐. 烯烃分离装置乙烯精馏塔改造及运行分析[J]. 山西化工, 2024, 44 (05): 152-154.
[4]李浩, 李姗姗. 乙烯装置DCS控制系统操作权限及报警信息管理[J]. 仪器仪表与分析监测, 2024, (02): 19-23.
[5]田野. 基于HAZOP-LOPA分析的烯烃罐区安全风险评估[D]. 内蒙古科技大学, 2023.
[6]张昆. 乙烯装置稀释蒸汽系统问题分析及解决措施[J]. 炼油与化工, 2019, 30 (06): 35-36.
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