風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)在低壓羰基合成裝置中的應(yīng)用

王艷青

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，南京 210036）

RBI（Risk-Based Inspection）即基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)，是一種安全性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一，從對(duì)系統(tǒng)中固有或潛在的危險(xiǎn)發(fā)生的失效可能性和失效后果這2方面進(jìn)行科學(xué)分析，給出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排序，找出薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化檢驗(yàn)策略以確保安全和減少運(yùn)行費(fèi)用的一種檢驗(yàn)技術(shù)[1-3]。該技術(shù)上世紀(jì)90年代在英美等國家石化裝置得到了廣泛應(yīng)用，近年來在我國石化煉油等行業(yè)各裝置風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)中也得到了應(yīng)用，得到了較好效果[4-6]。經(jīng)過發(fā)展較為成熟，該檢驗(yàn)技術(shù)已寫入2009年頒布的TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中[7]。

1 裝置簡介

某公司的OXO裝置，采用國外引進(jìn)的以銠的化合物為催化劑、三苯基膦為配位體的低壓羰基合成工藝技術(shù)，屬羰基合成聯(lián)合項(xiàng)目。該技術(shù)具有產(chǎn)品收率高，采用了低壓羥基合成工藝，在工藝上能同時(shí)實(shí)現(xiàn)正丁醇、異丁醇和辛醇的生產(chǎn)，從而滿足企業(yè)和用戶供需雙方的需要。根據(jù)反應(yīng)條件能有效的控制產(chǎn)品的正、異構(gòu)物比例，彈性變化較大。

該裝置自2005年6月投運(yùn)以來，至2008年11月曾全面檢驗(yàn)過30臺(tái)壓力容器，其安全狀況等級(jí)均為1、2級(jí)，其中塔C2450安全狀況等級(jí)為3級(jí)（以上已檢設(shè)備均不在本次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)范圍內(nèi)）。基于對(duì)實(shí)際生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)方面的考慮，該公司到2008年法定檢驗(yàn)前提出對(duì)剩余的該裝置的158臺(tái)設(shè)備進(jìn)行延期檢驗(yàn)。

OXO裝置自投運(yùn)以來，管道系統(tǒng)有定點(diǎn)測(cè)厚，測(cè)點(diǎn)分布主要以酸性水系統(tǒng)為主，未曾發(fā)現(xiàn)異常減薄現(xiàn)象。裝置中設(shè)備及部分管線曾發(fā)生過應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象，非計(jì)劃停車未曾發(fā)生，每年可能出現(xiàn)的緊急停車次數(shù)為2～3次，未曾出現(xiàn)過重大設(shè)備事故和隱患。通過調(diào)閱DCS操作平臺(tái)的各操作參數(shù)，未出現(xiàn)過較大范圍波動(dòng)情況，運(yùn)行平穩(wěn)。該裝置設(shè)備類型范圍廣，基本覆蓋了全裝置各個(gè)工段的主要設(shè)備，經(jīng)對(duì)工藝設(shè)計(jì)資料、設(shè)備設(shè)計(jì)資料、歷年法定年度檢驗(yàn)資料、危險(xiǎn)源分析資料等展開了大量的調(diào)研，充分掌握了與設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)情況相關(guān)的資料。

2 RBI評(píng)估

容器的腐蝕速率及開裂敏感性是應(yīng)用API581相關(guān)附錄，根據(jù)容器實(shí)際使用和操作情況而確定，同時(shí)為確保此項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性，在確定速率和敏感性的同時(shí)，調(diào)閱大量歷年實(shí)際測(cè)厚數(shù)據(jù)，對(duì)相關(guān)的速率及敏感性進(jìn)行了修正。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果

OXO裝置內(nèi)的158臺(tái)設(shè)備根據(jù)設(shè)備的不同部件、不同壁厚、不同材質(zhì)、不同的操作條件等被劃分為580個(gè)評(píng)價(jià)單元，將收集到的不同單元的材質(zhì)、壁厚、設(shè)計(jì)及操作壓力溫度、保溫、涂層及熱處理情況、腐蝕裕量、化學(xué)介質(zhì)及相態(tài)等各項(xiàng)數(shù)據(jù)（包括假設(shè)條件和管理系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果）錄入DNV ORBIT Onshore軟件，對(duì)可能發(fā)生的損傷模式判別后，進(jìn)行失效可能性分析和失效后果的計(jì)算，獲得了裝置內(nèi)580個(gè)評(píng)價(jià)單元的風(fēng)險(xiǎn)。將具有相同等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備數(shù)量相加，經(jīng)過計(jì)算分別得到了2008—2012年OXO裝置各設(shè)備部件的失效可能性、失效后果和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其各年度的風(fēng)險(xiǎn)如圖1所示。

從圖1可以看出，OXO裝置在2008年12月時(shí)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，運(yùn)行狀態(tài)良好，沒有高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)；中高風(fēng)險(xiǎn)占0.17%（有1個(gè)評(píng)價(jià)單元即加氫反應(yīng)器R2322頂部）。失效可能性為3級(jí)的評(píng)價(jià)單元有1個(gè)即加氫反應(yīng)器R2322頂部；沒有失效可能性大于3級(jí)的評(píng)價(jià)單元。

2009年與2008年相比，風(fēng)險(xiǎn)變化不大，中高風(fēng)險(xiǎn)占0.17%（有1個(gè)評(píng)價(jià)單元即加氫反應(yīng)器R2322頂部），沒有失效可能性大于3級(jí)的評(píng)價(jià)單元。

2009—2010年，中高風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)單元有4個(gè)，占評(píng)價(jià)單元總量的0.69%，較2009年風(fēng)險(xiǎn)有所上升，中高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)價(jià)單元較2009年增加的有以下3個(gè)，即R2300底部、R2300頂部及R2300筒體。

到2011年，中高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)價(jià)單元較2010年有所上升，共有9個(gè)評(píng)價(jià)單元，占單元總量的1.55%。中高風(fēng)險(xiǎn)較2010年增加的評(píng)價(jià)單元有以下5個(gè)，即再沸器E2370殼程、E2453殼程、硫酸罐V2385筒體、V2385上封頭、V2385下封頭。

圖1 OXO裝置的風(fēng)險(xiǎn)Fig 1 The risk of OXO unit

2012年，裝置中高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較2011年風(fēng)險(xiǎn)上升較快，共有51個(gè)評(píng)價(jià)單元，占單元總量的8.79%；其余91.21%處于中低風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)演化

表1和表2分別為OXO裝置158臺(tái)靜設(shè)備各評(píng)價(jià)單元在2008年12月—2012年12月時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)及失效可能性變化情況。

表1 OXO裝置風(fēng)險(xiǎn)變化Tab 1 The risk changes of OXO unit

表2 OXO裝置失效可能性的演化Tab 2 The failure likelihood changes of OXO unit

2008年與2009年失效可能性為三級(jí)的單元均為1個(gè)，但到2010年失效可能性為三級(jí)的評(píng)價(jià)單元較2009年又增加了14個(gè)。2010—2011年，評(píng)價(jià)單元失效可能性上升幅度較快，失效可能性為4級(jí)的單元達(dá)25個(gè)，三級(jí)的為118個(gè)。2012年失效可能性為4級(jí)的評(píng)價(jià)單元達(dá)142個(gè)，三級(jí)的為53個(gè)。分析表明，至2012年12月共有142個(gè)評(píng)價(jià)單元的失效可能性為4級(jí)，53個(gè)評(píng)價(jià)單元的失效可能性為三級(jí)。

根據(jù)本次風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果，2010年12月，OXO裝置580個(gè)評(píng)價(jià)單元當(dāng)中，并沒有出現(xiàn)失效可能性達(dá)4級(jí)的評(píng)價(jià)單元，但失效可能性為3級(jí)的評(píng)價(jià)單元共計(jì)15個(gè)（分布在10個(gè)設(shè)備當(dāng)中），其中中高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)有4個(gè)（分布在2個(gè)設(shè)備當(dāng)中）。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果中各設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的不同，對(duì)于2010年風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大于三級(jí)的設(shè)備，如反應(yīng)器、塔器和部分換熱器等壓力容器，除加強(qiáng)日常巡檢工作外，還需采取必要的監(jiān)控和在線檢驗(yàn)措施，降低其失效可能性等級(jí)，從而降低風(fēng)險(xiǎn)，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

2.3 RBI檢驗(yàn)方案

在發(fā)達(dá)國家的石化裝置中，中高或高風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備大概占設(shè)備總數(shù)的20%。對(duì)于處于中高風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備，如反應(yīng)器、塔器和部分換熱器等壓力容器，可根據(jù)損傷機(jī)理確定的檢驗(yàn)方案適當(dāng)加強(qiáng)檢驗(yàn)工作，以降低失效的可能性，從而降低風(fēng)險(xiǎn)。一般情況下，容器的在線檢驗(yàn)手段主要以宏觀檢驗(yàn)和超聲波測(cè)厚為主；在設(shè)備計(jì)劃停車期間，可采用更高有效性的檢驗(yàn)方法來了解設(shè)備的安全狀況。鑒于此，特根據(jù)以下原則對(duì)本裝置設(shè)備制定了相應(yīng)的檢驗(yàn)方法和比例。

1)壁厚是每次進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)再評(píng)價(jià)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，因此通常宏觀檢查和測(cè)厚是在線檢驗(yàn)的必檢項(xiàng)目;在僅有減薄機(jī)理情況下，則應(yīng)在可能發(fā)生減薄的部位重點(diǎn)查壁厚變化；

2)對(duì)可能出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂的設(shè)備應(yīng)盡可能在計(jì)劃停車時(shí)進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部對(duì)焊縫部位進(jìn)行滲透或磁粉檢驗(yàn)，不能進(jìn)入內(nèi)部的設(shè)備則應(yīng)進(jìn)行外壁超聲波或射線檢驗(yàn);對(duì)僅有應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理情況下，應(yīng)在滿足應(yīng)力腐蝕開裂條件的部位重點(diǎn)查裂紋；

3)對(duì)于存在外部腐蝕可能性的設(shè)備，應(yīng)適當(dāng)拆除保溫層進(jìn)行外部宏觀檢查和測(cè)厚。

3 結(jié)論

完整性管理是一個(gè)不斷積累的過程，在評(píng)價(jià)過程中著重分析設(shè)備的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)?；诖耍疚慕o出了設(shè)備連續(xù)5年的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)水平，以便設(shè)備管理人員更全面地了解設(shè)備的當(dāng)前現(xiàn)狀及其風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢(shì)，從而杜絕設(shè)備事故安全隱患，對(duì)設(shè)備管理人員有一定借鑒意義。

OXO裝置在本次評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的158臺(tái)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)水平較低。鑒于該公司具有完善的安全管理機(jī)制，工藝操作及運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，并且有可靠的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。需參考TSG R7001-2004，結(jié)合在線常規(guī)檢驗(yàn)策略，另制定了本次風(fēng)險(xiǎn)可能性等級(jí)為三級(jí)及以上容器各單元的檢驗(yàn)方案[8]。

[1]陳學(xué)東,王冰,楊鐵成,等.基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)（RBI）在中國石化企業(yè)的實(shí)踐及若干問題的討論[J].壓力容器,2004,21(8):3945.

[2]API 581 2000 American petroleum institute:risk-based inspection base resource document[S].

[3]API 580 2002 American petroleum institute:risk-based inspection[S].

[4]章湘武，梁國華.風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)技術(shù)（RBI）在茂名石化中的應(yīng)用[J].中外能源,2010,15(6):82-85.

[5]馬思亮.基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)（RBI）在石化裝置上的應(yīng)用分析研究[D].北京:北京化工大學(xué),2013.

[6]王瑞思,張萬鈴,王偉華,等.催化裂化裝置的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（RBI）與檢驗(yàn)驗(yàn)證[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2011,11(29):7078-7082.

[7]TSG R0004-2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[8]壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則TSG R7001-2004[S].