基于風(fēng)險的檢驗(RBI)技術(shù)應(yīng)用和研究進展*

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(合肥通用機械研究院 國家壓力容器與管道安全工程技術(shù)研究中心，安徽 合肥 230031)

基于風(fēng)險的檢驗(Risk-Based Inspection，簡稱RBI)是一種針對材料損傷所引起的設(shè)備失效的風(fēng)險評估和管理過程，這種風(fēng)險主要通過設(shè)備的檢測來管理。作為一種先進的設(shè)備管理技術(shù)，RBI技術(shù)將定性分析和定量計算相結(jié)合，識別設(shè)備的損傷機理和失效模式，制定科學(xué)的檢驗時間和優(yōu)化的檢驗策略，保障設(shè)備安全，提高經(jīng)濟效益，廣泛應(yīng)用于石油化工、電力、海洋平臺和船舶等領(lǐng)域。

1 RBI技術(shù)介紹

1.1 RBI技術(shù)追溯

美國機械工程師協(xié)會(American Society of Mechanical Engineers，簡稱ASME)是全球范圍內(nèi)較早研究RBI技術(shù)，并最先出版RBI指導(dǎo)文件的專業(yè)機構(gòu)。

1991年，ASME出版了RBI指導(dǎo)文件第一卷：通用文件(CRTD-Vol.20-1)；

1992年，ASME出版了RBI指導(dǎo)文件第二卷第一部分：輕水反應(yīng)堆(LWR)核電站部件(CRTD-Vol.20-2)；1994年，ASME出版了RBI指導(dǎo)文件第三卷：火力發(fā)電廠應(yīng)用(CRTD-Vol.20-3)；

1998年，ASME出版了RBI指導(dǎo)文件第二卷第二部分：輕水反應(yīng)堆(LWR)核電站部件(CRTD-Vol.20-4)；在ASME推出RBI指導(dǎo)文件的同時，1993年5月，BP(英國石油公司),Shell(殼牌公司),Dow(陶氏化學(xué)公司),DSM(帝斯曼集團)和ExxonMobil(?？松梨?等23家歐美石油化工企業(yè)在保障安全的前提下為了降低檢維修費用，共同發(fā)起資助美國石油協(xié)會(American Petroleum Institute，簡稱API)開展RBI技術(shù)在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用研究工作。與ASME主要側(cè)重于研究電力領(lǐng)域的RBI技術(shù)不同，API主要側(cè)重于研究石油化工領(lǐng)域的RBI技術(shù)。1996年，API公布了RBI基礎(chǔ)資源文件(Risk-based inspection base resource document)的草案(即API BRD581)；2000年5月，API公布了正式版的RBI基礎(chǔ)資源文件，也就是第一版API 581，這份文件對定性分析、失效可能性計算、失效后果計算等都做了詳細的闡述；

2002年5月，API公布了RBI推薦性標(biāo)準(zhǔn)，即第一版API RP 580，這份標(biāo)準(zhǔn)給出了石化行業(yè)進行RBI評估的詳細技術(shù)方案；

之后，API還陸續(xù)公布了API 510(壓力容器檢驗規(guī)范)、API 570(管道檢驗規(guī)范)、API RP571(煉油廠靜設(shè)備損傷機理)、API RP572(壓力容器檢驗細則)、API 579(合于使用評價)、API 653(儲罐檢驗、 維修、改造和重建)和API RP750(過程危害管理)，來完善和支撐RBI技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用。

此外，加拿大石油生產(chǎn)商協(xié)會(CAPP)、挪威船級社(DNV)、法國必維(BV)等機構(gòu)和企業(yè)也都在20世紀90年代開始進行RBI技術(shù)的研究與應(yīng)用推廣。

1993年5月， CAPP發(fā)布了管道系統(tǒng)風(fēng)險評價技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)CEC J2793，對風(fēng)險評價和風(fēng)險管理技術(shù)應(yīng)用于加拿大管道運輸工業(yè)起了指導(dǎo)作用。BV公司開發(fā)了設(shè)備資產(chǎn)完整性管理方法(Asset Integrity Management)和RB-eye軟件。DNV公司最早將RBI技術(shù)應(yīng)用于海洋平臺上，并開發(fā)了Orbit Onshore軟件。

2001年3月，BV,DNV和Solvay(索爾維集團)等歐洲16家研究機構(gòu)和企業(yè)聯(lián)合成立了RIMAP(歐洲工業(yè)用的風(fēng)險檢驗和維修程序,簡稱RIMAP)項目組來開發(fā)一套歐洲工業(yè)用的基于風(fēng)險的檢驗和維修程序，并形成適合歐洲法律和企業(yè)實際狀況的風(fēng)險評價標(biāo)準(zhǔn)。

2008年4月，法國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會和英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會同時發(fā)布了RIMAP標(biāo)準(zhǔn)ANFOR CWA15740和BS CWA15740。

1.2 RBI技術(shù)國內(nèi)應(yīng)用情況

20世紀90年代，風(fēng)險評估逐漸被國內(nèi)的科技工作者所認識，RBI技術(shù)的研究和應(yīng)用也漸漸在國內(nèi)開展起來。

1999年，中國石油天然氣集團公司石油管道研究所張平生提出對油氣輸送管道進行風(fēng)險管理和基于風(fēng)險的檢測(RBI)[1]。

2000年，金陵石化煉油廠采用英國Marsh公司的風(fēng)險評估技術(shù)，對南京煉油廠加氫裂化、重油催化及LPG(液化石油氣)罐區(qū)等關(guān)鍵裝置、重點部位進行了定性RBI評估，提出安全改進措施[2]。

2001年9月21日，南京工業(yè)大學(xué)戴樹和教授在第5屆全國壓力容器學(xué)術(shù)會議上作了“新興學(xué)科《風(fēng)險工程學(xué)》梗概”的大會報告，首次對風(fēng)險分析技術(shù)的原理、方法和工程應(yīng)用進行了詳細闡述[3-4]。文獻[5]研究了工程風(fēng)險評價方法在壓力容器風(fēng)險評價中的應(yīng)用。

2002年，天津石化公司化工廠芳烴聯(lián)合裝置預(yù)加氫單元采用DNV公司Orbit Onshore軟件進行了RBI評估，這是定量RBI技術(shù)在國內(nèi)的首次應(yīng)用[6]。

從2000年開始，合肥通用機械研究院(簡稱合肥通用院)和中國特種設(shè)備檢測研究院(簡稱中國特檢院)通過國際合作，引入石化裝置系統(tǒng)工程風(fēng)險分析技術(shù)，并結(jié)合國情開展了一系列研究，在基于剩余壽命的風(fēng)險計算、等風(fēng)險原則確定可接受風(fēng)險、失效機理數(shù)據(jù)庫完善、復(fù)雜失效機制、多種失效模式交互作用下主導(dǎo)失效模式判定等技術(shù)中取得突破，解決了國外技術(shù)與國內(nèi)石化裝置相適應(yīng)的難題[7-10]。

2001年，中國特檢院通過“十五”國家科技攻關(guān)專題“城市埋地燃氣管道重大危險源評價與風(fēng)險評估技術(shù)研究”，首先對埋地管道開展風(fēng)險評估的研究工作[11]。

2002年，合肥通用院承擔(dān)的國家科技部社會公益基金項目“基于風(fēng)險的城市燃氣輸配系統(tǒng)安全保障(2002DIB30082)”，首先對城市燃氣輸配系統(tǒng)開展風(fēng)險評估的研究工作。

同期，合肥通用院和中國特檢院在原國家經(jīng)貿(mào)委科技項目“成套裝置風(fēng)險評估技術(shù)研究與軟件開發(fā)”實施過程中，系統(tǒng)地對成套裝置的風(fēng)險評估進行了研究。

2003年3月，合肥通用院、BV公司和茂名石化公司組成項目組，采用BV公司的RB-eye軟件對茂名石化公司乙烯裂解裝置和加氫裂化裝置進行RBI評估[9]，這是國內(nèi)石化企業(yè)首次對完整的石化裝置開展定量RBI評估，拉開了RBI技術(shù)在國內(nèi)石化企業(yè)廣泛應(yīng)用的序幕。

此外，合肥通用院和中國特檢院還分別開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的石化裝置RBI評估軟件，不僅讓國內(nèi)RBI評估擺脫了對Orbit Onshore軟件和RB-eye的依賴，還為RBI技術(shù)在國內(nèi)的廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

2 RBI技術(shù)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)

隨著RBI技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，在參考API標(biāo)準(zhǔn)體系的同時，充分考慮國內(nèi)石化裝置的實際情況，建立了符合中國國情的RBI技術(shù)相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)。

2006年，國家質(zhì)檢總局頒布國質(zhì)檢特[2006]198號文“關(guān)于開展基于風(fēng)險的檢驗(RBI)技術(shù)試點應(yīng)用工作的通知”， 該文件不僅為RBI技術(shù)的應(yīng)用提供了堅實的政策保障，還對提供RBI評估的機構(gòu)和進行RBI評估的企業(yè)都提出了相應(yīng)的要求，使RBI技術(shù)的應(yīng)用更加規(guī)范與科學(xué)，這也意味著RBI技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用進入了一個新階段。

2009年，《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(TSG R0004—2009)首次將RBI技術(shù)納入在內(nèi)，對RBI技術(shù)的應(yīng)用條件、實施和應(yīng)用RBI技術(shù)時檢驗周期的確定給出了詳細闡述，標(biāo)志著RBI技術(shù)成為一種法定的風(fēng)險評估方法。

2011—2014年，GB/T 26610.1—GB/T 26610.5陸續(xù)頒布實施，對RBI評估的基本要求、實施程序、失效可能性的計算、失效后果的確定等給出了詳細的闡述，是國內(nèi)RBI技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)文件，相當(dāng)于美國的API 580和API 581。

2014年，GB/T 30579[12]頒布實施，進一步完善了RBI技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系。GB/T 30579給出了承壓設(shè)備主要損傷模式識別的損傷描述及損傷機理、損傷形態(tài)、受影響的材料、主要影響因素、易發(fā)生的裝置或設(shè)備內(nèi)主要預(yù)防措施等，相當(dāng)于美國的API571。

此外，GB/T 30578[13]規(guī)定了常壓儲罐基于風(fēng)險的檢驗及評價要求。GB/T 27512[14]給出了埋地鋼制管道的風(fēng)險評估方法，可用于長輸管道的風(fēng)險評估。

至此，RBI技術(shù)在國內(nèi)石油化工領(lǐng)域應(yīng)用的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)基本完善。法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的頒布不僅為國內(nèi)石油化工領(lǐng)域開展基于風(fēng)險的檢驗奠定了基礎(chǔ)，也為國內(nèi)石油化工領(lǐng)域開展基于風(fēng)險的檢驗指明了方向。

3 RBI技術(shù)應(yīng)用和研究進展

RBI技術(shù)應(yīng)用在石油化工、煤化工、電力、船舶和海洋平臺等領(lǐng)域，尤其在石油化工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

3.1 成套裝置

據(jù)不完全統(tǒng)計，中石化、中石油、中海油和中化等企業(yè)約1 600套石化裝置進行了RBI評估，基本上涵蓋了所有的煉油裝置、化工裝置以及倉儲運輸、公用工程等配套裝置。 成套裝置的RBI評估包括壓力容器、壓力管道和安全閥。

撫順石化聚乙烯裝置于2014年8月進行RBI評估，依據(jù)RBI評估結(jié)果和裝置生產(chǎn)運行情況，對風(fēng)險較高的壓力容器和管道進行在線檢驗，并根據(jù)在線檢驗結(jié)果對聚乙烯裝置進行RBI再評估，確定聚乙烯裝置2016年9月和2017年12月的風(fēng)險水平都處于可接受風(fēng)險水平范圍之內(nèi)，并以此為依據(jù)來制定更加科學(xué)的檢驗時間和優(yōu)化的檢驗策略。

陳煒等[15]根據(jù)近十幾年對700余套石化裝置開展RBI評估工作的經(jīng)驗，提出以“4年—8年—12年”的三段式長周期運行模式制定檢修周期，滾動循環(huán)推進基于風(fēng)險的評估與再評估，將法定檢驗周期與企業(yè)長周期運行相結(jié)合，既能避免石化企業(yè)承壓設(shè)備超期不檢，又能利用先進技術(shù)將低風(fēng)險設(shè)備檢驗周期延長，從而解決石化裝置定期檢驗與長周期運行的矛盾，提升石化企業(yè)設(shè)備管理水平。

風(fēng)險分布圖是成套裝置RBI報告的重要組成部分，可以直觀顯示成套裝置的設(shè)備風(fēng)險情況，不足之處在于現(xiàn)有的二維風(fēng)險分布圖只能顯示設(shè)備主要組成部分(如封頭、筒體)的風(fēng)險，卻無法顯示設(shè)備主要組成部分各個方位因為介質(zhì)變化等因素而產(chǎn)生的風(fēng)險差異，也無法顯示壓力管道的風(fēng)險，為了解決這一問題，合肥通用機械研究院特種設(shè)備檢驗站進行了壓力容器與管道的三維風(fēng)險可視化研究。

為了解決安全閥在進行RBI評估時數(shù)據(jù)庫和實際情況的不匹配性，劉強等[16]采用貝葉斯估計方法，利用企業(yè)收集的樣本信息對數(shù)據(jù)庫中的安全閥失效可能性進行修正，獲得了更加符合企業(yè)實際情況的失效可能性。安全閥實際運行情況和檢驗情況也間接證實了貝葉斯估計方法的可靠性。

3.2 儲 罐

RBI技術(shù)可以應(yīng)用于球罐、常壓儲罐和液化天然氣儲罐。與球罐和常壓儲罐不同，現(xiàn)階段，國內(nèi)尚未頒布LNG儲罐進行RBI評估的相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)。

Jian Shuai等[17]對原油儲罐進行RBI評估，將罐底板和罐壁板進行風(fēng)險對比，發(fā)現(xiàn)儲罐的風(fēng)險主要決定于罐底板。將中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、美國標(biāo)準(zhǔn)和英國標(biāo)準(zhǔn)進行比較發(fā)現(xiàn)，中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于儲罐檢驗周期的規(guī)定最為保守(油罐的修理周期一般為5～7 a，新建油罐第一次修理周期不宜超過10 a)。

郭冰等[18]采用DNV公司的ASTRBI軟件對20臺大型常壓儲罐進行風(fēng)險評估，并選取1臺中高風(fēng)險儲罐和1臺中風(fēng)險儲罐進行了開罐檢驗，檢驗結(jié)果與RBI評估結(jié)果比較吻合，并以此來制定這20臺大型常壓儲罐的下次檢驗時間。

錢林[19]以16×104m3LNG全容儲罐為研究對象，研究RBI技術(shù)在LNG儲罐上的應(yīng)用。利用RBI技術(shù)可以制定優(yōu)化的LNG儲罐的檢驗方法和檢驗周期。閥門是LNG儲罐智能監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，采用RBI技術(shù)可優(yōu)化閥門的檢修方案，提高LNG儲罐智能監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。

LNG全容儲罐內(nèi)罐為金屬罐，外罐為混凝土罐，不能完全依據(jù)API 581來計算LNG全容儲罐的失效可能性。為此，Ma Xin等[20]提出如下公式：

Pf=Pfi·Pfe

式中:Pf為LNG全容儲罐的失效可能性;Pfi為內(nèi)金屬罐的失效可能性;Pfe為外混凝土罐的失效可能性。Pfi采用API 581中失效可能性的計算方法進行計算，而Pfe則采用模糊數(shù)學(xué)理論進行計算。

3.3 長輸管道

TSG D7003—2010 《壓力管道定期檢驗規(guī)則：長輸(油氣)管道》指出長輸(油氣)管道應(yīng)當(dāng)采用完整性管理理念中的檢驗檢測評價技術(shù)，開展基于風(fēng)險的檢驗檢測。長輸管道的風(fēng)險評估方法有專家評估法、相對評估法、場景評估法和概率評估法。

GB/T 27512—2011 《埋地鋼質(zhì)管道風(fēng)險評估方法》適用于輸送腐蝕性液體介質(zhì)的工業(yè)管道中的埋地鋼質(zhì)管道，用于其埋地部分、跨越部分和露管部分在可行性論證階段和設(shè)計審查階段、竣工驗收階段及在用階段的風(fēng)險評估。GB/T 27512—2011給出了埋地管道失效可能性和失效后果的詳細計算方法，但是這種方法需要劃分管道區(qū)段，而管道區(qū)段劃分需要考慮管道沿線人口密度、管道沿線土壤工程地質(zhì)條件及管道沿線附近建筑物的密集程度等因素，導(dǎo)致很難按照這種方法來進行定量計算。

Jung Kwan Seo等[21]提出了一種用于海底管道風(fēng)險評估的簡化計算方法，這種方法采用腐蝕損傷可能性(probability of corrosion defect)來計算失效可能性，采用爆炸強度容量(burst strength capacity)來計算失效后果。

3.4 其他領(lǐng)域

RBI技術(shù)還被應(yīng)用于海洋平臺[22]和長輸管道壓氣站[23]的壓力容器、壓力管道的風(fēng)險評估，也用于煤化工裝置[24]的風(fēng)險評估。

4 總結(jié)與展望

(1)自RBI技術(shù)引入中國至今，先后經(jīng)歷了技術(shù)轉(zhuǎn)化、試點應(yīng)用和廣泛應(yīng)用3個階段，伴隨著越來越多的企業(yè)進行RBI評估，并且采用RBI評估結(jié)果來指導(dǎo)檢維修，RBI技術(shù)已經(jīng)進入到了第四個階段——實質(zhì)應(yīng)用階段。在這個階段，由于RBI評估人員和檢驗人員不一定為同一個人或者來自同一個機構(gòu)，需要RBI評估人員和檢驗人員進行充分溝通與合作，才能讓RBI評估結(jié)果更加科學(xué)高效地指導(dǎo)檢驗。同時，RBI評估人員也要根據(jù)檢驗結(jié)果對RBI評估工作中存在的問題進行思考和修正。

(2)RBI技術(shù)被廣泛應(yīng)用于在役設(shè)備的風(fēng)險評估，并根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果對設(shè)備進行針對性的檢驗，從而降低設(shè)備風(fēng)險。但是，RBI技術(shù)卻無法降低設(shè)計缺陷所導(dǎo)致的風(fēng)險，因此，需要對設(shè)備進行基于風(fēng)險的設(shè)計(RBD)，降低設(shè)計缺陷所導(dǎo)致的風(fēng)險。

(3)RBI技術(shù)對設(shè)備在制造和安裝過程中導(dǎo)致的原始缺陷考慮較少，而原始缺陷往往是造成設(shè)備失效的重要因素，因此，需要對設(shè)備在制造和安裝過程中導(dǎo)致的原始缺陷進行研究，從而更好地評估設(shè)備風(fēng)險。

(4)將RBI技術(shù)與以可靠性為中心的維修(RCM)、儀表連鎖控制系統(tǒng)(SIL)等結(jié)合起來，進行設(shè)備完整性管理，更好地保障設(shè)備本質(zhì)安全，是未來RBI技術(shù)發(fā)展的方向。

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(編輯 張向陽)