RBI風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及在線檢驗(yàn)技術(shù)在石化企業(yè)的應(yīng)用

(中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600)

現(xiàn)代煉油工業(yè)生產(chǎn)逐漸向規(guī)模集中化、設(shè)備大型化、生產(chǎn)連續(xù)化的方向發(fā)展，生產(chǎn)過(guò)程發(fā)生事故的可能性增大，特別是承壓類設(shè)備所具有的高溫、高壓等特點(diǎn)，使其具有很嚴(yán)重的破壞后果。近年來(lái)，隨著煉油行業(yè)設(shè)備管理水平的提升以及經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動(dòng)，裝置停工大檢修周期逐漸延長(zhǎng)。從以前的“兩年一修”到“三年一修”、“四年一修”，甚至到“五年一修”、“六年一修”。裝置停工大檢修周期和國(guó)家規(guī)定的承壓類特種設(shè)備法定檢驗(yàn)周期以及裝置安全運(yùn)行周期三者之間的矛盾日益突出。若要延長(zhǎng)裝置停工檢修周期，部分承壓類特種設(shè)備勢(shì)必需要進(jìn)行延期檢驗(yàn)。RBI技術(shù)可以滿足三者之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，在確保設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)可控、安全運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)了承壓類特種設(shè)備合法合規(guī)延期檢驗(yàn)的目標(biāo)。

1 項(xiàng)目背景及基本情況

按國(guó)家質(zhì)檢總局頒布的TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和TSG D0001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程—工業(yè)管道》規(guī)定，壓力容器和壓力管道的首次定期檢驗(yàn)周期不超過(guò)3 a[1-2]。按此規(guī)定，某石化公司汽油加氫、乙苯和苯乙烯3套裝置的壓力容器和壓力管道需在2018年6月安排進(jìn)行首次定期檢驗(yàn)。但裝置停工大檢修計(jì)劃安排在2020年，所以在2018年無(wú)法按要求實(shí)施檢驗(yàn)。

因?yàn)樵摰貐^(qū)以旅游產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)，近期主推自貿(mào)港經(jīng)濟(jì)建設(shè)，所以對(duì)安全環(huán)保方面監(jiān)管非常嚴(yán)格。對(duì)于承壓類特種設(shè)備的首次檢驗(yàn)，地方質(zhì)監(jiān)部門明確不允許辦理常規(guī)延期。裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行與特種設(shè)備法定檢驗(yàn)之間存在很大矛盾。如何在確保設(shè)備運(yùn)行安全和可靠性的基礎(chǔ)上，合法合規(guī)地延長(zhǎng)承壓類特種設(shè)備的首次檢驗(yàn)時(shí)間，成為該公司急需解決的問(wèn)題。

為此，該公司提前1年就開始策劃3套裝置特種設(shè)備首次檢驗(yàn)時(shí)間合法合規(guī)延期事宜。通過(guò)與國(guó)內(nèi)多家具有RBI檢驗(yàn)資質(zhì)的特種設(shè)備研究院開展技術(shù)交流，就3套裝置在不停工狀態(tài)下進(jìn)行特種設(shè)備整體延期檢驗(yàn)的技術(shù)可行性進(jìn)行討論。最終該公司同國(guó)內(nèi)某特種設(shè)備檢測(cè)研究院聯(lián)合制定出RBI風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及在線檢驗(yàn)的方案。同時(shí)，該公司多次與地方質(zhì)監(jiān)部門溝通，協(xié)商RBI風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及在線檢驗(yàn)的裝置整體延期檢驗(yàn)方案，并征得地方質(zhì)監(jiān)部門同意。

延期檢驗(yàn)范圍涉及汽油加氫、乙苯和苯乙烯3套裝置,共有壓力容器181臺(tái),壓力管道1 473條(計(jì)62.924 km)。此外，還對(duì)該公司總計(jì)993臺(tái)安全閥開展RBI評(píng)估工作。

2 RBI技術(shù)介紹

基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(Risk-based Inspection，RBI)技術(shù)，其基本思路是采用系統(tǒng)論的原理和方法，對(duì)系統(tǒng)中固有的或潛在的危險(xiǎn)及其程度進(jìn)行定量分析和評(píng)估，找出薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化檢驗(yàn)的效率和頻率，在保證設(shè)備安全的前提下，減少運(yùn)行檢維修費(fèi)用[3]。

RBI技術(shù)以追求設(shè)備安全性與經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一為理念。RBI技術(shù)經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明是一種高效的風(fēng)險(xiǎn)分析方法。

RBI能指出設(shè)備可能發(fā)生什么樣的失效，發(fā)生失效的概率有多大，失效的后果有多嚴(yán)重。通過(guò)RBI評(píng)估，可以掌握各裝置設(shè)備總體風(fēng)險(xiǎn)狀況及各設(shè)備之間風(fēng)險(xiǎn)水平 (找出哪些設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)高，并找出風(fēng)險(xiǎn)高的影響因素)。找出具體設(shè)備的相對(duì)危險(xiǎn)項(xiàng)(風(fēng)險(xiǎn)水平較高或失效可能性較高) ,分析原因并制定合理的降險(xiǎn)或控制風(fēng)險(xiǎn)的措施。找出應(yīng)優(yōu)先或重點(diǎn)檢驗(yàn)的設(shè)備項(xiàng)，確定可延長(zhǎng)檢驗(yàn)周期的設(shè)備，優(yōu)化檢驗(yàn)方案(時(shí)機(jī)、方法、項(xiàng)目、比例和部位等)，提出安全管理的措施建議。RBI檢驗(yàn)工作的基本流程見圖1。

圖1 RBI檢驗(yàn)工作的基本流程

傳統(tǒng)常規(guī)檢驗(yàn)未將經(jīng)濟(jì)性、安全性以及可能存在的失效風(fēng)險(xiǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，檢驗(yàn)的頻率和程度與受檢設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)不對(duì)稱。RBI通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)排序，可以識(shí)別檢驗(yàn)重點(diǎn)對(duì)象，達(dá)到優(yōu)化檢驗(yàn)資源的目的。兩種檢驗(yàn)方式對(duì)比見表1。

表1 常規(guī)檢驗(yàn)和RBI對(duì)比

3 項(xiàng)目實(shí)施情況

3.1 裝置整體RBI評(píng)估實(shí)施情況

2018年3月，該公司召開RBI風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)。項(xiàng)目由國(guó)內(nèi)某特種設(shè)備檢測(cè)研究院、地方鍋檢所與該石化公司合作共同承擔(dān)，對(duì)3套裝置整體開展基于風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)人員包括管理層、檢驗(yàn)人員、材料和腐蝕專家 、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估專家、工藝專家和設(shè)備管理人員。

3.1.1 資料收集分析

(1)設(shè)備技術(shù)資料，包括設(shè)備和壓力管道臺(tái)賬、設(shè)備竣工圖、壓力管道單線圖、質(zhì)量證明書、壓力管道表及壓力管道材料等級(jí)表。(2)工藝技術(shù)資料，包括操作與維護(hù)手冊(cè)、PFD/PID流程圖、最新DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)、物料平衡表等。(3)檢驗(yàn)資料。(4)維護(hù)資料，包括：維修、更換記錄、 改造記錄。(5)腐蝕調(diào)查,包括以往的腐蝕調(diào)查報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)技

術(shù)人員調(diào)查。收集原始資料需要注重 “準(zhǔn)確性”。

3.1.2 失效機(jī)理分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

失效機(jī)理分析也是風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的過(guò)程，利用腐蝕回路可系統(tǒng)地分析所有壓力容器和壓力管道的潛在失效模式。根據(jù)收集的資料和腐蝕調(diào)查報(bào)告，分析出裝置主要存在兩大失效機(jī)理：減薄機(jī)理和開裂機(jī)理。汽油加氫裝置具體的失效機(jī)理有：沖刷、大氣腐蝕、濕硫化氫應(yīng)力腐蝕、高溫硫化氫/氫氣腐蝕、高溫氫腐蝕、連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂、氯化物應(yīng)力腐蝕開裂、酸性水腐蝕、胺腐蝕和胺應(yīng)力腐蝕開裂。乙苯和苯乙烯裝置具體的失效機(jī)理有：沖刷、大氣腐蝕、冷卻水腐蝕、氯化物應(yīng)力腐蝕開裂、汽蝕、高溫水應(yīng)力腐蝕開裂、σ相脆化、高溫氫腐蝕和回火脆化。

風(fēng)險(xiǎn)是失效可能性(發(fā)生的概率)與失效后果的乘積。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)按照大小分為低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、中高風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果見圖2至圖5。

圖2 汽油加氫裝置壓力容器評(píng)估結(jié)果

圖3 汽油加氫裝置壓力管道評(píng)估結(jié)果

圖4 乙苯、苯乙烯裝置壓力容器評(píng)估結(jié)果

圖5 乙苯、苯乙烯裝置壓力管道評(píng)估結(jié)果

3.1.3 制定檢驗(yàn)策略

(1)確定檢驗(yàn)范圍：根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定必檢和抽檢設(shè)備;(2)確定檢驗(yàn)方法：根據(jù)損傷機(jī)理和發(fā)生部位確定檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)部位;(3)確定檢驗(yàn)比例：根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和失效可能性等級(jí)確定檢驗(yàn)比例;(4)確定檢驗(yàn)周期：根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)水平調(diào)整檢驗(yàn)周期，或根據(jù)RBI檢驗(yàn)結(jié)果確定剩余壽命，根據(jù)剩余壽命確定檢驗(yàn)周期[4]。

通過(guò)評(píng)估失效可能性、失效后果，失效可能性和后果組合的風(fēng)險(xiǎn)3個(gè)主要參數(shù)，能夠準(zhǔn)確地制定出檢驗(yàn)策略。項(xiàng)目檢驗(yàn)策略統(tǒng)計(jì)詳見表2。

表2 檢驗(yàn)策略統(tǒng)計(jì)

通過(guò)RBI評(píng)估，壓力管道檢驗(yàn)數(shù)量由1 473條減少到285條，工作量減少80%。壓力容器檢驗(yàn)數(shù)量由181臺(tái)減少到133臺(tái)，工作量減少27%(見圖6)?？偣ぷ髁孔疃鄿p少75%。

3.1.4 在線檢驗(yàn)

對(duì)于評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)較高的設(shè)備和壓力管道，需要通過(guò)檢驗(yàn)的方法來(lái)降低設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，確保其風(fēng)險(xiǎn)位于可接受水平。因該公司近期沒(méi)有停工檢修計(jì)劃，所以采用了在線檢驗(yàn)的方式進(jìn)行檢驗(yàn)。

圖6 常規(guī)檢驗(yàn)和RBI工作量對(duì)比

除了常規(guī)檢測(cè)方法(射線、超聲、磁粉和滲透)外，常用的在線檢驗(yàn)方法還有：高溫測(cè)厚、高溫磁粉、聲發(fā)射和超聲導(dǎo)波等,其特點(diǎn)見表3。

通過(guò)RBI風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和在線檢驗(yàn)，由結(jié)果可知3套裝置的壓力容器和壓力管道總體風(fēng)險(xiǎn)可控，首次檢驗(yàn)時(shí)間可延長(zhǎng)至2020年裝置停工大檢修。

表3 常用的在線檢驗(yàn)方法特點(diǎn)

3.2 安全閥RBI評(píng)估實(shí)施情況

傳統(tǒng)的安全閥校驗(yàn)規(guī)程主要從保障安全的角度出發(fā)，安全閥校驗(yàn)周期一般為1 a[5]，個(gè)別情況可延長(zhǎng)到3 a到5 a。與傳統(tǒng)的校驗(yàn)方法相比，RBI技術(shù)全面考慮了評(píng)價(jià)對(duì)象的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及潛在的失效風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)不同的失效機(jī)理制定相應(yīng)的校驗(yàn)策略。RBI風(fēng)險(xiǎn)分析對(duì)安全閥進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排序，確定高風(fēng)險(xiǎn)安全閥，通過(guò)定量評(píng)估3個(gè)主要參數(shù)(失效可能性、失效后果，失效可能性和后果組合的風(fēng)險(xiǎn))可較為科學(xué)地確定出安全閥的校驗(yàn)周期。

全公司993臺(tái)安全閥定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析情況如下。

(1)常見的安全閥失效模式主要有：安全閥粘死不能開啟、安全閥堵塞不能開啟、安全閥超壓開啟、安全閥提前開啟、安全閥啟跳后彈簧斷裂無(wú)法關(guān)閉以及安全閥泄漏。

(2)失效可能性的確定：以安全閥中彈簧的失效、安全閥的操作條件、履歷和管理水平4個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)安全閥的失效可能性。失效后果的確定：主要考慮操作介質(zhì)的特性以及泄放量和泄放速率等參數(shù)，以與其相連的壓力容器或壓力管道周圍的破壞影響面積為指標(biāo)來(lái)確定后果。風(fēng)險(xiǎn)=失效可能性×失效后果。

(3)結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果和延期校驗(yàn)原則，安全閥的校驗(yàn)周期可延長(zhǎng)至2 a到5 a。延期校驗(yàn)結(jié)果見圖7。

通過(guò)RBI分析，根據(jù)在用安全閥潛在失效風(fēng)險(xiǎn)的大小給出科學(xué)合理的校驗(yàn)周期，由此建立基于風(fēng)險(xiǎn)的校驗(yàn)策略，同時(shí)滿足該公司安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)性需要，并指導(dǎo)安全閥校驗(yàn)、降低風(fēng)險(xiǎn)，合理調(diào)配和使用檢驗(yàn)資源。同時(shí)，提高安全閥管理水平，指導(dǎo)安全閥校驗(yàn)、維修及安全生產(chǎn)管理。

圖7 安全閥RBI評(píng)估延期結(jié)果

4 項(xiàng)目效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

4.1.1 節(jié)省大量檢驗(yàn)相關(guān)的費(fèi)用

檢驗(yàn)相關(guān)費(fèi)用包括檢驗(yàn)費(fèi)用和輔助工程費(fèi)用。RBI檢驗(yàn)費(fèi)用與常規(guī)檢驗(yàn)相比基本持平。輔助工程費(fèi)用主要包括腳手架費(fèi)用、油漆打磨費(fèi)用、保溫拆裝費(fèi)用以及保溫?fù)p耗更新費(fèi)用。輔助工程費(fèi)用根據(jù)檢驗(yàn)總工作量，可降低75%。檢驗(yàn)費(fèi)用約300萬(wàn)元，輔助費(fèi)用按檢驗(yàn)費(fèi)的50%計(jì)算，節(jié)省的輔助費(fèi)用為112.5萬(wàn)元。

4.1.2 節(jié)省大量設(shè)備檢修費(fèi)用

設(shè)備檢修費(fèi)用主要包括設(shè)備拆裝檢修費(fèi)用和更換易損件材料費(fèi)用。181臺(tái)設(shè)備檢修費(fèi)用估算大約70萬(wàn)元。

4.1.3 節(jié)省大量開停工損失費(fèi)用

開停工損失費(fèi)用主要包括排放至火炬燃燒物料損失以及設(shè)備置換用蒸汽、氮?dú)獾馁M(fèi)用。此項(xiàng)費(fèi)用估算大約50萬(wàn)元。

4.1.4 裝置不停產(chǎn)大幅增加經(jīng)濟(jì)效益

停工時(shí)間按照20 d計(jì)算(停工加吹掃7 d，開工4 d，檢修加檢驗(yàn)9 d)。苯乙烯產(chǎn)量按照每天360 t計(jì)算，苯乙烯利潤(rùn)按照4 000元/噸(2018年2季度)計(jì)算。柴油產(chǎn)量按照每天900 t計(jì)算，柴油利潤(rùn)按照200 元/噸(2018年2季度)計(jì)算。裝置不停產(chǎn)增加經(jīng)濟(jì)效益為3 240萬(wàn)元。經(jīng)濟(jì)效益總計(jì)為3 472.5萬(wàn)元。

4.2 其他成效

(1)實(shí)現(xiàn)了3套裝置首次檢驗(yàn)時(shí)間延期至2020年的目標(biāo)。

(2)裝置實(shí)現(xiàn)不停工檢驗(yàn)，將大幅增加經(jīng)濟(jì)效益。

(3)大幅降低檢驗(yàn)量、輔助工程量。特種設(shè)備檢驗(yàn)工作量最多可減少75%。

(4)可降低檢維修過(guò)程出現(xiàn)諸多安全事故的風(fēng)險(xiǎn)成本。

(5)利用RBI分析結(jié)果，指導(dǎo)制訂大修期間的設(shè)備檢查策略，使計(jì)劃準(zhǔn)確性、可執(zhí)行性得到提高。

(6)逐步建立裝置及承壓設(shè)備失效機(jī)理數(shù)據(jù)庫(kù)，為今后全面推進(jìn)RBI打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

(7)通過(guò)RBI風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，可推動(dòng)設(shè)備管理向風(fēng)險(xiǎn)管理和完整性管理方向發(fā)展。

5 結(jié) 語(yǔ)

該石化公司通過(guò)實(shí)施基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(RBI)，將汽油加氫、乙苯和苯乙烯3套裝置的承壓類特種設(shè)備首次檢驗(yàn)時(shí)間從2018年6月整體延期至2020年停工大修期間，解決了裝置停車檢修周期與特種設(shè)備檢驗(yàn)周期沖突的問(wèn)題，為該公司其余生產(chǎn)裝置提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

本次RBI項(xiàng)目的實(shí)施，能夠提高設(shè)備管理水平，促進(jìn)設(shè)備安全管理向著風(fēng)險(xiǎn)管理、完整性管理的方向發(fā)展。RBI技術(shù)是理論和經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明是一種高效的風(fēng)險(xiǎn)分析方法。RBI技術(shù)能夠系統(tǒng)的管理設(shè)備失效風(fēng)險(xiǎn)，減少維修檢驗(yàn)成本，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。RBI技術(shù)能夠?yàn)槠髽I(yè)提供正確評(píng)價(jià)并有效控制設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的決策依據(jù)，從而延長(zhǎng)裝置運(yùn)行周期，降低經(jīng)營(yíng)成本，提升企業(yè)效益。