基于RBI技術(shù)的壓力容器評估應(yīng)用

劉 鵬*

（中海油（中國）有限公司天津分公司）

0 引言

基于風(fēng)險檢驗（RBI）是一種基于風(fēng)險的系統(tǒng)評價方法,分析的對象是因設(shè)備損傷或失效而導(dǎo)致的介質(zhì)泄漏情況,以設(shè)備檢驗檢測為手段進行風(fēng)險管理和評估的過程,通過識別設(shè)備、管線的各種損傷、腐蝕原理來計算設(shè)備失效的概率，以及出現(xiàn)失效可能會造成的后果,利用矩陣圖來計算失效風(fēng)險,并按照風(fēng)險高低排序，有針對性地對選材、日常防護檢測及維修、工藝監(jiān)測、腐蝕情況管理等進行有效的控制和管理。

本文對渤海某油田的11 臺超過設(shè)計年限的壓力容器進行RBI 風(fēng)險評估,采用DNV Offshore 軟件對容器設(shè)計、建造、運行、維護保養(yǎng)、歷年檢驗和介質(zhì)化驗等相關(guān)信息進行分析和計算,將11 臺壓力容器從設(shè)計到使用至今的狀態(tài)進行全面調(diào)研，建立數(shù)據(jù)庫，對工藝系統(tǒng)進行系統(tǒng)分析，劃分物流回路和腐蝕回路，從而計算失效概率和失效后果，再根據(jù)風(fēng)險矩陣，確定風(fēng)險級別,依據(jù)分析得到的風(fēng)險級別和壓力容器固有或潛在的失效、損傷模式制定有針對性的檢驗管理對策,控制失效(損傷)及降低因未能識別、判斷腐蝕損傷事故的幾率,提高壓力容器在使用期間的安全性和可靠性,達到降低檢驗成本、使用成本，提高經(jīng)濟效益的目的。

1 風(fēng)險評估過程

1.1 資料收集

2020 年11 月,該項目組對11 臺壓力容器進行資料收集,收集內(nèi)容如下:

（1）設(shè)計建造資料，包括建造圖紙、計算書、質(zhì)量合格證明書等;

（2）工藝相關(guān)資料，設(shè)計資料主要包括平臺布置圖、 PFD 圖(即工藝流程圖)以及P&ID 圖(即管線與儀表流程圖)，使用期間的資料主要報告壓力容器的操作溫度和操作壓力、出入口的介質(zhì)分析報告及取樣點化學(xué)分析報告等;

（3）操作記錄等資料，主要有設(shè)備操作規(guī)程以及日常的運行記錄，維修記錄;

（4）檢驗資料，包括近5 年（2016 年—2020 年）平臺容器的年檢報告;

（5）腐蝕監(jiān)控，2020 年第1 次腐蝕檢測報告;

（6）現(xiàn)場，對現(xiàn)場銘牌、設(shè)備、中控流程圖拍照。

在資料收集過程中發(fā)現(xiàn)，壓力容器資料缺失情況較普遍，由于A 平臺壓力容器服役年限較長，資料缺失情況尤為嚴(yán)重。該平臺75%以上壓力容器存在關(guān)鍵數(shù)據(jù)缺失的情況，無法滿足 RBI 風(fēng)險評估的數(shù)據(jù)采集要求。針對這種情況，制定了相應(yīng)的數(shù)據(jù)恢復(fù)方案，首先現(xiàn)場進行尺寸測量和壁厚檢測，并進行材質(zhì)成分化驗，確定關(guān)鍵部件材質(zhì)牌號，完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集工作。該工作的難點在于確定材質(zhì)。經(jīng)調(diào)研，有3 種材質(zhì)確認的方法：一是移動式全譜直讀光譜法，使用時瞬間產(chǎn)生電火花，該方法對于在役壓力容器存在安全隱患；二是便攜式直讀光譜分析，該方法無法測定碳元素的含量；三是高頻紅外碳硫分析儀和便攜式直讀光譜分析法，該方法需要至少取 1 g 壓力容器本體粉末，但在役壓力容器無法進行取樣。針對以上情況，通過對壓力容器用鋼主要牌號元素含量的變化進行研究，最終確定利用便攜式直讀光譜分析儀通過測定 Mn、Si 元素的含量，來進行壓力容器用鋼的材質(zhì)分析，成功解決了該難題。

1.2 建立RBI數(shù)據(jù)庫

該項目在建立RBI 分析數(shù)據(jù)庫時,遇到的難題是壓力容器數(shù)據(jù)恢復(fù)問題，按照數(shù)據(jù)恢復(fù)制定的方案，首先進行了數(shù)據(jù)恢復(fù)，并完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集工作。其次通過分析平臺工藝流程,對設(shè)備的關(guān)斷設(shè)置情況進行分析。梳理相關(guān)數(shù)據(jù)、篩選出所需的數(shù)據(jù),并逐一審核數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和一致性，錄入軟件專屬表格，形成RBI 評估專用的數(shù)據(jù)庫。

1.3 評估單元劃分

在 RBI 軟件中，容器按照平臺-設(shè)備-設(shè)備部位的層次關(guān)系進行管理。設(shè)備部位是指根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)劃分的設(shè)備部件，例如立式罐通常將上封頭、下封頭、筒體劃分為設(shè)備部位。按照其工作原理，分離器、換熱器、過濾器需劃分為多個設(shè)備部位進行管理和分析。這是因為不同設(shè)備部位的數(shù)據(jù)可能不同，介質(zhì)也可能存在區(qū)別，因此具體的腐蝕情況可能存在差異，風(fēng)險等級要分別進行研究。對于己劃分評估單元的設(shè)備，除了設(shè)備數(shù)據(jù)外，還必須填寫因設(shè)備劃分而形成的部件的數(shù)據(jù)；未劃分設(shè)備部位的設(shè)備應(yīng)按照整臺設(shè)備進行管理。

1.4 物流回路劃分

物流回路劃分是根據(jù)工藝流程中的緊急關(guān)斷裝置的位置，界定容器發(fā)生泄漏時哪些部分的物料會泄漏，即容器發(fā)生失效導(dǎo)致泄漏時，切斷緊急關(guān)斷裝置，阻止泄漏擴大，緊急關(guān)斷裝置內(nèi)的部分即為一個物流回路。根據(jù)其中的物料泄漏量計算小后果。

1.5 后果區(qū)劃分

海上平臺是一個龐大的設(shè)備系統(tǒng)，可實現(xiàn)一系列完整的生產(chǎn)流程，其中的各個分系統(tǒng)又可進行獨立劃分完成單獨的生產(chǎn)任務(wù)。海上平臺平面圖是進行后果區(qū)域劃分的基礎(chǔ)，防爆墻的設(shè)置位置和防爆等級決定了后果區(qū)域的劃分方式，一般把防爆等級為 A30 上的防爆墻當(dāng)作劃分區(qū)域進行后果區(qū)域劃分，通過全面分析平臺的平面布置圖，將A1 平臺共劃分為1 個后果區(qū)，A2 平臺劃分2 個后果區(qū)，APP 平臺劃分4 個后果區(qū)。

1.6 識別損傷模式和腐蝕回路劃分

首先識別容器及其附屬設(shè)施的主要損傷模式，再根據(jù)設(shè)備的操作條件、材質(zhì)及工藝介質(zhì)等因素，將同一損傷模式的部件劃分為一個腐蝕回路，即將繁多的部件進行規(guī)整，匹配其損傷模式，進而便于計算其失效概率。

依據(jù)物料平衡和對實際物流采樣化驗數(shù)據(jù)的結(jié)果進行分析,該油田所屬的11 臺壓力容器主要的潛在損傷原理有:內(nèi)部腐蝕（主要是二氧化碳腐蝕和微生物腐蝕）、應(yīng)力腐蝕開裂（主要是濕H2S 損傷）、外部腐蝕（主要是保溫層下腐蝕及大氣腐蝕）。

1.7 風(fēng)險計算

風(fēng)險是失效概率和失效后果的乘積。容器的風(fēng)險取決于2 個方面，即評價單元的失效概率和評價單元的失效后果。

（1）失效概率計算

計算失效概率時，首先應(yīng)根據(jù)操作條件及設(shè)備管線基本參數(shù)確定損傷原理(通過腐蝕回路確定具有相同原理的管線和設(shè)備)，然后根據(jù)識別得到的每種損傷原理定量計算其失效概率,再根據(jù)權(quán)重計算總的失效概率。

（2）失效后果計算

失效后果包括人員安全后果、環(huán)境后果和經(jīng)濟后果。以人員潛在的生命損失表示安全后果；使用適當(dāng)金額的錢表示經(jīng)濟后果（包括停產(chǎn)損失的費用和設(shè)備維修的花銷）；以污染物釋放到環(huán)境中的質(zhì)量或體積，或因污染物溢出導(dǎo)致的環(huán)境清理費用來表示環(huán)境后果。失效后果計算時按預(yù)先劃分好的物流回路進行分別計算，即根據(jù)每個物流回路中的泄漏物料進行計算。泄漏物流的量主要取決于介質(zhì)的黏度、密度以及失效孔的大小、現(xiàn)場的操作壓力等，計算前需將主要參數(shù)分別錄入數(shù)據(jù)庫，根據(jù)泄漏流體物料的量和性質(zhì)來計算失效后果，不同的失效模式需分別進行失效后果計算，并將其加權(quán)計算出總失效后果。

本次RBI 分析中,分別計算了設(shè)備失效后造成的經(jīng)濟后果和安全后果。

（3）風(fēng)險計算

風(fēng)險=失效概率×失效后果

一個高風(fēng)險的設(shè)備風(fēng)險有兩種形成可能：一是高的失效可能性與低的失效后果形成,二是高的失效后果與低的失效后果造成。所有詳細評估的壓力容器均針對不同的腐蝕原理計算了各自的風(fēng)險大小。

（4）風(fēng)險可接受準(zhǔn)則

根據(jù)中國海洋石油集團公司資產(chǎn)完整性管理規(guī)定要求,并結(jié)合國際慣例制定本項目風(fēng)險可接受準(zhǔn)則,確定本項目安全可接收準(zhǔn)則為每年每部件0.000 001，經(jīng)濟可接受風(fēng)險準(zhǔn)則為USD 3000。

（5）風(fēng)險矩陣

為保證現(xiàn)場能方便、快捷地對壓力容器的風(fēng)險進行排序,利用5×5 矩陣圖的方法,矩陣圖中橫向矩陣數(shù)值為失效后果,按照失效后安全影響或經(jīng)濟損失劃分為A～E 五個等級,縱向矩陣數(shù)值為失效概率,按照失效概率系數(shù)劃分1～5 五個等級,以此來確定經(jīng)濟風(fēng)險矩陣和安全風(fēng)險矩陣。

2 風(fēng)險評估結(jié)果

經(jīng)過分析計算可知,目前的平臺壓力容器經(jīng)濟風(fēng)險狀況為不存在高風(fēng)險單元，有7 個中風(fēng)險單元和25 個低風(fēng)險單元及51 個極低風(fēng)險單元；安全風(fēng)險狀況為不存在高風(fēng)險單元，有13 個中風(fēng)險單元和30 個低風(fēng)險單元及40 個極低風(fēng)險單元。

3 使用和維護策略

通過風(fēng)險評價結(jié)果和損傷原理的分析,給出使用、維護策略及建議。

（1）針對11 臺均已超過設(shè)計服役年限的壓力容器,如風(fēng)險較高的計量分離器和閉排罐,建議在生產(chǎn)條件允許的情況下,開展內(nèi)部全面檢驗,了解容器內(nèi)部腐蝕減薄和內(nèi)部裂紋的真實狀況,降低風(fēng)險。

（2）由于容器處在露天的海洋環(huán)境,極易產(chǎn)生保溫層下腐蝕,建議平臺加強設(shè)備的防腐涂層及保溫層的管理工作,維護防腐涂層和保溫層的完整性,降低外部腐蝕導(dǎo)致的風(fēng)險,延長設(shè)備的安全運行周期。例如，WHPF 平臺的閉排罐接管處,常常出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕。

（3）焊縫及其熱影響區(qū)較容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂,建議關(guān)注金屬焊接部位及其熱影響區(qū)。

（4）壓力容器有必要進行在線無損檢測,檢測中發(fā)現(xiàn)問題需進一步確認時，要相應(yīng)增加檢測項目,提高檢測的精確度,降低失效發(fā)生的概率。

（5）建議建立和完善壓力容器的詳細臺賬,至少包括設(shè)備的操作條件、材質(zhì)、壁厚、直徑、部件檢驗維修和更換歷史、保溫材料及防腐蝕涂層的維護和更換歷史等詳細信息,加強對壓力容器的管理。

（6）對存在二氧化碳腐蝕的部件,建議按檢驗策略給出的檢驗日期和檢驗方法UT/RT 30 實施檢驗;對存在內(nèi)部應(yīng)力腐蝕開裂的部件,建議按檢驗策略給出的檢驗日期和檢驗方法WFMT/ACFM 75 實施檢驗;對存在外部腐蝕的部件,建議按檢驗策略給出的檢驗日期和檢驗方法移除50%～100%保溫結(jié)合UT/RT 實施檢驗。

4 結(jié)語

在渤海某油田應(yīng)用RBI 技術(shù)分析每個評估單元的損傷模式,評定每個部件的風(fēng)險等級，并根據(jù)損傷模式和風(fēng)險等級,制定相應(yīng)的針對性的檢驗策略。根據(jù)檢驗策略實施3 年檢驗計劃，該計劃較傳統(tǒng)檢驗的檢驗量大幅減少,檢驗成本大大降低,檢驗方法更具針對性、有效性和完整性。將檢驗中心向高風(fēng)險及中風(fēng)險傾斜，低風(fēng)險及極低風(fēng)險只需最低監(jiān)管，檢驗頻次可以適當(dāng)降低。通過系統(tǒng)的評估，對容器的情況進行了徹底摸排，也為設(shè)備維修、維護提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。