基于风险检验程序.ppt

1,基于风险的检验程序,国家压力容器与管道安全工程技术研究中心（合肥通用机械研究院）,顾望平,2,2一，RBI的发展,3,每个国家压力容器管理都经历过痛苦的时期,4,传统的设备管理投入不能解决深层次的问题,5,石化设备的失效率统计有一定的规律性,管道30%,罐16%,其它/不明原因19%,反应器12%,泵/压缩机6%,槽7%,换流器4%,塔4%,加热器/锅炉2%,6,引起设备失效的原因统计,设备失效（由于腐蚀、疲劳等原因）41%,不明原因18%,操作错误20%,工艺扰动8%,自然灾害6%,人为破坏/纵火3%,设计错误4%,7,1992年美国OSHA（美国职业安全卫生总署）颁布了过程安全管理办法(29CFR1910.119ProcessSafetyManagementforHighlyHazardousChemicals):分析了20000多台设备,调查世界范围内约25家石油化工厂，与政府和检测机构充分交流；其中心是:“避免灾难性事故的发生”;,8,其中第8条款是关于设备完整性的要求；与传统的设备管理1,事后维修(BM)2,定期维修(TBM)3,状态维修(CBM)相比更强调安全、效率、效益、环保。企业需要担负更多的HSE的责任。具有整体性全过程的；动态的；需要持续改进；,9,设备完整性,设备完整性(MechanicalIntegrity)一词源自于美国职业安全卫生总署(OccupationalSafetyandHealthAdministration,OSHA)所制定的29CFR1910,119法規针对处理高危害性物质的设备（压力容器及储罐、管线系统、释放及排放系統、控制系統、紧急停机系统及机泵等）目的在于工厂对生产作业性质建立一套善的维修保养制度，降低因设备故障损坏导致的风险。,10,主要内容：程序化文件建立培训监测与检验修理性能保证,11,风险降低措施,一，避免事故发生1，安全评估预测潜在的风险PHA（ProcessHazardAnalysis）过程风险分析HAZOP(HazardandOperabilityStudy)操作危害分析FTA(FaultTreeAnalysis)故障树分析FMEA(FailureModesandEffectsAnalysis)失效模式与影响分析RBI（Risk-Basedinspecting)基于风险的检验RCM（ReliablityCenteredMaintenance)以可靠性为主的维护SIL（SafetyIntegrityLevel）安全完整性等级评估2,设计、建设、操作、维护的改善,12,二，监测与控制三，最小损失的防护措施,13,定性风险评估定量风险评估HAZID危险源识别HAZIP危险源与可操作性研究PHA工艺危险源分析FMEA失效模式与影响后果分析,RCM以可靠性为中心的维护RBI基于风险的检验SIL安全完整性等级评估RAM可靠性、可用性和可维护性PRM项目风险管理基于风险的验证/入级,新型风险评估应用,传统风险评估,14,RBM基于风险的管理,设备数据库,综合,经验,风险水平,低风险,失效评估腐蚀维护,高风险,保护壳,保护措施,RBI,SIL,RCM,RBM,Y,Y,N,N,输入数据,15,RBI是HSE家族的一部分,RBI,HSE,完整性管理,16,17,RBI的发展：ASME,1991出版了RBI指导文件(ASMERBIGuidanceDocument,Vol.l);1992出版了应用于核电厂的RBI技术(ASMERBIfornuclearplantVo1:2;1992)1994出版了应用于发电厂的RBI技术指导文件(ASMERBIforpowerplant,Vo1.3,1994)1999起草了压力系统的RBI指导方针(RBIguidelinesforpressuresystems):2001出版了长输管道RBI标准（ASMEB31.8S)2005出版了核电厂的RBI标准与规范（STP/NV-001),18,RBI的发展：API,2000年APIBRD581正式出版;2002年APIRP580出版;98年版的规范已明确RBI技术：API51098(压力容器检查规范）API570-98(压力管道检验)API653-98(储罐检测),19,API570-98(压力管道检验),如果业主/用户选择使用RBI评估方法，这种方法必须包括失效的可能性和相关的失效后果；可能性的损伤包括：减薄、裂纹、材料劣化和机械损坏；后果评估包括：爆炸、着火、有毒物质泄漏、环境影响等；,20,ASME与API关系,研究历史：ASME早于API技术方向：ASME侧重高层次的技术开发为未来RBI设定了高标准；API开发以石油化工厂装置检验目的易于理解的实用工具和方法学；主要失效：ASME-结构可靠性API-腐蚀适用范围：ASME-核电、发电厂、长输管线API烃加工厂和化工厂,21,法国政府,法令No.99-1046(1999.12.13)规定承压设备检验的相关要求2000.3.15针对在役承压设备，对No.99-1046作了补充其中第三款(定期检验)第十条第4部分规定：由被认可的检验部门来执行的检验，其检验计划，包括检验手段和周期，要按照由专业协会提出并被工业部和承压设备委员会批准的导则来制定。法国石油工业协会(UFIP)颁发的“针对炼油厂基于风险分析改变停产大修周期与耐压试验周期制定的检验计划的导则”已获得批准。,22,RBI在欧洲的情况和趋势(截止至2000年),23,RBI在欧洲的情况和趋势(截止至2004年),24,我国RBI进展,02年天津石化芳烃预加氢部分进行探讨性评估03年茂名乙烯裂解装置和加氢裂化装置进行RBI评估到今年6月止已有29套装置完成RBI，正在进行的13套，所有RBI活动合肥通用机械研究院占了90比例；主要采用的软件是法国的RBeye和挪威DNV,25,我国RBI进展,国质检特（2006)198号“关于开展基于风险的检验（RBI）技术试点应用工作的通知”中石化和中石油两集团公司试点中石化14个分公司炼油装置6种类型,化工装置8种类型；评估单位：中国特种设备检测研究中心合肥通用机械研究院要求：在目前法规框架内，探索新的方法；风险低的装置检验周期可48-72个月；,26,应用RBI的目的,用户评估：设备风险排序、风险管理、设备选材、寿命风险、检验计划制定；检验单位评估：检验方案制定；有评估资格检验单位评估：在线检验、低风险/中低风险设备申报延长检验周期；,27,我国RBI进展,推行RBI带来的影响解决安全与效益的矛盾；压力容器检验法规可能的变化检验周期延长在线检验部分取代开放是检验对检验队伍提出更高要求3.企业设备管理以风险为平台，推行深化的风险管理：RBI、RCM、SIL;,28,RBI过程示意,29,定性半定量定量,高详细技术分析程度低,数据资料收集,失效后果,失效可能性,减低风险,检验计划制订,风险等级确定,重新评估,风险评估,RBI计划编制方法,30,API581与其它规范的关系,APAPI581提供基于风险分析检测计划程序，有关检测的实施仍需参照其它的API规范，例如：API750过程危害性管理API510压力容器检测、评级、修理和变更规范API570在役压力管道检测、修理、变更和维护规范API653储罐检测、修理、变更与重建规范API530石化炼油厂计算热交换管壁厚的实例API581分为定性分析、半定量与定量分析定性分析主要适用于较大范围的评估，如工厂、装置区。定量分析主要适用于特定设备的评估，主要项目包含有塔器、储罐、转动机械与管线。API581注重评估因腐蚀所造成穿透泄漏等危害风险。,31,API750,API510,API570,API653,评估损坏的危险性和残余寿命,新文件,供研究参考文件,API-BRDRP581RISKBASEDINSPECTION,可使用文件,MPCPITNESSFORSERVICE,RBI与FFS文件,FFSRP579,RBI580,目前,API文件之间的关系,32,API风险有关文件与国内标准对比,APIRP580基于风险的检测（国内无）API581基于风险的检验-基础文件（国内无）API750石油炼制厂典型风险管理计划导则（国内无）API510压力容器检测规范（压力容器安全技术监察规程）API570压力管道检测规范（压力管道安全与监察规定）API653储罐检测规范（制定中）APIFFSRP579推荐用于合乎使用的实施方法研究和参考文件（GB/T19624-2004”在用含缺陷压力容器安全评定“）,33,2.API581简介与传统方法的区别,采用RBI进行风险管理,人为错误自然灾害外部事件人为破坏检测能力限制设计错误物料本身风险,34,2.风险演化,35,2二，定性RBI分析,36,2定性RBI分析,依据APIRP580Risk-BasedInspection,风险的意义：RiskFrequencyConsequence风险(概率)(后果),37,2定性RBI分析失效概率系数构成,38,定性RBI分析损坏后果系数构成,39,2定性RBI分析健康后果系数构成,40,2定性RBI分析失效概率等级划分,失效概率系数构成：设备系数损坏系数检测系数维修状况系数工艺系数机械设计系数,失效概率等级,41,定性RBI分析后果等级划分,后果等级由损坏后果等级和健康后果等级较高的确定损坏后果系数构成：化学物质系数物质存量系数状态系数自燃系数保护系数压力系数损坏可能系数健康后果系数构成：毒性量系数扩散性系数保护系数人口系数,健康后果等级,损坏后果等级,42,定性RBI分析风险矩阵,43,三,定量RBI分析,44,定量RBI分析四个组成部分,PARTA泄漏速率计算PARTB可能性分析PARTC后果分析C.1可燃性后果计算C.2毒性后果计算C.3环境后果计算C.4商业生产损失计算PARTD风险分析,45,后果计算的模拟物质，只要分子量相似后果计算影响不大，芳族除外,泄漏速率计算,代表性流体,46,2泄漏速率计算,泄漏孔尺寸选择,47,2泄漏速率计算,设备内存量假设,48,2泄漏速率计算,可泄放流体总量估计,以下取较小值：设备3分钟泄放量（最大破裂8英寸）两截止阀之间的存量,泄放形态模型,瞬时连续,49,2泄漏速率计算,2泄放率计算,液体,气体,音速气体流量,亚音速气体流量,50,2泄漏速率计算,2泄放类型确定,这是一个“小”（1/4-in）孔吗？,计算3分钟内泄放量,该泄放量10000ibs？,连续,瞬时,否,是,是,否,51,2泄漏速率计算,2流体最后相态确定,确定流体相准则,52,2泄漏速率计算,泄漏后的响应评估,评估泄放时间评估缩小危害性物质的扩散范围,可燃,有毒,向环境泄放,隔离阀或减少量,根据检漏类型和隔离系统评估泄放时间,物理屏障的包容或限制泄漏时间计算包封体积,53,失效可能性的计算,假设所有设备根据工业和公司设计标准进行了设计与制造，标准基于公认的如：ASME、TEMA、ANSI等.,54,失效可能性的计算,同类设备失效的可能性FG,55,设备修正因子FE,管道复杂度,机械次因子,工艺次因子,通用次因子,技术模块次因子,设备修正系数,设备复杂度,连接头,注入点,支管,阀门,建造规范,寿命周期,安全系数,压力,温度,震动监视,破坏率,检验有效性,装置条件,冷天气,地震活动,连续性,计划停机,非计划停机,稳定性,泄压阀,维护计划,污垢工况,腐蚀工况,非常清洁工况,失效可能性的计算,56,换算的设备修正系数,失效可能性的计算,设备修正系数技术模块次因子通用次因子机械次因子工艺次因子,57,技术模块次因子,预测损坏率范围,低可靠性数据：出版的数据、查腐蚀率表、缺省值,中可靠性数据：模拟工况的实验室数据、有限的现场挂片试验,高可靠性数据：大量现场彻底检验数据、5年以上挂片数据,失效可能性的计算,58,技术模块次因子,预测损坏率范围,失效可能性的计算,59,一般内部检验有效性,技术模块次因子,失效可能性的计算,60,全面腐蚀检验有效性,技术模块次因子,检验结果确定实际破坏状态的可能性,差/无效,一般有效,通常有效,高度有效,实际破坏率范围,破坏率状态,实测速率或更小,实测速率2倍实测速率,24倍实测速率,3,2,1,0.33,0.33,0.33,0.5,0.3,0.2,0.1,0.2,0.7,0.01,0.09,0.9,检验后破坏率置信度,实际破坏率范围,破坏率状态,实测速率或更小,实测速率2倍实测速率,24倍实测速率,1,2,3,一个一般有效的检验后,一个十分有效的检验后,一个高度有效的检验后,0.66,0.24,0.10,0.814,0.140,0.046,0.940,0.056,0.004,失效可能性的计算,61,技术模块次因子,计算程序提高破坏置信度,贝叶斯定律,后验概率计算过程a根据腐蚀表估计一个新装置的腐蚀率b运行一定时间后进行一次彻底检验c确认预期腐蚀率d.预期腐蚀率的置信度可通过贝叶斯定到更新,失效可能性的计算,62,通用次因子,工厂条件,冷天气运行,装置条件,类别,数值,明显好于工业标准,与工业标准大致相当,低于工业标准,明显低于工业标准,A,B,C,D,-1.0,0,+1.5,+4.0,冬季温度,数值,40以上,2040,-2020,-20以下,0,1.0,2.0,3.0,地震活动,地震区,数值,4,2或3,0或1,2.0,1.0,0,失效可能性的计算,63,机械次因子,设备复杂性,接管数与数值,失效可能性的计算,64,机械次因子,管道复杂性,复杂度系数法兰头数10注入点数20支管数3阀门数5,复杂度系数/英尺复杂度系数管长（英尺）,复杂度系数,失效可能性的计算,65,机械次因子,建造规范,规范状况值,失效可能性的计算,66,机械次因子,设备的寿命周期,寿命周期值,失效可能性的计算,默认设备寿命40年,67,机械次因子,安全系数,运行压力值,操作温度值,安全系数=运行压力值操作温度值,失效可能性的计算,68,机械次因子,震动监测因素,泵与压缩机震动监控情况对应值,失效可能性的计算,69,工艺连续性,工艺次因子,计划停车数值,非计划停车数值,失效可能性的计算,70,工艺次因子,工艺稳定性,稳定性评级用数值,失效可能性的计算,71,工艺次因子,泄压伐因素,泄压伐维护用数值,泄压伐结垢趋势数值,失效可能性的计算,72,工艺次因子,泄压伐因素,腐蚀工况用数值,非常清洁工况用数值,失效可能性的计算,73,合计1011000,管理修正因子FM,管理操作维护安全检验培训工程,失效可能性的计算,74,管理系统评估分值与管理修正系数的关系,分值/10,失效可能性的计算,管理修正因子FM,75,2后果分析后果分析流程,1,2,3,3,4,5,4,6,7,76,2后果分析,泄放的后果确定,后果类型：,可燃、有毒、环境、营业中断,后果评估：,可燃用事故树计算概率，用API581程序计算组合后果有毒,营业中断：可燃结果的函数,环境：根据泄放量或泄放率确定,77,2后果分析,泄放的后果确定,蒸汽云爆炸,液池火,安全分散,火球,闪火,火球,安全分散,迟点火,早点火,闪点温度以上,不点火,点火,不点火,最后状态气体,最后状态液体,78,2后果分析,毒物确定,APIBRD581评估毒性物质：硫化氢氢氟酸氯氨,79,定量RBI分析风险计算,选择一组孔,估计泄漏可能性,估计后果,风险可能性后果,完成所有后果？,完成所有情形？,从RBI数据库提取,汇总所有情形的风险,是,是,否,否,80,设备风险是所有风险总和,2定量RBI分析风险计算,81,某台设备泄漏可能性、后果、风险计算,2定量RBI分析风险计算,82,失效后果,失效可能性,风险线,2,1,3,4,6,5,7,12,11,8,10,9,2定量RBI分析风险计算,风险图,83,风险矩阵,设备风险等级表,84,四，降低风险检验程序,85,不同破坏类型检验的有效性,1=高度有效2=通常有效3=适当有效=不常用,检验效果分类：高度有效、通常有效、适当有效、效果差、无效,86,2定量分析中所考虑的腐蚀机制,1)减薄机制(ThinningMechanism)HCl溶液腐蚀(HydrochloricAcid(HCl)Corrosion)高温硫化物/环烷酸腐蚀(HighTemperatureSulfidic/NaphthenicAcidCorrosion)高温H2S/H2腐蚀(HighTemperatureH2S/H2Corrosion)HF腐蚀(HydrofluoricAcid(HF)Corrosion)氨腐蚀(AmineCorrosion)高温氧化腐蚀（HighTemperatureOxidation),87,2)应力腐蚀开裂(StressCorrosionCracking)碱性开裂(CausticCracking)无水液氨开裂(AmineCracking)SSC/HIC/SOHIC碳酸盐腐蚀开裂(CarbonateCracking)连多硫酸腐蚀开裂(PolythionicAcidCracking)氯化物应力腐蚀开裂(ChlorideStressCorrosionCracking)(ClSCC)氢致应力腐蚀开裂(HSC-HF,HIC/SOHIC-HF)湿H2S开裂(WetH2SCracking)3)高温氢腐蚀(HighTemperatureHydrogenAttack)(HTHA)4)外部腐蚀(ExternalDamage)包括隔离腐蚀5)考虑的毒性物质：H2S、HF、Cl、NH3,88,不同腐蚀机理检验有效性分配,例：局部减薄腐蚀,89,五，RBI程序操作,90,开工会议,出报告,相互培训，现场考察,数据采集,数据审查,数据录入,录入审查,风险计算,检验策略制定,软件安装培训,硬件准备,修正，补充,管理系数FM确定,BV总部和RBI专家审查,YES,NO,NO,YES,RBI程序操作过程,91,定量RBI分析流程图,工艺条件,PHA结果,保养/检测记录,PSM系统评估结果,设备资料档案,后果严重性分析,失效概率分析,危害风险评估,其它降低风险措施,检测计划变更,RBI程序操作过程,92,3.基础数据采集,3采集数据内容,通用数据：气候条件、地震系数、工艺稳定性、投用年份、开停车频率等设计(制造)数据：设备类型、温度、压力、材料、壁厚、容积等工艺数据：物流(代表性流体、杂质)组份、操作温度、压力等检验数据：检验年份、历次检验的项目及有效性等安全信息：安全保护装置设置及维护等,RBI程序操作,93,RBI程序操作,3.数据审查,装置单元流程图标注物流号、温度物流表：换算为质量百分数添加腐蚀物质，PH值，氢分压等编写物流号设备表与管道表位号、名称、规格、容积、材料、设计与操作条件保温（冷）、硬度、热处理、油漆状况列年检验状况和有效性分类,94,数据录入及分析,数据录入层次建立,装置单元工段设备（管道）部件,RBI程序操作,95,分析假设条件,设备与管道的设计寿命为30年加氢裂化装置3台加氢反应器、乙烯裂解装置的C2和C加氢反应器的重要程度定为“极为重要”(Vital)其它设备和管道均定为“重要”(Important)下次检验年份：加氢裂化装置为2006年，乙烯裂解装置为2005年最小允许壁厚按原设计规范计算确定腐蚀裕量取原设计值当软件不能确定物流腐蚀机理时(主要是采集的物流组分数据中没有明确的腐蚀性物质，如含水量为100%的物流)，我们设定称为“未知”(Unknown)的腐蚀减薄机理，腐蚀率定为0.02mm/y。,RBI程序操作,96,应用案例简介,项目名称茂名石化公司乙烯裂解装置和炼油加氢裂化装置风险评估(RBI)完成单位合肥通用机械研究所压力容器检验站(GMRI)法国国际检验局法利咨询(上海)有限公司(BV)茂名乙烯工业公司、茂名石化炼油厂(MPCC)目的根据装置风险评估的需要，在完成风险评估所需资料收集和现场调查基础上，结合必要在线检测结果，按照API581等标准和BV开发的风险评估软件RB-eye，建