（化学工程专业论文）rbi在炼厂催化装置的应用研究.pdf

中文摘要 随着石油化工装置的大型化和复杂化，装置发生事故所导致的经济损失越来 越大，造成的社会影响也越来越恶劣。为了提高设备检验与维护的经济性和科学 性，降低事故风险和损失，切实保障石化装置的安全运行，传统的基于时间和条 件的检验方法已不再适应，企业迫切需要现代的更加科学有效的设备检验方法。 于是自2 0 世纪9 0 年代中期以来，基于风险的检测( r b i ) 作为一种追求安全性与 经济性统一的系统检验理念与方法在西方发达国家石化企业得到广泛应用。通过 r b l 的实施，可以达到优化检验资源配置，节省设备维修管理费用，提高设备检 验有效性的目的。 本文详细地介绍了基于风险的检测技术( r b i ) 的基本原理及其实施步骤与方 法。在工艺危害性分析及定性r b i 基础上，采用r b e y e 。软件对独山子石化公司催 化装置进行了定量r b l 分析，并根据r b l 分析结果对装置中的设备和管道进行了风 险排序。通过定量r b l 分析结果，总结分析出了该装置各关键设备和主要管道的主 要损伤模式及其腐蚀失效机理。论文还针对不同设备及其不同风险等级制定了相 应的检验策略，并且基于r b l 分析结果提出了独山子石化公司催化装置设备生产 和管理需借鉴的合理化建议，为独山子石化公司催化装置检验计划和长期检修策 略的制定提供了较为科学的方法和理论依据。 关键词：基于风险的检测( i m i ) ；催化装置；检验策略；安全评定； a b s t r a c t a i o n gw i t ht h ei n c r e a s e i nt h es i z e ，c o m p i e x i t ) ，锄dv a r i e 够o fe q u i p m e n t si n p e 仃o c h e m i c a li n d u s 姆，t h el o s so fr e s o u r c e sa n di t sa 虢c t i o n i ns o c i 啊h a v eb e e n b e c o m em o r es e r i o u sw h e na ne v e n to c c u r s i nt h en e e do fi n c r e a s i n g l ye f 免c t i v ea n d s c i e n t i f i ci n s p e c t i o no fe q u i p m e n t si np e t r o l e u m - c h e m i c a le n g i n e e r i n g ，e n s u r et h e s e r u c 卸o fp e 廿- 0 c h e m i a c a l 、柏r k sa n dd e c r e a s e t h el o s sd e d v i n gf r o md i s a b l e d f a c i l i t i e s ，t h eo l dm e t l l o d so ft i m e - b 邪e di n s p e c t i o n sa n de v e n c o n d i t i o n - b a s e d i n s p e c t i o n sa r en ol o n g e ra v a i l a b i l 时t or e d u c et h ef r e q u e n c yo f o c c u l l r e n c eo fe v e n t ， i th a sa l r e a d yb e e ns t r o n g l yc o n c e m e da b o u th o wt 0a p p l ym o d e ms c i e n c ea n d t e c h n o i o g yo fs e c u r 崎 s ot h er i s k - b a s e di n s p e c t i o n ( r b l ) a sac o n c e p ta n d m e t h o d o l o g yf o rs y s t e mi n s p e c t i o ns e e k sf o r 蛐i f i c a t i o no fs a f e 够a n de c o n o m yh a s b e e nw i d e 印p l i c a t i o ni np e t r o c h e m i c a le n t e 印r i s e so fe u r o p e 锄da m e “c as i n c e m i d d l el9 9 0 s i m p l e m e n t i n gr b ic a na c h i e v eo p t i m i z et h ea l l o c a t i o no fi n s p e c t i o n r e s o u r c e ，s a v i n gt h ee x p e n d i t u r co fm a i n t a i n i n ga n dm a n a g i n go fe q u i p m e n t s ，a tt h e s 锄et i m ee n s u r et h ee n e c t i v eo ft h ei n s p e c t i o n i nt h i sp a p e r ，t h eb a s i e 也e o 哆o fr i s k b a s e di n s p e c t i o n ( r b l ) t e c h n o l o g ya n di t s a c t u a l i z i n gs t e p sa n dm e t h o d si si n 廿o d u c e di nc i e t a i l a n dt h e nr b e y e 9s o 胁a r ei s a d 印t e dt oc o n d u c tq 啪t i t a t i v er b ia n a l y s i s o nc a t a l y t i c眦i t so fd u s h a n z i p e t r o c h e m i c a lc o m p a n yb a s e do np r o c e s sh a z a r da n a l y s i sa n dq 眦l i t a t i v er b i ，a n d r i s kp r i o r i t i z a t i o ni sc a r r i e do u tf o re q u i p m e n t sa n dp i p e i i n e s0 nt h ep l a n ta c c o r d i n gt o r b ir e s u i t s t h r o u g ht t l er e s u l t so fq u a n t i t a t i v er b la n a l y s i s ，m a j o rd a m a g em o d ea n d c o r r o s i v em e c h a n i s ma r ei d e n t i f i e df o rt h ep l a n tc r i t i c a le q u i p m e n t sa n dm 面o r p i p e l i n e so n eb yo n e i nt h i sp 印e r ，t h ei n s p e c t i o np r o g r a mw h i c ho f f e r ss c i e n t m c b a s i sf o ri n s p e c t i o ns c h e d u l ea n d 蛐g yw a s m a d ea c c o r d i n gt od i 毹r e n te q u i p m e n t p i p i n ga n dd i 妇陪r e n tr i s kc l a s s e s a n db a s e d o na n a l y s i so fr b i ，s e v e r a lu s e f l u ia d v i c e s o fp r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n ta r ep r o p o s e d ，瓶p r o v i d es c i e n t i f i cm e t h o d sa n d t h e o r yg i s tf o re s t a b l i s h m e n to fi n s p e c t i o ns c h e d u l e 锄di n s p e c t i o ns t r a t e g ye x t e n d e d 0 nc a t a l y t i cu n “so fd u s h 锄z ip e 们c h e m i c a lc o m p a n y k e yw o l i s ：黜s k b a s e di n s p e c t i o n 偎b i ) ；c a _ t a l y t i cu n i t s ；i n s p e c t i o ns t r a t e g y ； s a f e 够a s s e s s m e n t ； 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：鹨k 豸秀 签字日期：t ，妙7 年分月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：张豸为导师签名：孙众笏 签字日期：jc ，口7 年驴月，j日 签字日期：一殚扩月日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 基于风险的检测( i m i ) 方法概述 1 1 1 风险的定义 每一天，每个人都会遇到风险。有意或无意的，人们总是不断做出基于风险 的决定。生活中风险无处不在，即使最小心的人也要承担一定的风险。虽然人类 认识到风险的存在已经有了很长时间，但直到近代人们才科学、系统地研究它。 一些学者提出了风险的概念，比如美国学者h a y n e s 认为“风险意味着损害的可能 性”。另一位美国学者认为“风险是在一定条件下，一定时期内，预期结果与实际 结果的差异，差异越小则风险越小，差异越大则风险越大”f 7 1 。我国学者杨梅英 在他的风险管理与保险原理中从基于保险学的角度提出“风险是人们对未来 行为的决策及客观条件的不确定性而导致的实际结果与预期结果之间偏离的程 度”。风险的本质应理解为，是事件未来结果的变动性【2 j 。从心理学角度认为风 险是人关于危险的一种感受。虽然不能否认风险对人的心理以及对决策者的决策 会产生影响，但风险有独立于人的主观认识而客观存在的一面。在工业领域，风 险工程学认为风险由两部分组成：一是危险事件出现的概率；二是一旦危险出现， 其后果严重程度和损失的太小。如将这两部分的量化指标综合，就是风险的表征， 或称风险系数。危险是客观存在，是无法改变的，而风险却在很大程度上随着人 们的意志而改变，亦即按照人们的意志可以改变危险出现或事故发生的概率【2 j 。 本文采用a p l 5 8 0 2 0 0 2 鼬s k b a s e di n s p e “o nb a s er e s o u r c ed o c u m e n t 中关 于风险的定义：风险( 黜s k ) 是对目的有影响的某一事件发生的机会，风险是事 件发生的概率和与事件相关联的后果( 通常是不利的) 的结合l lj ，风险可以用以 下数学形式表示： 风险( r i s k ) = 事件发生概率( p r o b a b i l 时 后果( c o n s e q u e n c e ) ( 1 - 1 ) 风险事件发生的概率及风险事件的后果被称为风险的两维性。从风险的定义 可以看出，降低风险可以从降低失效概率和减少损失两个方面考虑，通过采取安 全措施使风险降低到可接受的水平。 第一章绪论 1 1 2 基于风险的检测( r b i ) 基于风险的检测( r b l ) 是一种追求系统安全性与经济性统一的理念与方法，它 是在对系统中固有的或潜在的危险发生的可能性与后果进行科学分析的基础上， 给出风险排序，找出薄弱环节，以确保本质安全和减少运行费用为目标，优化检 验策略的一种管理方式8 1 。 1 1 2 1r b i 的适用范围 a p ii m i 系根据a s m er b i 文件的方法开发指南，并对其技术进行尽可能简 化而开发了在装置检验层次上易于理解的适用工具和方法学。该方法主要应用于 烃加工和化学工业。目前，已在下列装置中得到应用与发展1 1 】： 一炼油厂 一石化及化学厂 一气体处理厂 一液化天燃气厂 一长输管道 一海上采油平台 一f p s o ( 海上生产与储油装置) 可应用的设备类型包括： 一压力容器( 所有受压部件) 一换热器( 壳程、管箱和管束) 一储罐( 常压和带压的) 一反应器一锅炉和加热炉( 炉管) 一压力管道 一旋转设备( 泵与压缩机的受压部件) 一安全阀 不包括非受压设备，如：仪表与控制系统、电力系统、结构系统和机械部件 ( 除了泵与压缩机壳) 。 另外，r b i 考虑了各种规模机构、文化和地方法规要求，因而在现有工厂风 险管理中的应用具有可弹性，能适于各种地方环境，保证对于材料退化导致的风 险进行识别、评估和管理的一致性和准确性。 2 第一章绪论 1 1 2 2r b i 的原理 r b i 是风险工程学在石化运行管理中的应用，它是以设备风险分析、风险评 价等风险管理方法确定设备风险等级，并制定、实施设备检测计划，从而降低设 备风险，提高设备运行可靠性的管理方法。 统计和分析表明，风险在各设备中不是均匀分布的，大约9 0 左右的设备风 险由不足2 0 的少量设备承担【9 1 ，如图1 1 所示。在一套装置的设备维护、管理 中，所投入的资源( 人力、物力、财力) 是有限的。由于设备的风险不同，如果把 这些资源平均地使用在每一台设备上，必然风险高的设备检测不足，而有些设备 则检测过剩。基于风险检测( i m i ) 技术能合理地使用和分配这些资源，可以把检 验和管理的重点集中于少量的高风险设备，既将风险与检验有机结合，而减少在 低风险设备上的不必要的投入。因此采用基于风险的检验( r b i ) 技术，可以提高 设备的安全性与可靠性、合理配置检验和维护资源、从而从整体上减少检验和维 护成本，最终以最佳检测及维修成本实现设备以至整套装置的可靠运行。 总 风 除 ， ， ， | l l f 图1 1 风险分布图 在设备风险检测工作中，可以通过检验识别问题区后所采取的纠正和预防措 施来降低以后的失效频率，增加检验来降低风险。但随着风险检测工作的深入和 细化，检测的成本不断增加，但设备的风险不断降低，由此带来的损失也相应减 魏 睃 笈 生 图1 2 风险与检测投入的经济性分析 第一章绪论 少，因此在装置运行总成本上就存在一个最佳点，如图1 2 所示。这也优化风险 管理的经济目标。 图1 - 3 应用r b i 的风险管理1 1 l 另一方面，设备没有进行检测时，有很高的风险。随着最初检测工作的投入， 风险急剧降低。降低到一定程度后，额外的检测工作和增加检验频率( 缩短检验 间隔) 所能降低的风险十分有限，如图1 3 所示。r b i 为确定检验方法和检验频 率的最佳组合提供了一个方法。可能分析每一可用的检验方法及其在降低所估计 的失效频率中的相对有效性。给定该信息和每一方法的成本，则可编制一个最佳 程序。其关键是对与每一项设备有关的风险的量化，然后为该项设备确定大部分 合适检验方法的能力1 1j 。 1 1 2 3r b i 的分析方法 r b i 方法可定性、定量或两者结合应用( 半定量方法) 。它们的共同点在于 为风险筛选、潜在高风险区域的识别和进一步检验或分析、编制设备项的优先排 序提供了一个系统的途径，而且都可给出风险评估的措施。两种方法对风险进行 筛选、识别潜在关注区域和为更深入检验或分析编制优先排序表提供了一个系统 的途径。两者都开展风险评级措施。该措施用来单独评估失效可能性和失效潜在 后果。然后将这两个值组合来估计风险。 定性和定量方法之间的主要区别是鉴别程度。定性方法只需要较少的详细设 施资料，结果是，其区分能力更加受到限制。定性方法一般用于工厂现场的装置 或装置的主要部分进行评级，以便为定量i m l 研究或类似活动确定优先排序。 4 第一章绪论 另一方面，定量r b l 分析将为每个设备项和管段提供风险值。有了该层次 的资料，就可为装置编制一个综合的检验计划。 1 定性方法 这种方式要求输入描述性信息。这些信息是咀工程推断和经验作为失效可能 性和失效后果分析基础的。输入的信息通常是一定的数据范围，而不是一个不连 续的数值。风险分析结果通常是以定性的形式，如失效可能性等级分为l 一5 级 失效后果等级分为a e 级。风险评价时，使用一个以后果等级为横坐标，可能 性等级为纵坐标的5 5 的风险矩阵，如图l _ 4 所示。将风险分析结果代入该风险 矩阵中，确定其最终的风险等级。图中方格内的数字即为风险等级，方格颜色的 深度也代表了风险等级，颜色越深等级越高。但图中的阴影部分并不是对称的， 因为风险矩阵建立在这样一个假设。即几乎在每一情况中，后果系数将在确定总 风险中比可能性系数具有更大的权重。 玎1 能 性 等2 衄 3 4 鬻； 一 1 ： _ 8 o 。喾* 磊 田1 一定性分析的风险矩阵 定性方法类似于定量分析，只是定性方法要求较少的细节和耗时较少。定性 方法产生的结果没有定量分析的结果那么精确，但它为基于风险的检验程序的优 先排序提供了一个基础。这种分析的价值在于能够在缺乏具体定量数据情况下完 成风险评估。定性分析结果的准确性取决于分析者的知识背景和经验。定性r b i 方法具有三个功能： a筛选现场内的装置以选择所需的分析层次并证明进一步分析( 定量r b l 或一蝗其它方法) 的好处。 b对装置内的风险程度进行评级并将其分配给风险矩阵内的某一位置。 c 识别工厂中潜在关注问题区，从而可能对提高检验程序有好处。分析首先 确定代表该区域内的失效可能性，然后组合到风险矩阵中咀产生对装置的一个风 第一章绪论 险评级。在着手定性l m l 分析的更详细步骤之前，用户可以进行一个简单的筛 选过程来确定装置中的相对风险。 由于定性的方法需要采集的资料较少，执行起来快速而简单，在较短的时间 里就可得出整个装置的风险等级及分布，使用户快速关注于工厂最高风险的区 域，但分析结果相对保守，需要更多的专家介入。它一般用于r b i 应用的第一 步，对较为复杂的整个装置或部分单元先进行筛选，以便确定定量r b i 研究或 应用的目标，是定量l 也1 分析的基础。 2 定量方法 定量风险分析使用逻辑模型描述那些导致严重事故的事件组合，使用物理模 型描述事故的进程和危险物质在环境中的传播。模型从定性和定量的角度给出了 对风险的认识，并且识别那些影响风险的最重要的设计、现场或操作的特征。定 量风险分析在分析深度和详细评估的综合性上与定性方法不同。定量的r b i 方 法需要设备项的较为完整的资料，对一个设备项的可能性分析建立在失效频率的 通用数据基础上，需要由设备修正因子和管理系统评价系数加以修正。其失效的 可能性包括一系列评估失效机理的技术模块，对泄漏物的后果计算使用效果模 块。定量的r b i 程序将这些后果分为四种：可燃或爆炸事件、毒性介质泄漏、 环境风险和商业中断。一般在定性分析筛选后，再对高风险项进行每个设备项或 管段进行定量分析与评估计算，初次计算需要较长的时间，但不需要更多的专家。 可给出详细有效的检验计划。 2 半定量方法 半定量方法由定性方法和定量方法派生。这种两种方法的结合具有了这两种 方法的主要优点( 例如，定性方法的速度和定量方法的严密) 。通常这种方法需要 使用定量方法中使用的大多数数据，但又不是那么具体。这种模型也不如定量方 法中那么严格。其结果通常是给出后果和概率的类别，而不是风险数值，但每 一类别都与数值相关联，以允许计算风险和应用相关的风险接受准则。半定量方 法也是采用一风险矩阵来进行风险评价。 1 1 2 4r b i 的计算工具 r b i 的实施是对大量基础数据的整合，通过失效可能性与失效后果的分析与 计算，风险的评估，得出设备的风险分布与排序。尤其是对定量的风险评估，采 用了相对比较复杂的失效概率计算模型和失效后果计算模型。另外，r b l 是一个 动态的管理方法，基础数据的变更需要r b i 的重新计算。因此，r b i 的实施离不 6 第一章绪论 开r b i 的专业软件。目前，世界上主要的r b i 软件有：饼w ( 挪威船级社) 的 o r b i t b u r e a uv e r i t a s ( 法国船级社) 的r b e y e ，t w i ( 英国焊接协会) 的鼬s kw i s e 和l i f ew i s e ，t i s c h u k 公司的t o c a ，h y p r o t e c h 公司的a x s y s i n t e g r i 吼， c r e d o s o f t 公司的c r e d o p r o ，a p t e c h 公司的r d m i p 。这些r b i 软件采用的系统 虽然有所差异，在不同的行业有不同的优势，但本质上都符合a p i5 8 l 的技术要 求。 从长远来看，我们应该组织力量开发自己的r b i 应用软件。中国的企业设备 环境同国外有较大的差别，人员素质、设备水平、管理方法、法规要求及配套服 务都不一样，不能照搬国外的软件。目前，国外几家公司的主要思路还是想通过 他们在中国的机构和雇员( 法国b v 是同合肥通用机械研究所合作) 单独为石化企 业提供服务，这样对国内的r b i 技术的开发及推广应用极为不利，这项技术的有 效利用一定要有可靠的设备状况监测、检验和分析作为技术支撑，不能指望仅靠 几个外方公司在中国的雇员，靠一套r b i 软件就能帮我们解决实际问题，因为他 们缺乏对石化设备的现场了解。我们建议在实际应用中，有条件地选择一种软件， 消化吸收后，利用国内的力量( 如我国的企业、青岛安全工程研究院、合肥通用 机械研究所及其他相关科研机构联合) 进行二次开发，以满足国情需要i l 。 我国自上个世纪末就有一些高校或研究机构试图编制l 迎i 的软件，但收效甚 微，原因是r b i 的原理方法虽然简单，就是失效可能性与后果的计算问题，把这 些计算方法写成程序也十分简单，短时间内即可以完成。但r b i 软件的本身的难 点不是计算方法，而是针对某行业形成的丰富内涵的数据库。如各类介质的腐蚀 性、失效机理、失效模式、材料在介质中的行为、以往l 强i 实践的经验与教训等 等，这些内容是与经验和大量试验甚至事故分析相关，短时间是难以较好完成的。 所以严格说引进国外的r b i 技术关键不是软件，而是数据库。因此国外一些机构 积累了十多年经验并有着丰富r b i 数据库的软件是值得我们学习的，如b v 、d n v 的技术等，反之国外某些公司毫无实践经验的方法软件实际用处并不大【l 引。消化 吸收改进国外技术的关键自然也不是编制一个类似的一个a p i5 8 1 的方法软件， 而是应当掌握相应的数据库内容，结合我国国情，完善改进。即使是国外权威机 构的技术也有一些不足之处。 1 1 3r b i 方法与法规标准之间的关系 a p i5 8 0 及其执行文件a p j5 8 1 是用于宏观风险区分与排序的一种方法或是 一种理念，仅靠a p i5 8 0 或a p l5 8 l 是不能控制风险的，还需要一系列的检测规 范与符合实际的完整性评估标准来支撑，同时这些支撑也成为各种具体的检验、 7 第一章绪论 检测、维修技术的要求，如图1 5 所示的a p i7 5 0 、a p i5 1 0 、a p i5 7 0 等，它们 与a p i5 8 0 、a p i5 8 1 共同保障了承压设备的安全使用： 图1 5 a p i 设备保障相关文件体系 同样，a p i5 8 1 与a p i5 8 0 在我国实践时，它也需要一系列的技术支撑。中国国家 质检总局颁公布的“在用压力容器定期检验规则”、“在用工业管道定期检验规程” 是中国压力容器与管道治理整顿多年的实践经验总结，它们即是强制性的技术规 范，也是适合中国国情的具体检验维修技术的方法。在r b i 活动中，它们与“压力 容器缺陷评定规范( c v d a 1 9 8 4 ) ”或待发布的“含缺陷压力容器安全评定”等技术 标准一起构成了风险控制的支撑体系【1 3 】。 “传统检验”是检验力度越大越安全的理念，我国的现行规程规范并不是这个 思想。因此不能把规范、规程当作“传统检验”的代表与r b i 对立起来。实践中， 应当以r b i 确定对应不同失效机理、失效模式的高风险的区域、高风险的装置与 设备，并以此为指导确定检验策略，具体检验技术方法等还是要与规程、规范结 合，并且检验周期的确定要考虑风险等级、规范要求等多方面因素。例如在确定 检验项目时，技术规范要求以宏观检测、测厚、表面无损检测为主，必要时辅以 其它方法检查1 6 l ，这是与r b i 精神相一致的。只不过原来没有采用r b i 手段时，这 个“必要时”难以确定，在经验不足时往往容易造成检验不足或过度检验。而采用 r b i 方法时，这个“必要时”的目标部位、检验方法十分明确而已。可见r b i 方法 可以帮助检验人员更好地理解执行法规及技术规范。因此，r b i 与法规及技术规 范是相互依存相互支持的关系，r b i 活动必须在我国法规允许的框架下进行。 风险评估技针对可能的损伤或劣化模式，结合失效后果，给出具有针对性的 检验、检测、监测措施和周期的建议。风险评估给出的建议中，可能延长也可能 8 第一章绪论 缩短检验周期。一些国家规定在检验周期到期之前经过有资格和授权的人员的审 查和批准即可延长检验周期，如：美国a p i 规定，经压力容器工程师和授权检验 人员的审查和批准即可；而我国有关法规尚未明确规定可以根据风险评估的结果 调整检验周期。此外，在检验方式和检验手段上，风险评估所给出的建议与我国 有关法规的规定也存在冲突的可能。这已经成为在我国推广风险评估技术的主要 难点之一，必须采用合适的方式予以解决。 为便于r b i 技术的推广应用，在法规与技术规范中，应有相关条款为r b i 工 作留有接口。例如法国政府在2 0 0 0 年对法令n o 9 9 1 0 4 6 进行补充，使得法国 石油工业协会( u f i p ) 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”就获得了政府的批准。 1 2 基于风险的检测( r b i ) 在国内外的研究及应用 风险管理科学起源于能源工业，2 0 世纪7 0 年代核工业为了确定检修的优先 顺序，并作出基于风险的决策，发展了概率风险分析技术( p r a ) ，该方法综合考 虑了危险发生的概率和危险性程度，用来处理那些低概率高后果的极端事件；在 化工工业，为避免高失效后果的灾难性事件，提出了机械完整性方面的要求并发 展了o s h a1 9 1 0 1 1 9 标准；在石油领域，基于风险的检验( r b i ) 技术最初由 d n v ( 挪威船级社) 在海洋平台上采用，并开发了应用于海洋平台的以及应用于石 化装置的r b l 软件。2 0 世纪9 0 年代初，美国石油协会( a p i ) 将r b i 技术移植到 石化装置的检验中，将其改造为a p i r b i ，先后颁布了两个推荐标准a p i5 8 l 和a p i5 8 0 ，作为实施l 氇i 项目的指导文件目前已经在石化工业中得到了大量的 应用，并被实践证明是一种高效风险分析工具。英国、法国也编制了自己的r b i 技术指导文件，可以说采用“基于风险的检验”是国际上对在役设备进行维护和检 验管理的未来发展趋势。目前l m i 技术已经在航空、航天、石油化工、压力容 器与管道等工业得到了广泛的应用。例如：美国对压力容器和工业管道普遍接受 了r b i ，对埋地管道推行和普遍采用了基于风险评估的管理，并且对于输油、输 气埋地管道的风险评估是强制性的；有些国家要求压力容器和压力管道开工前提 交风险评估报告。 上个世纪九十年代初期，欧美二十余家石化企业集团为了在安全的前提下降 低运行成本，共同发起资助美国石油学会( a p i ) 开展r b i 在石化企业( 主要是炼油 厂) 的应用研究工作。1 9 9 6 年a p i 公布了i 也i 基本资源文件a p ib l m5 8 l 的草 案j2 0 0 0 年5 月又公布a p i5 8 l 正式文件。2 0 0 2 年5 月正式颁布了r b i 标准 9 第一章绪论 a p ir p5 8 0 。十多年来，西方发达国家甚至亚洲的韩国、新加坡等国家和地区 的石化炼油厂广泛应用了r b i 方法进行成套装置中的承压设备的检验与维修， 使得风险和检验维修费用都大幅度下降f 8 】。 风险分析方法的研究是风险工程的一个重要的内容，也是近年来风险工程学 的研究热点，随着科学技术的不断发展和进步，各种新思想和新方法也将逐渐用 于风险分析和评价技术，例如粗糙集理论、模糊集理论、模糊专家系统、模糊神 经网络、模糊灰元理论、以及神经网络与专家系统相结合的混合专家系统方法等。 随着被评价系统的大型化、复杂化，各种评价方法的计算机化，各种评价软件的 研发及各类数据库的完善将是风险工程学的一项重要的研究内容f 1 2 】。 自9 0 年代末期，我国也开始了i 也t 项目的研究。2 0 0 3 年中国石化茂名石化 公司和合肥通用机械研究所与法国b v 公司合作，在乙稀装置裂解装置和炼油加 氢裂化装置进行r b i 的应用。国家技术监督局锅炉压力容器检验中心引进了英国 t w i 的对s k w i s e 软件进行研究应用。中国石化青岛安全工程研究院引进了 t i s c h u k 公司r b i 技术，并在齐鲁石化公司胜利炼油厂进行了应用研究。中国石 油华北石化公司和韩国s k 公司合作再催化裂化和柴油加氢装置开展了l i 项目 的应用研究【2 】。 随着世界经济一体化的发展，我国企业将风险评估技术引入设备管理已是必 然趋势。为了促进我国承压设备风险评估技术的发展，中国特种设备检测研究中 心正在负责筹备建立直接对国家质量监督检验检疫总局特种设备安全技术委员 负责的r b i 专家组，为国家特种设备安全监察部门决策提供r b i 技术支撑，专家 组的主要任务为f 9 】： ( 1 ) 组织收集国内外r b i 的技术进展、工程应用、法律法规等方面的信息，开展技 术交流； ( 2 ) 组织并参与i 啦i 技术规范化建设，如建立适合中国国情的r b i 技术体系、组织 制定或修订i 啦i 配套标准等； ( 3 ) 研究审议r b i 技术应用与我国有关法规衔接的具体措施； ( 4 ) 帮助解决i 强i 技术应用过程中的关键问题，如不同风险等级的降险策略、风险 控制策略等，并提供技术咨询。 中石油中石化为了提高市场竞争力，已经明确提出成套装置长周期运行的发 展目标，成立了中石化工程风险分析技术研究中心，各分公司都在考虑以应用 i 强i 技术为切人点，进一步提高设备管理水平，降低成本，提高效率。中国特种 设备检测研究中心、通用机械研究院、华东理工大学、天津石化机械研究所、南 京工业大学、中国石化青岛安全工程研究院都采用a p l 5 8 l 标准和不同的软件，例 如英国世界材料连接中心开发的s k w i s e 、法国商检局( b v ) 开发的r b e y e 软件、 l o 第一章绪论 挪威船级社( d n v ) 开发的o r b i t o n s h o r e 和英国t i s c h u n k 开发的1 二o c a ，进行 了实践应用的有益尝试。 虽然有些单位开展了风险评估技术和方法的研究，但在工程实践中基本采 用美国或英国的风险评估技术和方法，成套装置的r b i 多以a p i5 8 1 为基础，在一 些重要方面并未考虑我国设备的实际情况对风险的影响，后果评价中也未考虑我 国的价值取向。风险评估是综合性的管理技术，只有适合本国国情，与设备状况、 价值取向和技术、经济、管理水平、人员素质协调一致的风险评估技术及方法， 才可能在实践中得以实施并取得重大的社会和经济效益。因此，亟需组织已有或 正在积累风险评估应用经验的单位和专家，进一步开展国产化研究 1 3 本文的研究内容及意义、 本文的研究内容在于针对炼厂催化装置按照a p i5 8 1 2 0 0 0 基于风险的检验 方法应用开展研究，以系统的概念对装置进行整体考虑，进行全面和系统的分析 和评估，建立全面的静设备的风险因素评价体系。研究目标是根据风险分析结果 制定出针对性的设备检验策略和检验建议，实现炼厂催化装置设备的本质安全和 检验成本的平衡统一。 研究内容主要包括： ( 1 ) 找出装置的高危害风险区域。 ( 2 ) 找出装置中的重要设备与管线。 ( 3 ) 根据失效可能性和失效后果计算实现风险排序。 ( 4 ) 根据风险分析结果，调整检验、维修计划，安排检验时间与周期。 ( 5 ) 提高企业安全管理的水平。 本文的研究路线主体将按照图1 6 所示流程图进行。 本文的主要研究意义体现在以下几方面： 1 通过r b i 方法的风险识别方法在炼厂催化装置的应用来确保设备的本质安全， 避免了传统检验的不足； 传统的检验由于不清楚特种设备的失效模式或失效机理，或者是不清楚设 备失效可能发生的部位，经常造成检验不足或者是检验无效的情况与盲目追求 “全面”或过度检查造成检验投入浪费的情况。传统的检验方式由于对装置、设备 的重要度缺乏系统的划分，也常常造成检验的重点不突出及检验投入的平均化。 传统的检验由于检验周期确定的依据不足，常常造成检验周期过频或过长。 而应用i m i 方法后通过得到具体的检验策略得到改善。 第一章绪论 图1 - 6 本文的技术路线 2 在炼厂应用i i 是满足了国家与企业的需求： 2 1 国家希望通过用先进的风险工程学理念，处理安全与经济的关系； 2 2 企业的管理层需要一个系统、完善的管理体系来规划、监控风险、制定严格 有效的风险应对计划来降低风险带来的影响； 2 3 执行r b i 项目实际上同时将工厂设备的信息进行了全面的整理归纳，形成了 一套信息库，这对于设备管理部门来说是非常有帮助的。同时在执行r b i 管理 的过程中也产生了一个集工艺、设备、腐蚀、安全等跨部门的知识核心小组，改 变了以往各个部门间知识不流通的状况。 3 本项目的经济效益： 1 2 第一章绪论 3 1 应用l i 方法在炼化装置的应用确保了设备的本质安全，而安全和减少石化 企业非计划的停工是最大的潜在效益； 3 2 通过r b i 方法在炼化装置的应用会在科学合理的基础上最大程度的节约检验 的投入。 由于r b i 方法根据不同的设备的危险程度来确定检验周期，将检验费用重点 投入于装置中高风险设备，降低在役运行费用，延长设备有限运行时间，减少停 工时间；通过延长检验周期来减少停机检验次数，缩小停机检验的范围；提高检 验的效率，优化检验计划和检验策略，减少可靠设备不必要的例行检验内容，实 施针对性的检验内容。 第二章催化装置工艺分析 第二章催化装置工艺分析 本文所研究的应用i i 方法的炼厂催化装置系中国石油独山子石化分公司 炼油厂的i 催化裂化装置。i 催化裂化装置由反应再生、分馏及吸收稳定等3 个 单元组成。i 催化裂化装置为1 9 7 7 年1 0 月投用的装置，进行过多次停工检修， 最近一次大修2 0 0 4 年。根据工厂大修计划，装置计划大修时间为2 0 0 7 年8 月， 因此需尽快制定出根据i 也i 方法制定的检验策略。 本文的项目范围为i 催化裂化装置内的静设备及管道( 其公用工程系统及辅 助系统如燃油、燃气、封油、冷却水等不包括在内) ，接口为与主工艺系统设备 或管道相连的第一只阀门。具体评估范围按管道仪表流程图( p & i d 图) 作详细划 分。本项目需对i 催化裂化装置的6 4 台静设备与1 l o 条管道进行r b l 分析。 2 1i 催化装置工艺描述 i 催化裂化装置1 9 7 7 年1 0 月建成投产，设计加工量为6 0 万吨年。装置 采用高低并列式提升管蜡油催化裂化工艺，由反应一荐生、分馏、吸收稳定、主 风机、气压机等部分组成，催化剂使用分子筛催化剂，仪表采用气动仪表。装置 的原料为常压、减压馏份油，焦化馏份油，酮苯蜡膏或蜡下油，丙烷烃、重脱油 的混合油。产品为汽油、柴油、液态烃、干气。原料经过预热后进入提升管反应 器和再生后的催化剂混合，在一定的温度、压力下发生裂化反应，异构化反应， 芳构化反应，氢转移反应等化学反应。反应后的油气进入分馏塔，由于油气中各 组份沸点的不同，在分馏塔油气被冷却后分馏成塔顶油气，柴油，回炼油和油浆。 柴油直接出装置，塔顶油气经油气分离器分离出富气和粗汽油，富气由气压机压 缩后送入吸收稳定系统，在吸收塔根据富气中各组分在吸收剂中溶解度的不同， 由粗汽油和稳定汽油作吸收剂，吸收富气中的c 3 ，c 4 以上的组分，贫气进入再 吸收塔，由柴油吸收贫气中带走的少量汽油，干气出装置去硫磺回收装置，富吸 收油由吸收塔出来进入解吸塔，解吸出其中的c 2 组分，脱乙烷汽油进入稳定塔， 塔顶出液态烃，塔底出稳定汽油。1 9 8 9 1 9 9 2 年进行扩能改造，加工能力提高 到8 0 万吨年；1 9 9 2 年至今主要进行掺炼减压渣油和仪表控制系统的改造，采 用了仪表d c s 先进控制系统。 1 4 第二章催化装置工艺分析 2 2i 催化装置工艺危害性分析 在风险评估工作开始前，我们对整个装置进行了工艺危害性审查，目的就是 要识别出装置内的高度危害介质和找出可能会造成严重后果的区域或设备。 工艺危害性审查是参照a p i7 5 0 工艺安全管理以及o s h a 规范1 9 lo 1l9 高危化学品的工艺安全管理所描述的基本原理和方法来进行的，并针对与装 置风险评估相关内容进行调整。 我们审查了i 催化裂化装置的物流，并根据物流中的代表组分来确定它的危 害性等级。 一般来说在石化和炼油行业中经常出现的高危害性毒性介质有硫化氢( h 2 s ) ， 氯气( c 1 2 ) ，氟化氢( h f ) 和氨洲h 3 ) 等。根据美国消防协会n f p a3 2 5 规范的定义 代表组分的燃爆性、毒性和易反应性等级，以及根据o h s a 规范1 9 1 0 1 1 9 附 录a 中属于高危害性介质的规定，经过对物流介质的分析，我们列出i 催化裂 化装置中具有高危害性的物流。同时，通过对物流介质危害性的分析，我们给出 那些可能会导致严重燃爆性健康性后果的设备及附属管道，并对它们进行有针 对性的定量分析。表2 1 2 3 给出了i 催化裂化装置的物流的危害性等级和导 致严重燃爆性健康性后果的设备及管道清单。 注：以上分析并没有考虑装置内的消防和隔离措施的作用，我们会在后续的定性分析和 定量分析中进行各方面因素的综合评估。 表2 1i 催化裂化装置主要物流的危害性等级 第二章催化装置工艺分析 表2 2i 催化裂化装置可能会导致严重燃爆性，健康性后果的设备 t 1 0 l 整体r 2 0 1 封头筒体上部、集液器 h 一2 0 l ，l 、2 壳程 t 2 0 l 顶部、筒体1r - 2 0 5 整体 h - 2 0 2 ，l 、2 管程 t - 3 0 1 ，l 顶部、筒体2 、锥段 t - 3 0 l ，2 筒体 t - 3 0 2 项部、筒体 t 3 0 3 顶部 r 2 0 6 集液器 r 3 0 1 整体 r - 3 0 2 整体 h 3 0 5 壳程 h 3 0 4 l 、2 管程 h 2 0 5 ，l 一4 壳程 k l 2 0 l 1 4 管程 i _ 应o 笤l 、2 壳程 l 2 0 3 ，l 3 壳程 l 3 0 l l 4 壳程 l 3 0 4 l 、2 壳程h - 3 0 2 管程 表2 - 3i 催化裂化装置可能会导致严重燃爆性，健康性后果的管道 p 0 6 2 3 ”p 0 0 5 8 ” p 0 0 7 - 1 2 “p 0 1 5 - 2 4 ”p 0 2 3 - 6 ”p 0 8 8 - 2 4 ” p - l l o - 2 8 ”p - 0 4 0 - l o “ p - 1 0 7 - 8 ” p 0 4 l 一8 ” p 。0 0 8 6 ” p - 0 0 9 8 ” p - 0 4 4 8 ” p 0 5 0 - 6 ” p 0 8 0 - 6 “ p 0 8 l 一3 ” p 0 5 7 3 ”p 一0 8 9 6 ” p 0 5 8 4 ”p 0 9 2 _ 4 ” p 0 5 9 3 ”p - 0 9 3 6 ” p 1 0 8 - 6 ”p - 0 4 2 8 ”p 0 4 5 - 6 ” p 0 9 0 - 6 ”p 0 6 0 - l o ”p 0 9 4 4 ” p 0 8 3 8 ”p - 0 4 3 8 ”p 0 8 7 罐”p 0 9 l 一3 ” p 1 0 1 3 竹p - 1 0 2 6