（安全技术及工程专业论文）RBI技术在电站锅炉系统中的应用研究.pdf

电站锅炉系统基于风险检验( r b i ) 技术的应用 a b s t r a c t t h eb o i l e r so fp o w e rp l a n ta r eo n eo ft h em a jo rt h r e ee q u i p m e n t si nn r ep o w e r p l a n t s t h es a f e a n ds t a b l e o p e r a t i o n sa r ev e r yh i g h l yr e q u i r e d ，w h i c hp l a yav e r y i m p o r t a n tr o l ei nt h ew h o l es y s t e m w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ta n da d v a n c eo fb o i l e r e q u i p m e n t s ，t h er e q u i r e m e n t so fm a i n t e n a n c ea r eh i g h e ra n dh i g h e r a tp r e s e n tt h e i m p o r t a n ts u b j e c t so f m i d d l es m a l la n de n t e r p r i s es p a e rp o w e rp l a n t sa r eh o wt os u i t t h en e ws i t u a t i o n ，h o wt o i m p r o v et h em a i n t e n a n c es y s t e ma n dm o d e ，a n dh o wt o e n s u r et h es a f eo p e r a t i o n so fb o i l e r s r i s k b a s e di n s p e c t i o n ( r b i ) t h a th a sb e e na r i s e na n dd e v e l o p e di nw e s t e r n c o u n t r i e s ，i nt h ep a s t3 0y e a r si sac o n c e p ta n dm e t h o do fs y s t e mm a n a g e m e n tw h i c h c o m b i n e ss e c u r i t ya n de c o n o m i c i ti sas y s t e m a t i cm e t h o df o rr i s ka sab a s i sf o r p r i o r i t i z i n ga n dm a n a g i n gt h ee f f b r to fa ni n s p e c t i o np r o g r a m t h er i s ko fe q u i p m e n t s i sd e t e r m i n e db yt h ec o m b i n a t i o no ft w of a c t o r s ：t h ec o n s e q u e n c eo ff a i l u r ea n dt h e l i k e l i h o o do ff a i l u r e b a s e do nt h er i s kl e v e l sa n df a i l u r em e c h a n i s m ，a ni n s p e c t i o n p l a n n i n gi sp r o v i d e d ，p r i m a r i l yb yr e d u c i n gt h ep r o b a b i l i t yo ff a i l u r e ，t or e d u c et h e h i g h e rr i s k s i na no p e r a t i n gp l a n t ，ar e l a t i v e l yl a r g ep e r c e n t a g eo ft h er i s ki su s u a l l y a s s o c i a t e dw i t has m a l l p e r c e n t a g eo ft h ee q u i p m e n ti t e m s t h e r e f o r e ，i n s p e c t i o n e f f b r t sc a nr e s u l ti nn o to n l yi n l p r o v e m e n to f p l a n tr e l i a b i l i t yb u ta l s os u b s t a n t i a lc o s t s a v i n g s ，a l l o w i n gas h i f to fi n s p e c t i o na n dm a i n t e n a n c er e s o u r c e st op r o v i d eah i g h e r l e v e lo fc o v e r a g eo nt h eh i g h e rr i s ki t e m sa n da na p p r o p r i a t ee f f o r to nl o w e rr i s k e q u i p m e n t t h i sp a p e ra n a l y s i st h el i k e l i h o o da n dc o n s e q u e n c eo ff a i l u r ef o r5p r o c e s s e so f b o i l e ri nap o w e r p l a n t ，i n c l u d i n g6 6e q u i p m e n t s a n d19 81p i p e l i n e s ，a n dt h e ng i v er i s k d e g r e ea n dp o s s i b l ed i f 诧r e n td a m a g em e c h a n i s m s a c c o r d i n gt ot h er e s u l to fe t h y l e n e r b ip r o j e c t ，t h e i n s p e c t i o na n dm o n i t o r i n gp l a na r ep r e s e n t e d ：m o n i t o r i n gt h eh i g ha n d m i d d l e h i g hr i s ke q u i p m e n t sa n dp i p e l i n e s ，s u c ha sm e a s u r i n gt h i c k n e s sa n dv i s u a l e x a m i n a t i o no nl i n e ，t a k i n gh i g h l ye f f i e c t i v ei n s p e c t i o nd u r i n gs c h e d u l e ds t o p p i n g ，a n d p e r f o r m i n g r a n d o m i n s p e c t i o n f o rl o wa n dm i d d l er i s k e q u i p m e n t s a n d p i p e l i n e s h a v i n gp e r f o r m e dt h ep l a nm e n t i o n e da b o v e ，t h eu n i tc a nb es a f e t ya n d s t a b i l i t yt or u nt i l lo v e r h a u l ，r e d u c i n gt h er i s ko fe q u i p m e n t sa n dt a k i n gs o m eb e n e f i t s f 6 re n t e r p r i s e s 1 1 硕士学位论文 k e yw o r d s ：b o i l e ri np o w e rp l a n t ；r i s ka s s e s s m e n t ；r i s k - b a s e di n s p e c t i o n ( r b i ) ；r i s k r a n k i n g ；i n s p e c t i o np l a n n i n g 电站锅炉系统基于风险检验( r b i ) 技术的应用 插图索引 图1 1 应用r b i 技术降低了风险3 图1 2 浴盆曲线3 图2 1r b i 工作流程图1 2 图3 1 批处理界面19 图3 2 数据输入工作区界面1 9 图3 3 定性分析界面2 0 图3 4 定量分析界面2 0 图3 5 选择材料界面2 1 图3 65 5 风险矩阵图一2 3 图4 1 锅炉系统内工艺流程图2 7 图4 2 风险矩阵图( 1 区) 3 4 图4 3 风险矩阵图( 2 区) 3 6 图4 4 风险矩阵图( 3 区) 3 8 图4 5 风险矩阵图( 4 区) 一3 0 图4 6 风险矩阵图( 5 区) 4 1 图4 7 设备项风险矩阵总图4 3 l v 硕十学位论文 附表索引 表3 1 可能性级别的划分2 2 表3 2 后果级别的划分2 3 表4 1 锅炉主要参数一2 4 表4 2 各工艺区的损伤机理3 2 表4 3 锅炉系统的损伤回路3 3 表4 4 最高风险设备( 1 区) 3 5 表4 5 最高风险设备( 2 区) 一3 6 表4 6 最高风险设备( 3 区) 一3 8 表4 7 最高风险设备( 4 区) 3 9 表4 8 最高风险设备( 5 区) 4 2 表4 9 锅炉系统内不同风险等级的设备数目4 3 v 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 名舜枷乍 作者答名夕渺审 日期：工一口7 年 月髟曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到 中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：珊松帛 作者签名：石刁惦印 导师签名： 日期：2 0 0 7 年 f 月琴日 ? 炉f 硕十学位论文 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景与意义 人类步入电气化社会以后，电力工业发挥着越来越巨大的作用。电力工业是 国民经济的重要基础工业，是国家经济发展战略中的重点和先行行业。在现代社 会中，经济的增长、社会的进步都与电力工业的发展有着紧密的联系。电厂作为 电能生产的基本单元，确保其机组的安全、经济运行就显得非常重要。 据中电联统计资料显示，我国的电力装机容量和年发电量今年已跃居世界第 二。这充分说明了，随着我国经济的飞速发展，国民经济对电力能源的需求越来 越大，国家对电力的投资也越来越大。而占我国电力工业主要部分的火力发电， 今年来更是得到长足的发展，一大批3 0 0 m w 、6 0 0 m w 发电机组装机、投运。随 着电力需求的增加，火力发电企业不断扩大装机容量和发电量，必然对发电机组 参数的要求越来越高，就会集中的出现发展过程中所带来的一些安全问题，尤其 是电站锅炉安全问题。因为随着电厂锅炉容量的增大和工质参数的提高，过热器 和再热器等部件所承受的温度和压力也逐渐提高，就很容易造成受热面的吸热量 分配和流量分配出现不均匀现象，极易造成过热器和再热器爆管，或由于其他原 因( 如其工作条件恶劣、材质不良等) ，时常会发生磨损、泄漏、爆管甚至还会 出现爆炸等现象l 。 电站锅炉属于高温高压设备，若生产过程中压力超过设备强度极限，就会产 生物理爆炸。据有关资料统计，在“七五 期间全国大型电站锅炉事故占大机组 设备事故的6 5 8 ，频繁地发生非计划停运事故。从事故重要度来看，火电厂锅 炉事故是目前电力企业安全生产的最大威胁，不仅给人们日常生活造成诸多不便， 而且也给电厂本身带来极大的经济损失和意外的人身伤亡。比如，宁波某发电厂l 号机组配套的锅炉于1 9 9 3 年3 月发生了炉膛爆炸事故，造成2 3 人死亡、8 人重伤、 16 人轻伤；锅炉标高2 1 米以下损坏情况自上而下趋于严重，冷灰斗向炉后侧塌倒 呈开放性破u ，侧墙与冷灰斗交界处撕裂水冷壁管3 l 根，立柱不同程度扭曲，刚 性梁拉裂；水冷壁管严重损坏，有6 6 根开裂；炉右侧2 1 米以下刚性梁严重变形，0 米层炉后侧和冷灰斗塌倒在一起，三台碎渣机及喷射水泵等全部埋没在内，事故 后，清除的灰渣堆容积为9 3 4 立方米，停炉抢修1 3 2 天。这次事故直接经济损失7 8 0 万元【2 1 。所以说电站锅炉一旦发生事故可能产生非常严重的后果，不仅关系到企 业职工的生命健康，还关系到国家经济的发展和社会的稳定。 目前我国电站锅炉安全管理大部分还是借助于安全评价，采用安全检查表法 电站锅炉系统基于风险检验( r b i ) 技术的应用 进行检查管理，但所使用的安全检查表大部分只是分散的罗列一些检查内容，没 有形成一个系统、全面的检查内容，更没有体现出事故的来龙去脉、因果关系1 3 】。 这样可能出现漏项或不足项，不便被人理解，使得电站锅炉的安全管理没能从本 质上取得突破性进展。因此，对于电j 的工作者和管理者来说，怎样从本质上来 保证锅炉的安全生产，采取什么措施来预防各类事故的发生成了他们所面临的、 亟待解决的问题。 为了解决这些问题，吸取了石化行业预防事故风险的成功经验，对电站锅炉 采用基于风险检验( r b i ) 的技术来降低风险，维护锅炉的安全运行。基于风险 的检验( r b i ) 技术是目前国际上新兴的设备完整性管理技术。r b i 是以风险评价为 基础的，利用风险评价的结果对检测程序进行优化安排和管理的一种方法。它是 一种系统和动态的检验方法。一方面r b i 充分考虑设备早期的检验结果和经验、 服役时间、设备损伤水平和风险等级来确定检验周期，另一方面r b i 提供了合理 分配检验和维修力量的基础，它能够保证对高风险设备有较多的重视，同时对低 风险的设备进行适当的评估，允许操作者将精力集中于高风险的设备上，应用有 效的检验技术加以检测，在降低成本的同时提高设备的安全性和可靠性。为电站 锅炉的安全运行和管理提供有力的技术支持。通过风险评价，可以摸清锅炉设备 的现实技术状况，提出最适宜的检验维护方案，防j 卜出现高额的维修费用，有效 地预防锅炉事故的发生【4 6 】。 1 2 基于风险的检验( r b i ) 技术的基本概念 r b i 是r i s k b a s e di n s p e c t i o n 的缩写，即基于风险的检验，是近年来国际上飞 速发展的检验理念，目前在西方发达国家应用非常广泛，美国石油学会己发行公 开出版物a p i5 8 1 。它将风险定义为失效可能性与失效后果的乘积。知道了设备 风险的组成，就可通过采取相应的检验手段包括在线监测等降低设备项的失效可 能性，还可通过设置缓解设施如消防系统、隔离系统等降低失效后果。关于检验 降低失效可能性，a p i5 8 1 将检验按效果划分为高度有效、正常有效、基本有效、 效果差和无效等五个有效性等级，并针对每一失效机理规定了相应每种检验有效 性的检验方法内容，从而量化检验对设备风险降低的程度【7 1 。 有了以上分析结果，就可以考核设备的检验方案是否针对了设备项的失效机 理，是否真正起到了降低失效可能性的效果。如降低检验比例或取消检验项目不 影响检验降低失效可能性的效果，则可减少检验比例及项目。这样可大大地减少 企业的检验时间和相应的辅助工作量，产生巨大的经济效益。据国外统计，对于 一个单一功能的炼油厂，实行r b i 后每年可节省检修费用一百万美元。具有关单 位介绍某石化企业在2 0 0 7 年的大检修中实行r b i 带来的检修费用节省达4 亿元 2 硕士学位论文 人民币。 传统的检验未能将经济性和安全性以及可能存在的失效风险有机地结合起 来，检验的频率、程度和受检设备的风险不相称。通常，检验并不是系统地针对 高风险设备。图1 1 表示了这种随着检测程度和频率的增加，风险水平的变化曲线。 图1 1 中上面的曲线代表着应用传统检测程序时的风险。没有检测时，风险水平很 高，随着检测活动投入，风险水平急剧下降。当风险降低到一定水平后，检测行 为引起的风险水平的降低逐渐趋于平缓【8 】。需要注意的是，对于传统的检测程序， 如果过度检测，风险水平甚至可能回升( 见图1 1 上面曲线末端虚线部分) ，因为 特定条件下，侵入性检测可能导致装置额外退化，例如带着酸性的潮气进入设备， 再如检测活动破坏了压力容器的保护层或玻璃衬里等。 图1 1 应用r b i 技术降低了风险 众所周知，所有设备在运行初期事故率往往较高，运行一段时间后，逐渐趋 于平稳。运行到设备的寿命后期，事故率升高，这时设备应考虑报废。图1 2 的浴 盆曲线描绘了这一规律。从图中可以看出，如果对设备进行风险管理，可有效延 长设备的使用寿命。 风 险 图1 2 浴盆曲线 3 寿命 电站锅炉系统摹于风险柃验( r b i ) 技术的席用 1 3r b i 技术的发展历史及国内外应用状况 1 3 1r b i 技术发展历史 r b i 最早是在2 0 世纪6 0 年代由英国原子能权威机构开发的，主要应用于 能源工业，尤其是核工业。这项技术的设计是用于处理“极端事件，即低可能性、 高后果的事故情况。在化学工业，同样存在对这类事件的防范要求，如高有害性 化学品工艺安全管理( o s h a 19 10 119 ) 和机械完整性的要求，目的在于避免高后果 和灾难性的事件发生f 9 】。由于整个定量的风险评估资金昂贵而且耗时，美国石油 协会( a p i ) 和美国机械工程协会( a s m e ) 开始开发针对石油、天然气、石油化工与 化学工业的实践方法。 1 9 8 5 年美国机械工程协会( a s m e ) 成立了一个风险分析特别小组，着力于 研究基于风险的法规与标准，该小组的r b i 项目主要是在核电行业的实施f l o ，1 1 1 。 19 9 1 年至19 9 9 年，美国机械工程协会先后出版了不同行业的r b i 指导文件，即： 1 9 9 1 年，r b i 指导文件( a s m er b ig u i d a n c ed o c u m e n t ，v 0 1 1 ) ；1 9 9 3 年，应用于 核电厂的r b i 技术( a s m er b if o rn u c l e a rp l a n t ，v 0 1 2 ，1 9 9 2 ) 【1 2 】；1 9 9 4 年，应 用于发电厂的r b i 技术指导文件( a s m er b if o rp o w e rp l a n t ，v 0 1 3 ，1 9 9 4 ) 【”】； l9 9 9 年，起草了压力容器系统的r b i 指导方针( r b ig u i d e l i n ef o rp r e s s u r es y s t e m s ) 【1 4 】 o 美国石油协会( a p i ) 的r b i 项目在1 9 9 3 年8 月开始实施【1 5 】。由于挪威船级社 ( d n v ) 在风险管理方面具有的能力和长期以来在世界范围执行完整性与检验的 丰富经验，a p i 选择d n v 作为项目的主要研发人。同时，该项目还得到2 0 多家石 化公司的赞助，成员包括：a m o c o ；a r c o ；a s h l a n d ；b p ；c h e v r o n ；c i t g o ； c o n o c o ；d o wc h e m i c a l ；d n oh e a t h e r ；d s ms e r v i c e s ； e q u i s t a re x x o n ； f i n a ； k o c h ；m a r a l h o n ；m o b i l ；p e t r o c a n a d a ； p h i l l i p s ； s a u d i ，a r a m c o ；s h e l l ；s u n ； t e x a c o ：u n o c a l 等。该项目目的在于开发r b i 的方法和编制基本资源文件。最 终于2 0 0 0 年5 月正式颁布了a p ip u b l i c a t i o n5 8 1 ：r i s k b a s e di n s p e c t i o nb a s e r e s o u r c ed o c u m e n t 【16 1 。 在a p i5 8 l 中，清楚地陈述了该方法的适用范围、目标和实施过程，定义了 r b i 基本术语，介绍了r b i 的三种方法一一定性方法、半定量方法与定量方法， 失效的可能性、失效后果的分析，风险的评估与计算等详细技术信息，以及检验 方法的制订。附录还给出了用于评估失效机理的各种技术模块，包括减薄技术模 块、应力腐蚀开裂技术模块、高温氢腐蚀技术模块、炉管技术模块、机械疲劳( 仅 对管道) 、脆性断裂技术模块、设备衬里技术模块和外部损伤技术模块。在技术模 块中，陈述了技术模块子因素( t m s f ) 的确定步骤。 4 硕十学位论文 2 0 0 2 年5 月，a p i 正式颁布了实施r b i 的指导性文件a p ir e c o m m e n d e d p r a c t i c e5 8 0 ：r i s k b a s e di n s p e c t i o n 【17 1 ，a p i5 8 0 同时被批准为美国国家标准， 它是对a p i51o p r e s s u r ev e s s e l i n s p e c t i o nc o d e ：m a i n t e n a n c e ，i n s p e c t i o n ，r a t i n g ， r e p a i ra n da i t e r a t i o n，a p i5 7 0i n s p e c t i o n ，p i p e “n ei n s p e c t i o nc o d e ：i n s p e c t i o n ， r e p a i r ， a l t e r a t i o na n dr e r a t i n go fi n s e r v i c ep i p i n gs y s t e m s 和a p i6 5 3t a n k i n s p e c t i o n ，r e p a i r ， a l t e r a t i o na n dr e c o n s t r u c t i o n 的牢 、充。 a p i5 8 0 以标准的形式，介绍了该标准的目的和范围，定义了风险管理和r b i 方法的基本概念，r b i 方法的介绍，r b i 评估的计划书，r b i 需要收集的原始数 据与资料和数据质量的保证度，失效可能性与失效后果的分析与评估，风险的评 估与计算，如何制订r b i 的检验计划，执行r b i 所担负的责任，r b i 应用的考核 和培训，r b i 的文档管理，r b i 的持续改进等内容，附录给出了四种退化机理， 即减薄、应力腐蚀开裂、冶金与环境失效和机械失效( 如疲劳、脆性断裂、蠕变等) 。 这两个文件对r b i 在石化行业的应用起到了很大推动作用，目前已有许多国 家将其作为设备定期检验的参考依据之一。 近年来，欧美等大型机构也在致力于风险管理方法的研究，并结合多年的运 行经验和数据库，开发了有效的评估方法。 以欧洲为主体，在近两年也发展了基于风险的检验与维护程序( r i s kb a s e d i n s p e c t i o na n dm a i n t e n a n c ep r o c e d u r e ，r i m a p ) 【1 8 j ，其主要包含r b i 、 r c m ( r e l i a b i l i t yc e n t e r e dm a i n t e n a n c e ) 、s i l ( s a f e t yi n t e g r i t yl e v e l ) 三个方法，目标在于： ( 1 ) 在检验与维修领域定义一个基于风险决策的统一标准；( 2 ) 安全环境的影 响；( 3 ) 费用的最优化；( 4 ) 为欧洲开发一个技术框架。该项研究由d n v 作为 项目经理，由欧洲超过13 家大型公司共同赞助研发，包括：d e tn o r s k e v e “t a s ( d n v ) ，b u r e a u 、，e r i t a s ( b v ) ， s t a a t l i c h e m a t e r i a l p ruf u n g s a n s t a l t ( m p a ) ， n e t h e r l a n d sj o i n tr e s e a r c hc e n t r e o ft h ee u r o p e a nc o m m u n i t i e s ( j r c ) ， b e l g i u m s o l v a y ， n e t h e r l a n d st h ed o wc h e m i c a lc o m p a n y ( d o w ) ，u kc o r u s ，i r e l a n d e l e c t r i c i t ys u p p l yb o a r d ( e s b ) ，g e r m a n ys i e m e n sa g ( s i e m e n s ) ，g e r m a n ye n e r g i e b a d e n w n r t t e m b e r ga g ( e n b w ) ， u ke x x o n m o b i lc h e m i c a i ( e x x o n ) ，u km i t s u i b a b c o c ke n e r g y l i m l t e d ( m b e l ) ， n e t h e r l a n d sn o r s kh y d r o ( n h ) ， n e t h e r l a n d st n o i n s t i t u t eo fi n d u s t r i a lt e c h n o l o g y ，g e r m a n vt u v e n g i n e e r i n gs e r v i c e ( t uv ) ，f i n l a n dv t tm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y ， g e r m a n y s t a a t l i c h em a t e r i a l p r n f u n g s a n s t a l t ( m p a ) 。 r i m a p 编制的文件是m a p 的一般程序( g e n e r i cr i m a pp r o c e d u r e ) ， 于2 0 0 4 年1 月形成最终版。r i m a p 项目包括3 个子项目，即研究与技术开发项 目 ( ar e s e a r c ha n dt e c h n o l o g i c a ld e v e l o p m e n tp r o j e c t ( r 呵d ) ) 、示范项目( a d e m o n s 仃a t i o np r o i e c t ( d e m o ) ) 和主题网络宣传( at h e m a t i cn e t w o r k ( t n ) ) 。 5 电站锅炉系统基于风险枪验( r b i ) 技术的应用 其中，r t d 由5 部分内容构成：( 1 ) 所涵盖的工业现行实践；( 2 ) 基于多种标 准的一般r b i 方法的开发：( 3 ) 详细的风险评估方法、不同工业的损伤模式与检验 数据的使用的开发：( 4 ) r i m a p 应用手册：基于风险与维护计划指南的开 发；( 5 ) r i m a p 方法的确认。d e m 0 包括四个案例的演示，分别来自石化、能源、 钢厂和化学工业，t n 是对r t d 和d e m o 两部分的信息与结果的宣传。 r i m a p 的研究总目标：( 1 ) 开发一个基于风险的检验与维护的统一方法；( 2 ) 建立对分析、人员素质和工具的要求；( 3 ) 为将来基于风险与维护方法的标准化奠 定基础。 目前，r b i 技术的应用与研究主要以美国石油协会( a p i ) 和美国机械工程 协会( a s m e ) 为主。 1 3 2r b i 技术国外应用状况 r b i 技术从2 0 世纪8 0 年代末到现在已经有二十年的历史，已在炼油、化工、 油气生产、核电等行业进行了应用，得到了业界的广泛认同【1 9 】。 目前，英国是该项技术应用最广泛的国家，仅在造纸等行业尚未应用。继英 国之后，美国也在炼油、油气生产、管道等方面进行了应用。在欧洲，挪威、芬 兰、瑞典、法国、德国、意大利、比利时、荷兰、丹麦，几乎整个欧洲都应用了 r b i 方法。除欧美国家之外，亚洲的韩国、马来西亚、新加坡、印尼、印度等国 家以及我国的台湾地区也进行了r b i 技术的研究与应用；在非洲，南非的煤液化 厂也应用了r b i 方法。 上述国家与地区，对r b i 的执行有应用性的、研究开发性的，无论何种出发 点，结果都取得了显著的直接成本效益或安全保证带来的间接效益。如：南非在 其加氢反应器中应用r b i 研究结果，发现起决定作用的潜在损伤机理存在于催化 剂的倾倒管口和设备出口，主要是由于轻度有机酸引起的内部腐蚀。通过从外部 采用超声波c 扫描技术精确地展示了实际壁厚，及时采取措施，延长了反应器地 停车周期，使催化剂费用节省了几百万兰特1 2 们。英国t i s c h u ke n t e r p r i s e ( u k ) l t d 开发了一个完整性软件系统t - o c a ，通过在北海气体中断、油气田的气体压缩、 炼油装置、气体处理厂等五个不同装置中地应用，采用了有效地检验技术，获得 了巨大地费用节省【2 1 l 。 d n v 对c o n o c oc o m m e r c ec i t y 的一家炼油联合装置在含硫量和环烷酸不同的 原油中运行进行了研究，评估了杂质含量对设备的风险影响，结果表明处理0 5 s 和0 2 8 t a n 比处理0 1 s 和o 1 5 t a n ，在l o 年周期内，经济风险上升了1 9 ； 而通过r b i 方法应用，采用有效的o 8 s 和o 6 7 t a n 比处理o 1 s 和0 1 5 t a n ， 经济风险上升7 7 ，因而通过r b i 方法应用，采用有效的检验，不仅是检验费用 节省，更多的是风险下降可带来间接的显著利益【2 2 ，2 3 1 。d n v 在合成氨工厂执行了 6 硕十学位论文 一项r b i 评估，装置存在的损伤机理如：重整和变换单元的高温氢损伤、二氧化 碳吸收与发生单元的胺应力腐蚀开裂和二氧化碳减薄以及保温层下的腐蚀。通过 设备的高风险识别，优化了检验计划，降低了风险，检验与维修费用节省了 $ 2 3 7 5 0 0 【2 引。 据2 0 0 2 年的资料报道，在过去五年中a p i 的r b i 方法己在3 0 0 多套炼油与 石化装置中应用。d n v 自1 9 9 6 年至2 0 0 3 年，已在世界范围内对炼油、天然气加 工厂、长输管线、储罐终端、海上平台和f p s o ( 浮式生产储油装置) 等方面的 装置及设备进行了2 4 0 项的案例研究与应用。 1 3 3r b i 技术国内应用状况 2 l 世纪初，我国国内引进了r b i 技术，主要应用于炼油厂装置和乙烯装置的 风险评估。2 0 0 6 年7 月1 0 日，石油行业参照a p l 5 8 0 标准发布了我国第一份r b i 技术指导性标准s y t 6 6 5 3 2 0 0 6 基于风险的检查( r b i ) 推荐做法，该标准指 明了我国发展r b i 技术的意义、基本路线。 目前国内还没有r b i 技术具体评价方法的研究，所有的r b i 项目都是采用 a p l 5 8l 评价方法。但该标准由于基础数据的限制，只在炼油行业和少数石化行业 应用。 国内最早进行r b i 技术研究的是天津石化公司机械研究所、中石化上海设备 失效分析与预防研究中心和挪威船级社的合作，于2 0 0 2 年，采用d n v 的r b i 软 件对天津石化公司化工厂大芳烃联合装置的预加氢单元进行了风险评估。之后， 又于2 0 0 4 年对天津石化公司乙烯裂解装置进行了r b i 应用【2 5 j 。 2 0 0 3 年，茂名石化公司委托合肥通用机械研究所压力容器检验站对乙烯裂解 装置和炼油加氢裂化装置进行r b i 应用，所采用的是法国国际检验局( b v ) 的软件。 2 0 0 4 年，扬子石化与d n v 合作完成了芳烃联和加氢裂化装置的r b i 技术的应用 1 26 。华北石化公司同韩国s k 公司合作，在催化裂化装置和加氢重整装置上进行 了r b i 应用【2 7 】。2 0 0 5 年，镇海炼化委托挪威船级社( d n v ) 和国家锅炉与压力容器 特检中心对其合成氨装置进行了r b i 研究与应用。兰州石化公司引进法国b v 公 司的r b e y e 软件对3 0 0 万吨年重油催化裂化装置的静设备和管道进行了研究与 应用【2 8 1 。2 0 0 5 年6 月，乌鲁木齐石化委托合肥通用机械研究所压力容器检验站及 法国b v 公司对重油催化裂化装置进行基于风险的检验( r b i ) 评估工作【29 1 。国家锅 炉与压力容器特检中心对抚顺石化分公司洗化厂两套烷基苯装置进行了r b i 研究 与应用【3 0 1 。九江石化采用r i s k w i s e 分析软件对合成氨装置中的设备和管道进行 了r b l 分析1 3 。d n v 与特检中心对北京燕山石化公司的7 l 万吨乙烯裂解装置进 行了r b i 研究与应用。此外，青岛安全工程研究院引进了英国t i s c h u k 公司的 系列r b i 软件t - o c a 和t - r e x 等，并在齐鲁石化公司胜利炼油厂进行了应用研 7 电站锅炉系统綦于风险柃验( r b l ) 技术的麻用 究：大连西太平洋石化、中原乙烯、广东石化和福州炼油厂等多家企业也开展了 r b i 的研究项引姐j 。 目前基于风险的检验技术已经在航空、航天、石油化工、压力容器、管道与 油气输送管道等工业得到广泛的应用。r b i 在石化行业的应用己在世界范围形成 一种趋势，用风险的水平作为一个标准来规划维修也是一个新的趋势。安全与经 济的共同需求，会使各国政府立法机构对r b i 方法逐渐给予认可【33 3 4 j 。将来，r b i 的应用将更为普遍，r b i 的应用范围将超越炼油与石化工业，r b i 的发展趋势一 方面是不断完善现有软件的功能，如通过代表性流体与新损伤机理的增补，强化 在石化行业的应用，另一方面是与f f s ( 适用性评价) 、p h a ( 预先危险性分析) 、 s i l ( 安全完整性等级) 、r c m ( 可靠性为中心的维护) 等其它基于风险的评估方 法，共同集成以达到工厂整体最优资产完整性评估与管理【3 5 38 1 ，从而使工厂在 长周期的连续生产中保证安全，降低费用和提高效益。 1 4 本文主要研究内容及创新 本文的主要研究内容及创新点如下： ( 1 ) 将r b i 技术应用于电站锅炉系统，进行风险评价； ( 2 ) 针对风险评价结果，提出了相应的有效性检验方案； 基于风险的检验( r b i ) 技术是目前国际上新兴的设备完整性管理技术。r b i 技 术几乎可以应用到任何领域1 3 9 1 。目前我国r b l 技术主要在石化炼厂应用，本课 题将r b l 技术应用在电站锅炉系统中是一个新的尝试。本文将针对某热电厂的锅 炉系统进行基于风险的检验研究，排列出每个设备项的风险等级，对高风险的设 备提出相应的检验方案，它将对以后电厂的锅炉检验工作提供参考性建议。 8 硕士学位论文 2 1r b i 的提出 第2 章r b i 技术概述 工业装置在停车进行定期检验的过程中，要占用较长的生产时间，影响生产 效益。在进行特种设备定期检验时，清洗、置换、折装保温等，都花费很大。对于 绝大多数重要特种设备来说，这些辅助工作的费用要远大于直接的检验费用，而 企业做这些工作的目的往往单纯为了特种设备的定期检验，这样就对检验单位提 出了一系列新的问题，在保证安全的前提下，什么样的检验是必须的? 怎样检验 才能既保证特种设备使用安全，同时又能缩短企业停工时间，节省企业的辅助工 作费用? 特种设备检验的目的就是降低风险，对于一台特种设备来说，计划采用的检 验程序是不是降低风险所必须的，检验程序能否起到降低风险的作用，针对这两 个问题，国际上许多机构进行了大量的研究和探索，提出了基于风险的检验的概 念。这一概念一经提出，立即得到了企业用户的广泛欢迎。 2 2r b i 的原理与目标 r b i 技术是以风险为基础的检验技术，将设备的风险与其在线检验相联系， 通过风险分析实现对设备的风险检验与管理。其风险的定义为一定时间内的失效 可能性乘以失效后果，即潜在的失效对设备、人员和经济财产所造成的损失【4 。 从风险的定义可以看出，风险管理可以从降低失效可能性与减少失效损失两个方 面考虑。 通过风险分析，将流程中所有设备、管道按照风险水平高低进行排序，在此 基础上按照其失效机理，采用针对性的检验计划进行检验，确定设备的检验程度、 检验方法，优化设备维护方案，科学分配检修资源，并为延长装置的检验周期、 缩短检修工期，提供科学的决策支持【4 。 r b i 技术的目标是将设备的风险降低到可接受程度。在每一套石化装置中， 各台设备所占的风险比例是不同的，正常情况下高风险设备的比例是很低的，整 个装置9 0 以上的风险来源于只占1 0 1 5 的设备和管道【3 9 ，4 2 1 。因此应用r b i 技术，在当前可接受风险水平的条件下，区分那些不需要检验或采取其它风险降 低措施的设备，注重降低高风险设备的风险，从而达到有效降低整个装置风险的 目的1 4 3 1 。 9 电站锅炉系统基于风险枪验( r b i ) 技术的应用 2 3r b i 的优点 ( 1 ) r b i 是一个综合的评价方法，将危险因素融合进检测计划并具有一定的 决策功能。r b i 从质量和数量上将失效的可能性和失效的后果系统地综合到一个 完全根据风险程度确定受压设备的检测优先表。在系统中优化风险等级从而使用 户可以把更多的资源集中到高风险设备，既提高了高风险设备的安全等级又没有 显著降低风险设备的安全等级，从而提高了整个系统的可靠性。 ( 2 ) r b i 还有一个重要方面是经济性分析。通过经济性分析让用户将风险转 换到与之相关的总成本中，包括与伤亡、维护、替换、所损失的产量相关的成本， 便于管理层讨论，降低继续运行高风险设备需要的资源、维护或替换的费用。 ( 3 ) 由于r b i 检测计划要作大量的前期准备工作和后期检测结果分析，因此 应用的企业一般会建立大型数据库，这有利于r b i 用户的相互学习和交流，从而 使检测计划更加细致、科学。 ( 4 ) r b i 有很强的灵活性，由于是基于风险的