（机械工程专业论文）基于风险的检验rbi方法在催化裂化装置的应用.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 随着石油化工装置向大型化、复杂化发展，装置发生事故所带来的经济损失与社会 影响越来越严重。传统的检验方法已不能有效地降低设备事故的发生概率。另一方面， 石油化工企业间的竞争也日趋激烈，利润率大幅降低，延长设备的连续运行时间和降低 设备检维修费用成为了工厂关注的焦点。出于对安全与经济两方面的要求，迫使石油化 工企业寻求开发更安全、更具成本效益的设备检验与维护的新方法。 基于风险的检验( r b i ) 是目前石油化工行业逐渐采用的一种新的检验技术方法。 它是一种使用设备失效风险作为优化和管理设备检验基础的系统方法。设备的风险由设 备失效的可能性与失效的后果两个因素所决定。根据风险大小和失效机理，以减少失效 的可能性为目标来制定有效的检验计划，可降低高风险设备的数量。在一个运行装置中， 往往相对大的百分比风险集中于较小的百分比设备上，因而合理分配检验与维护资源， 将检验针对高风险的设备，可以达到提高设备可靠性、降低费用的目的。 本文将基于风险的检验方法应用于燕山石化公司催化裂化装置，通过对该装置5 个 工艺单元的主要设备及管道，共计1 4 0 台压力容器、5 0 8 条管道、1 2 2 台安全阀进行失 效可能性与失效后果的分析与计算，确定了各项的风险等级与可能风险因素。应用r b i 的分析结果，对高风险和中高风险的设备、管线进行重点监护与定期在线检测，对中、 低风险随机抽检，保证了设备安全运行到停工检修期。同时依据风险结果制定停车期间 有针对性的全面检验计划，降低了检验费用。通过r b i 评估工作，企业从中获得了显著 的经济效益与社会效益。 关键词：催化裂化装置；风险评估；基于风险检验( r b i ) ；安全运行 基于风险的检验( i 迅1 ) 方法在催化裂化装置的应用 t h ea p p l i c a t i o no fr i s k b a s e di n s p e c t i o nm e t h o df o r c a t a l y t i cc r a c k i n gu n i t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n tt r e n do fl a r g es c a l e ，c o m p l e x i t yo fe q u i p m e n ti np e t r o c h e m i c a l i n d u s t r y ，t h ee c o n o m yl o s so fa n da f f e c t i o ni ns o c i e t yh a v eb e e nb e c o m em o r es e r i o u s t r a d i t i o n a lm e t h o d sa r en ol o n g e ra v a i l a b l et or e d u c et h ep r o b a b i l i t yo fa c c i d e n t se f f i c i e n t l y o nt h eo t h e rh a n d ，t h ec o m p e t i t i o nb e t w e e ne n t e r p r i s e sb e c o m e sm o r es e r i o u sa n dt h er a t eo f p r o f i tr e d u c e s e x t e n d i n gc o n t i n u o u so p e r a t i o nt i m ea n dm i n i m i z i n gm a i n t e n a n c ec o s t s b e c o m ef o c u so ft h ef a c t o r i e s o na c c o u n to ft h er e q u i r e m e n to fs a f e t ya n de c o n o m y ，t h e p e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e sa r es e e k i n gf o ra n e w s a f e t ya n dl o w c o s tm e t h o df o ri n s p e c t i o na n d m a i n t e n a n c eo fe q u i p m e n t r i s k b a s e di n s p e c t i o n ( r m ) i san e wi n s p e c t i o nt e c h n o l o g yu s e db yp e t r o c h e m i c a l e n t e r p r i s e sr e c e n t l y i ti sas y s t e m a t i cm e t h o df o ru s i n gr i s ka sab a s i sf o rp r i o r i t i z i n ga n d m a n a g i n gt h ee f f o 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 ti sd e t e r m i n e db yt w o f a c t o r s ：t h ep o s s i b i l i t yo fe q u i p m e n ti n v a l i d a t i o na n dt h ec o n s e q u e n c eo fe q u i p m e n tr i s k 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 np l a ni sf o r m u l a t e dt or e d u c et h e p r o b a b i l i t yo ff a i l u r ea n dh i 【g hr i s k s i na no p e r a t i n ge q u i p m e n t ，ar e l a t i v el a r g ep e r c e n t a g eo f t h er i s ki su s u a l l yc e n t e r e do n as m a l lp 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 ， r e a s o n a b l ed i v i s i o no ft h et e s ta n dm a i n t e n a n c er e s o u r c ea n di n s p e c t i o nf o c u s e do nh i g hr i s k e q u i p m e n tc a n n o to n l yi m p r o v et h er e l i a b i l i t yo fe q u i p m e n tb u ta l s or e d u c et h ec o s t t h em e t h o db a s e do nr b ii s a p p l i e d i n c a t a l y t i cc r a c k i n g u n i to fy a n s a n p e t r o l - c h e m i c a lc o r p o r a t i o n 1 1 1 ep o s s i b i l i t ya 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 c a t a l y t i cc r a c k i n gu n i t ，i n c l u d i n g14 0e q u i p m e n t s ，5 0 8p i p e l i n e sa n d12 2s a f e t yv a l v e sa r e a n a l y z e da n dc a l c u l a t e di nt h ep a p e r , a n dr i s kd e g r e ea n dp o s s i b l ef a c t o ro fr i s ki sd e t e r m i n e d a c c o r d i n gt ot h er e s u l to fc a t a l y t i cc r a c k i n g r b ip r o je c t ，t h eh i g ha n dm i d d l er i s k e q u i p m e n t sa n dp i p e l i n e s a r em o n i t o r e do nl i n er e g u l a r l y t h em i d d l ea n dl o wr i s k e q u i p m e n t sa r ec h e c k e ds t o c h a s t i c a l l yi no r d e rt oe n s u r ea l lt h es y s t e mr u ns a f e l y t i l lt h e s c h e d u l e ds t o p 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 nr u ns a f e l ya n d s t a b l yt i l lo v e r h a u l t h ew h o l et e s t i n gp l a nd u r i n gs c h e d u l e ds t o pi sf o r m u l a t e db a s e do nt h e r e s u l to fr b i ，w h i c hc a nd e c r e a s et h ec o s to fi n s p e c t i o n e n t e r p r i s e sa c h i e v et h ei n d i s t i n c t i v e e c o n o m i c a la n ds o c i a lb e n e f i tb yr b i 大连理工大学专业学位硕士学位论文 k e yw o r d s ：c a t a l y t i cc r a c k i n gu n i 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 ) ；s a f e t ys e r v i c e i i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：一基主拯险煎捡验f 垦旦12 友洼查焦丝裂焦装量鲍廑周 作者签名：么望三坌攀l 一日期：圣塑乒年生月二l 日 ， 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，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。 墨蠢薹耄；二兰蓁兰是一兽翥； 导师签名：雌聋z z 兰日期： 年尘，月j _ 日 年j 二月l 日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1 石化行业当前形势 石油化工行业在国民经济中占有战略性的重要地位，随着国际市场原油价格的不断 攀升，以及石油化工加工技术的提高，市场竞争压力不断增大。石油化工生产企业纷纷 采取生产装置大型化及延长生产装置运行周期的方法来降低生产成本。两者之间延长生 产装置运行周期是各企业所采取的最主要手段。如果石油化工生产企业由于故障停车， 不但将造成巨大的经济损失，甚至会对社会稳定产生重要影响。在这种形势下，如何应用 现代技术，降低风险，确保其长周期安全运行，一直是国内外同行极为关注的重大技术问 题。从目前国内各石油化工生产企业运行情况分析，影响生产装置长周期运行的主要 有以下两个因素： ( 1 ) 特种设备定期检验要求与生产装置长周期运行需求不一致，长周期运行受到定 期检验问题的制约。 特种设备是石化化工装置的主体设备之一，是企业设备管理的重点对象。依据国务 院特种设备安全监察条例的规定，特种设备使用单位应当按照安全技术规范的定期 检验要求对特种设备进行定期检验，未经定期检验或检验不合格的特种设备，不得继续 使用瞳1 。但为实现生产装置长周期运行的目标，部分无法从生产运行中切出的设备势必 面临无法进行定期全面检验的情况。尤其是近些年来，随着石油化工行业的快速发展，各 企业生产规模不断扩大，特种设备的数量迅速增加，使特种设备定期检验问题与生产装 置长周期运行的矛盾更为突出。 ( 2 ) 传统设备检修、检验方法不够科学合理，无法准确有效的定位并降低设备运行 风险，装置长周期安全稳定运行得不到保障。 众所周知，石油化工行业以加工易燃、易爆、有毒介质极易腐蚀性介质为特点，设 备与管线有相当部分运行在复杂工况、高压、高温、易腐蚀状况下，安全风险较高。传 统的设备检验是基于保守的安全考虑，按照相关法律法规的要求，强制性的设定一个相 对固定的检验周期，造成检验频率、检验程度与设备风险的不对称，忽视了安全性与经济 性的统一、协调。按照传统的设备检验方法进行检验很容易出现两种极端情况，一种是 少检或不检，当承压设备泄漏或者失效时就进行更换，这一方法增大了生产成本的投入， 与降低生产成本的目标背道而驰。另一种就是对所有受压设备频繁并彻底地检验，这样 难以赢得市场竞争，而且经常的启动和关闭也会带来风险闭。同时每次对所有的设备进 基于风险的检验( r b i ) 方法在催化裂化装置的应用 行检修，不但耗费了大量的人力物力，造成企业开工时间的损失，而且也不一定就能带 来较高的安全等级，无法使有限的资源集中到风险较高的设备上b 1 。 为达到生产装置长周期运行，降低成本，增强企业市场竞争力的目的，石油化工加 工企业迫切的需要找到一种科学方法，使之既能解决特种设备定期检验对生产装置长周 期运行带来制约，又能有效的查找设备运行中的潜在隐患，消除高风险因素，保证生产 装置运行平稳。基于风险的检验( r b i ) 技术在特种设备检验环节中的全面引入，有效的解 决了这一难题，对于提高特种设备检验工作的科学性和有效性，实现安全性与经济性的 有机结合与统一，具有十分重要的现实意义。 1 2r b i 技术在国外、国内的发展情况简介 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， 并做出基于风险的决策，发展了概率风险分析技术，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h 1 ；在石油领域，基于风险的检验( 以下简称r b i ) 技术最 早由挪威船级社( d n v ) 在海洋平台上采用，二十世纪9 0 年代初，美国石油协会( a p i ) 与 挪威船级社( d n v ) 合作，将r b i 技术移植到石化装置检验中，形成a p i - r b i n 引。1 9 9 6 年 a p i 公布了r b i 基本资源文件a p ib r d5 8 1 草案，2 0 0 0 年5 月又公布了a p i5 8 1 晦1 的正 式文件；2 0 0 2 年5 月正式颁布了r b i 标准a p i b p5 8 0 哺1 ，这些都作为实施r b i 项目的指 导文件。 在a p i 的支持和美国主管部门的认同之下，r b i 得到了愈来愈多的信任和公众认可。 近年来，美国e x x o n 、s h e l l 和u n o c a l 等大石化公司均成功地采用了r b i 技术，c e l a n e s e 公司在其几乎所有的北美厂都使用了r b i 。英国、法国等国家也编制了自己的r b i 技术 指导文件口删。可以说“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发 展趋势。目前r b i 技术已经在航空、航天、石油化工、压力容器与管道、油气输送管道 等工业得到了广泛应用。 我国从2 0 0 2 年开始引进和尝试应用r b i 技术。2 0 0 3 年，茂名石化公司委托法国国 际检验局( b v ) 和合肥通用机械研究院对茂名乙烯装置和加氢裂化装置进行r b l 分析和 风险评估；青岛安全工程研究院运用英国t i s c h u k 公司r b i 技术在齐鲁石化加氢裂化装 置进行试点。2 0 0 5 年，燕山石化公司委托中国特种设备检测研究院和挪威船级社( d n v ) 对燕山乙烯装置进行r b l 分析和风险评估。2 0 0 6 年，国家质检总局下发了关于开展基 于风险的检验( r b i ) 技术试点应用工作的通知，国质检特 2 0 0 6 1 9 8 号文件，同意在中 国石油化工集团公司、中国石油化工股份有限公司系统内具备一定管理基础的企业开展 一2 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 r b i 检验技术试点应用。由中国特种设备检测研究中心和合肥通用机械研究所承担r b i 检验工作。中国石化下属1 5 家企业被列入试点范围。 目前，包括中石油、中海油在内的国内多家企业正在引进r b i 技术。至2 0 0 8 年底， 共有1 7 8 套石油化工装置完成了r b l 分析和风险评估工作，均取得了令人满意的实际效 果，其中，茂名石化大型乙烯装置应用r b i 技术后，连续安全运行周期达7 9 个月，达到了 同类装置历史最好记录。图1 1 、1 2 展示了国内r b i 技术应用的总体情况。 图1 1 国内r b i 技术应用的总体情况一年完成装置数 f i g 1 1a p p l i c a t i o ns t a t i s t i c so fr b li nc h i n a - c o m p l e t e sn u m b e re v e r yy e a r 图1 2 国内r b i 技术应用的总体情况一装置分类情况 f i g 1 2a p p l i c a t i o ns t a t i s t i c so f r b li nc h i n a - u n i tt y p e s 一3 一 基于风险的检验( r b i ) 方法在催化裂化装置的应用 结合当前国内r b i 开展情况，中国特种设备检测研究中心和合肥通用机械研究院正 在建立国内自己的r b i 技术规范标准，同时对国家相应法规( 容规、管规) 进行修订。 2 0 0 9 年5 月8 日颁布的压力管道安全技术监察规程口”和即将颁布的固定式压力容 器安全技术监察规程明确的将r b i 检验列为合法的检验手段之一，为r b i 检验提供了 法规上的支持。 1 3 开展r b1 分析工作的必要性 开展r b i 工作，能满足企业发展需求，具体体现在以下四个方面的需求，所以非 常有必要： ( 1 ) 企业发展的需求。用先进的基于风险的管理理念，处理安全与经济的关系，提 高企业国际竞争力。 ( 2 ) 企业管理的需求。企业管理需要一个系统、完善的管理体系来规划风险监控工 作，并通过这套体系来制定严格有效的风险应对计划来降低风险带来的影响。 ( 3 ) 设备管理的需求。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，这对设备管理部门来说能提供较大帮助的，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各自为政的状况。 ( 4 ) 经济效益的需求。确保安全就是最根本的效益保证。 一4 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 基于风险的检验( r b i ) 技术介绍 2 1r bi 技术简介 在生产领域存在一个类似经济领域意大利经济学家维尔佛雷德帕雷图提出的帕雷 图二八规则( 2 0 的大客户贡献了公司8 0 的利润) 相对大比例的风险集中在相对小 比例的设备上，即8 0 的风险集中在2 0 的设备上，这已经是人们的共识。如何对这2 0 的设备区别对待呢? 于是r b i 应运而生旧1 。 r b i 是基于风险的检验( r i s kb a s e di n s p e c t i o n ) 的缩写。它是一个以设备破坏而 导致介质泄漏为分析对象，以设备检验为主要手段的风险评估和管理的过程。它采用一 种系统论的原理和方法，对系统中固有的或潜在的风险及其程度进行定量分析与评估， 找出其中的薄弱环节，并通过优化检验策略，在改善或至少是维持原有安全裕度的基础 上，降低设备检验与维修费用，增加工艺设施的运行次数和运行时间，从而实现系统运 行安全性与经济性的统一。 2 2r b i 与传统检验方法的区别 我国特种设备的检验周期是根据设备的安全等级来制定的啪3 ，主要从保障压力容 器、压力管道和安全阀使用安全的角度出发，来确定相应的检验方法和检验时间。如制 定压力容器的定期检验方案时，虽然对其失效机理也有所考虑，但由于检验人员技术水 平的差异，所制定的检验方法的针对性、有效性和完整性并不理想。在确定检验时间时， l 、2 级一般为6 年，3 级一般为3 - - - 6 年，具体定几年主要根据经验。而传统的大检修 计划也通常是停产后设备1 0 0 进行检修，重点不突出1 。 与传统的检验方法和大检修计划相对比，r b i 技术全面考虑了评价对象的经济性、 安全性以及潜在的失效风险，根据不同设备的失效机理来制定相应的检验计划。大量的 统计数据表明：设备的失效风险不是平均分配的，其中约1 0 - - 2 0 的设备承担了大约8 0 - - - , 9 0 的风险晗劓。r b i 风险分析可对设备进行风险排序，确定出高风险设备，并可根据风险 驱动因素提出有针对性的检验计划。同时，r b i 技术又是一种系统和动态的检验方法。 一方面r b i 技术充分考虑设备早期的检验结果、服役时间、设备损伤水平和风险等级来 确定下一次的检验时间；另一方面r b i 提供了合理分配检验和维修资源的基础，它能够 保证对风险相对较高的设备有较多的重视，对低风险的设备进行适当的评估，允许业主 将精力集中于高风险的设备上；针对不同的损伤机理和失效可能性等级给出有效的检验 方法和检验深度，从而在调整检验策略的同时可相对的提高设备的安全性和可靠性。 基于风险的检验( r b i ) 方法在催化裂化装置的应用 从图2 1 可以看出进行同样程度的检验，r b i 的风险小于传统检验；在同样的风险 水平上，r b i 的检验量小于传统检验。 风 险 2 3r bi 原理 检验量 图2 1 传统检验和r b i 的比较 f i g 2 1t h ec o m p a r i s o nb e t w e e nt r a d i t i o n a li n s p e c t i o na n dr b i 2 3 1 风险的定义 根据国际标准化组织的定义，风险是衡量危险性的指标，使某一有害事故发生的可 能性与事故后果的组合n 们。风险可表示为事件发生概率及后果的函数： r is k = f ( p o f ，c o f ) ( 2 1 ) 其中，p o f ，c o f 分别为事件发生的概率( 即失效可能性) 和事件发生的后果。 根据风险值的描述方法，可以将风险分为绝对风险和相对风险。绝对风险能够反应 导致破坏状态事件所产生可能后果的各种假设，并对事件的破坏状态分配失效概率。这 种概率是在绝对条件下的，基于可以得到的所有信息所得到的概率，具有以下特点： ( 1 ) 结果对数据敏感； ( 2 ) 对假设敏感； ( 3 ) 在细节分析层面上产生了更多的变量； ( 4 ) 细节的分析对方法的一致性至关重要。 一6 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 绝对风险值的计算非常费时费力，由于其具有很多的不确定性而导致无法完成计算 n 。相对风险是指设备、工艺单元、系统、设备元件相对于其他设备、工艺单元、系统、 设备元件的风险。基于风险的检验( r b i ) 技术定位在评估装置、单元、系统、设备或 部件的相对风险上。 2 3 2r b i 的原理 r b i 以系统的概念对装置整体进行考虑，在熟识整套装置工艺特性的基础上，从设 备损伤机理和事故影响的系统分析入手，对装置中的承压部件进行全面而系统的失效概 率和失效后果核算，根据核算结果评估其总风险，并在所要求的检验周期内对高风险设 备推荐有效的检验技术，通过合理的、有针对性的检验和维修，在设定的周期内把高风险 设备的风险值降到合理的可接受的范围内，而中等风险与低风险设备则可合理延长检验 周期，从而达到进一步实现降低检验成本、延长装置运行周期与提高生产效益的目的。 图2 2 给出了r b i 工作原理图。 图2 2r b i 工作原理图 f i g 2 2t h ep r i n c i p l e so fr b i 从风险的定义可以看出，风险管理可以从降低失效概率和减少损失两个方面考虑。 r b i 基于对风险两维性理解的基础上，通过更有针对性的风险管理措施，实现了设备的 完整性管理。 基于风险的检验( r b i ) 方法在催化裂化装置的应用 在定量的r b l 分析中，失效可能性通常认为由通用失效频率( g f f ) 、设备修正系 数( f e ) 和管理系统评价系数( r ) 等三个因素组成，即： 失效可能性= g f fxf exr ( 2 2 ) 根据各国所发表有关设备失效统计的数据，a p i5 8 1 给出了具体设备建议的通用失 效频率、管理系统评价系数与设备修正系数。 2 4r b1 分析方法 旧版a p l 5 8 1 中将r b l 分析方法分为定性、定量和半定量三种类型n 2 1 。这三种方法 并非独立的，r b i 程序可以将三种方法单独应用也可结合起来应用。三种途径共同点即 都为筛选风险、确定潜在的重点关注区域、为更为深入的检验或分析制定排序清单提供 了一种系统化的方法。同时，三种途径都制定了划分风险等级的方法，可分别估计失效 可能性和潜在的失效后果，并结合起来估算风险的高低。 定性的r b i 方法是一种简易的方法，依靠主观意识和经验的成分比较高，只需要采 集较少的资料，即可应用简单算法评估出设备失效的可能性和后果。这种方法产生的结 果不够精确，但可以迅速地对设备单元或工厂内装置的主要部分进行风险等级划分，并 以此来确定定量r b i 研究或类似研究的优先顺序。定性的r b i 方法对检验的人员的能力 要求非常高。由于依靠主观意识和经验的成分较高，新版a p l 5 8 1 中取消了定性分析。 图2 3 给出了定性分析的实施步骤。 确定可能性类别 i 上土 i 确定燃烧爆炸后果类别 确定i l 商后果类别 1 l 确定后果类别 上 确定没备风险 图2 3 定性的r b i 方法分析步骤 f i g 2 3a n a l y s i ss t e p so fs c r e e n i n g 大连理工大学专业学位硕士学位论文 相对于定性的r b i 方法，定量的r b i 方法是一种精确的方法，分析时需要采集大量 的数据。对具体设备项的可能性分析需从特定类型的设备的通用失效频率数据库中获得 其通用失效频率，随后通过设备修正因子f 。和管理系统评价因子f _ 对通用失效频率进行 修正。其失效的可能性包括了一系列评估失效机理的技术模块。定量r b i 方法分析的结 果即可对所有的设备进行风险排序，也可识别采用现行检验规程对设备检验是检验过度 还是检验不足，可根据风险排序与损伤机理对高风险设备进行有效检验。此外，还可以 算出检验成本与应用r b i 方法所得到的效益u 引。定量的r b i 方法初次计算需要较长的时 间，但不需要更多的专家。而且一旦首次分析完成，在今后的时间里可以利用检查数据 进行更新，对分析结果进行校正调整，可重复性强。图2 4 为定量的r b i 方法评估过程。 确定失效频率 上 确定泄漏类型 j 确定燃烧爆炸后果 上 确定中毒后果 上 确定环境清理后果 上 确定停产后果 i 确定设备风险 图2 4 定量的r b i 方法评估过程 f i g 2 4a n a l y s i ss t e p so fq u a n t i t a t i v ea s s e s s m e n t 半定量的r b i 方法是介于定性和定量分析的一种办法，是在定量的r b i 方法的基础 上的进一步简化。其中一个最主要的简化就是在确定泄漏总量的方法上。它需要的数据 与定量方法相同，但不必那样精确，采用简化的方法，允许一定得估算值，这样可使花 费的时间比定量方法少得多，而能得到定量r b i 方法的大部分结果。 基于风险的检验( i m i ) 方法在催化裂化装置的应用 r b i 项目实施过程中，可先用定性或半定量r b i 方法对整个装置进行分析，然后再 对高风险区域的设备用定量r b i 方法进行详细的分析。表2 1 给出了三种方法的优缺点 对比。 表2 1 三种方法的优缺点对比 t a b 2 1d i f f e r e n c e sa m o n gt h et h r e em e t h o d s 2 5r bl 的应用范围 a p ir b i 方法主要应用于炼油加工和化学工业。目前，已在下列装置中得到应用与 发展： 炼油厂 一石化及化学厂 气体处理厂 一液化天然气厂 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) 包括的设备： 压力容器 一换热器 储罐 一反应器 锅炉和加热炉 一压力管道 一旋转设备( 泵与压缩机的受压部件) 一安全阀 大连理工大学专业学位硕士学位论文 不包括的设备： 一仪表和控制系统 一电气系统 一建筑系统 一机械部件( 不包括泵和压缩机外壳) 2 6r bi 技术文件支撑 a p i5 8 1 基本资源文件与其执行文件a p i5 8 0 检验标准是用于设备风险等级划分与 排序的系统方法。a p i5 8 1 与a p i5 8 0 本身并不能控制与降低风险，需要有一系列的检 测规范( a p i5 1 卜压力容器检验规范；a p i5 7 卜管道检验规范；a p i5 7 9 合于使用； a p i6 5 3 一储罐检验、修复、更改和重建；a p ir p7 5 卜过程危害的管理) 与合于使用 的完整性评估标准来支撑n ，这些支撑是各种具体的检验、检测与维修技术的要求。 图2 5 表示了a p i 相关文件的关系。 图2 5a p i 相关文件的关系 f i g 2 5r e l a t i o n s h i pa m o n ga p ii n t e r r e l a t e dd o c u m e n t s 基于风险的检验( r b i ) 方法在催化裂化装置的应片j 27r b i 为生产装置安全运行和维护提供的可靠依据 确保生产装置长周期安全运行，正确认识和有效控制风险最根本的方法。通过r b i 技术开展风险评估工作，可以从以下五个方面来为生产装胃长周期运行提供可靠依据。 ( 1 1 隐患排查 进行风险分析，通过风险排序发现设备隐患，可以突出设备管理重点提高装置安 全性。从图2 6 中某装置的风险展示图可以看出，8 的设备与管道占据了装置9 5 的安 全风险。这说明，如果注重于该8 的设备和管道，就能有效地控制工厂9 5 的安全风险， 极大的优化资源和最大的降低风险。 s 。5 i ：3 i 产i 蔓鼍习 r二j 蠹j 卜一_ i j 卜j 二= j j j 0 0柚7 0 1 0 0 百分比叠鲁 图26 某装置风险展示图 f i 9 26 0 v e r v i e w o f r i s k ( 2 ) 运行状态下实旄检验 在运行条件下，采取先进的检测技术( 如声发射、导波、高温超声等) 对高风险设 备进行检测，可以掌握高风险设备存在的缺陷，进而采取有效的技术与管理措施对缺陷 进行监测与控制，降低设备的风险水平。 ( 3 1 剩余寿命评估 根据风险分析及检验结果，找出存在严重隐患的设备及管道，计算其剩余使用寿命， 可以明确给出具体停工检修时间的建议，使风险得到降低，潜在事故得到消除。 ( 4 ) 材质适应性评价 根据腐蚀速率的计算结果和设备失效模式，可以对设备、管道材质是否适应现有工 况进行评价，提出选材的建议，进一步提高设备可靠性。 ( 5 ) 科学制定检修计划 o re蠡凹进餐书 * 器 特 大连理工大学专业学位硕士学位论文 通过风险分析和剩余寿命计算结果可以进一步优化检验方案，提高检测的针对性和 有效性，降低检验总体工作量，节约检维修费用和检修作业时间。例如，燕山乙烯装置 利用r b l 分析结果，有重点的对中高风险以上的管道制定检验计划和方案，比采用常规 检验的方式实施检验，减少工作量近7 0 ，从而极大的提高了检验速度和效率。 ( 6 ) 开辟特种设备延期检验新途径 由于r b i 评估工作由政府授权的技术机构来承担，其结果具有一定的权威性。因此， 在落实企业安全主体责任的基础上，政府主管部门认可风险分析的结果及以r b i 评估技 术为依据的承压类特种设备延期检验的方案，使特种设备延期检验而又确保其运行安全 成为可能。 基于风险的检验( r b d 方法在催化裂化装置的应用 3r b i 应用软件与计算方法 3 1r bi 应用软件 r b i 的分析过程是对大量基础数据的处理过程。一个r b i 项目往往包括上千条管道、 几百台静设备、上百个安全阀和控制阀，甚至还包括上百台动设备的承压部件。实施r b i 时需要采集的数据包括材料数据、设备数据、装置腐蚀数据和检测数据等，数量非常庞 大。世界上主要的r b i 软件都采用了具有s q l 技术的数据库管理这些数据。r b i 项目还 是一个持续改进的过程，这个过程包括装置的整个寿命期，利用计算机强大存储能力可 方便的对设备的历史信息进行有效的记录。r b i 的风险评估尤其是定量风险评估，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，利用计算机的高运算速度， 可在较短的时间内完成这些计算。因此r b i 软件是实施r b i 的重要工具。 目前，世界上主要的r b i 软件有d n v ( 挪威船级社) 的o r b i t n h 引、法国船级社( b v ) 的r b e y e 、英国焊接协会( t w i ) 的r i s kw 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 t y ，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 等。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 i 5 8 1 的技术要求。 国内主要采用的目前采用有三种，一是法国国际检验局( b v ) 和合肥通用机械研究 院对茂名乙烯装置和加氢裂化装置进行r b l 分析时采用的r b e y e 汹1 ；二是青岛安全工程 研究院在齐鲁石化加氢裂化装置进行试点时运用的英国t i s c h u k 公司的t - o c a 软件3 ； 三是中国特种设备检测研究院和挪威船级社( d n v ) 在燕山石化公司应用的o r b i t o n s h o r e 软件。 3 2o r blto n s h o r e 软件介绍 d n v 是r b i 技术的发起者与倡导者，d n v 的o r b i t 分两部分，一部分是o r b i to n s h o r e ， 主要用于陆上石油装置，包括炼油装置和过程装置：另一部分是o r b i to f f s h o r e ，主要 用于海上石油装置。o r b i to f f s h o r e 采用了与o r b i to n s h o r e 相同的失效后果与失效概 率模型，更适用于海洋装备。 o r b i t 是以定量风险评价技术为基础r b i 的软件。d n v 的软件从装置的概念到设计 开始一直到运行，都提供了软件解决方案。o r b i t 将装置划分为单元、位置、区域和腐 蚀环，通过风险分析对其进行风险排序。o r b i t 也内含了半定量分析，可以迅速找到高 风险项目，采用5 x 5 的风险矩阵，将设备划分为4 个风险等级。通过对将来的检测计划 进行评价，可以识别风险的主要来源。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 o r b i t 的概率分析主要根据炼油企业和化工厂的设备失效数据库进行分析。分析时 对基础数据进行了设备修正因子与管理系统评估因子的修正。通过修正使分析更加符合 工厂实际。 d n v 的o r b i t 软件着重强调了量化风险评估的过程，适合于不同厂区间的风险比较。 运用该软件的主要目的是避免易燃、易爆、有毒介质泄漏到空气中，以防止火灾、爆炸 及人员中毒等重大事故的旋生，并降低设备检修费用“”。 o r b i to n s h o r e 目前已升级到24 2 0 4 9 版本，具有以下特点： ( 1 ) 用户界面友好，如图3 1 。采用三种数据录入方式：直接录入，e x c e l 表录入， 从相关管理软件传入； j 口* ，一_ q r e 日b 4 t i 。 岽慧剁爨嬲 群 日一 h h - 2 2 目r 一r i “ r jr 1 _ 目 j 岫 f 1e x r 1 蟊；r j 睁蔺i i i ；i 一一u h 目 r i i r n i “r 一 ! _ “ 呈”笸= 图31 哪r b i 软件界面 f i 9 31t h e w i n d o w o f d l f 、_ r b i ( 2 ) 内古半定量分析，可以迅速找到高风险项，采用5 x 5 矩阵，将设备划分为4 个 等级f ( 3 ) 完善的数据库。大量a s m e 材料数据库，1 5 0 0 多种化学品数据； ( 4 ) 使用世界公认的r h a s t 后果模式； 基于风险的检验( r b l ) 方法在催化裂化装置的应用 ( 5 ) 可识别风险的主要来源； ( 6 ) 多种技术计算模块。如：详细分析、后果分析、设备衬里、减薄、应力腐蚀、 高温氢损伤、疲劳( 只对管线) 、脆性断裂、外部损伤、安全阀等； ( 7 ) 可给出未来的风险与检验计划。 与其它风险评估软件相比，o r b i to n s h o r e 的最大优势在于其可将风险结果完全量 化，结果简单明了，利于管理者迅速根据需要做出决策。 3 3r bi 软件计算原理 由式2 1 可知，失效概率和失效后果的评估在风险分析中占重要位置，i s 0 9 0 0 4 质 量标准中，将它作为保证产品设计和制造质量的有效工具，在r b l 分析中也是最先考察 的内容。对于设备最初粗略的风险等级划分是r b i 至关重要的第一步，因为该方法的主 要关注点就在于设备的风险。根据过去3 0 年世界范围内的1 7 0 个行业主要事故的报道， 一半以上的事故是由于设备的机械失效造成的。失效设备中8 0 以上是由于承压设备的 失效，比如：管道、容器、反应塔、反应釜、机泵和热交换器。根据经验大致对风险的 等级进行划分后，还要搞清楚部件的风险主要由失效可能性( p o f ) 决定的还是由失效后 果( c o f ) 所决定的，特别要注意有高失效可能性和高失效后果的设备。有的高风险设备 有“相对”低的失效后果，但却有最高的失效可能性，有的高风险的设备有“相对 低 的失效可能性，但却有最高的失效后果。什么决定总的风险对于最终决策是关键性的。 风险分析的目标就是要把检测计划的注意力集中到具有高风险的设备特别是有高失效 后果的设备，而不一定是有最高失效可能性的设备。 r b i 软件通过多种技术模块对设备失效可能性与失效后果进行计算，最终以5 5 矩阵的形式对设备失效风险进行了表述。 3 3 1 失效可能性计算 失效可能性分析以同类设备失效频率( g f f ) 为基础，综合考虑设备服役现状和企业 管理水平对同类设备失效频率的影响，通过设备系数f 。与管理系数f m 进行修正，调整后 的失效频率即为设备失效可能性，其计算公式即式2 2 。 a p i5 8 1 中给出了通用设备失效频率的具体数值( 详见表3 1 ) 。通用设备失效频 率是对所有可能得到的、有关设备失效历史( 针对每种类型的设备和每种直径的管道而 建立的) 的记录进行汇编后得到的。建立时要利用一个公司里所有设备的或者是一个行 业里各种设备的记录，或者是来源于文献的记录、过去的报告及商业数据库中的记录。 这些数值只能从总体上代表一个行业，并不能反映一台特定设备或者是一个特定装置的 实际的失效频率。实际