（材料物理与化学专业论文）基于风险的检验rbi在我国石化企业中的应用研究.pdf

基于风险的检验( r b i ) 在我国石化企业中的应用研究 摘要 本文采用法国b v 的r b e y e 软件对大庆石化造气装置的静设备 和管道，进行了定量r b i 风险分析。结果表明：该造气装置有2 1 的设备和2 2 的管道处于中高风险区，风险水平处于正常。 运用定量r b i 技术对d e a 再生塔进行了详细的风险分析，得到 了塔体各部件具体的失效可能性、失效后果和风险等级。通过软件的 分析结果和实际腐蚀情况，分析了d e a 再生塔的腐蚀机理。结果表 明：d e a 再生塔塔顶的风险等级为中，上部筒体风险等级为低，下 部筒体和塔底风险等级为中高；d e a 再生塔的腐蚀机理主要是c 0 2 和h 2 s 、m d e a 降解引起的腐蚀以及保温层下腐蚀。 在a p i 5 81 定性及半定量分析工作手册的基础上，介绍了定性和 半定量r b i 方法的基本步骤，并采用定性方法对某石化企业裂解装 置的各个工段进行了风险分析，得到了各个工段的具体的风险等级； 采用半定量方法进一步对裂解装置的部分静设备进行了风险分析。结 果表明：裂解装置中，有2 5 3 的设备处于中高风险区，风险水平总 体偏高。 通过实施r b i 得到的经验，提出了一些在我国实施r b i 的意见 和建议。 关键词i 基于风险的检验，造气装置，d e a 再生塔，裂解装置，风 险等级 a 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 n i nc h i n e s ep e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e s a b s t r a c t t h eq u a n t i t a t i v e a n a l y s i so fr i s k - b a s e di n s p e c t i o nw a su s e dt o a n a l y z et h ee q u i p m e n t sa n dp i p e l i n e so ft h es y n t h e s i s g a sp l a n to f d a q i n gp e t r o c h e m i c a lc o m p a n yb yu s i n gb v sr b e y es o f t w a r e t h e r e s u l ts h o w e dt h a t21 o fe q u i p m e n t sa n d2 2 o f p i p e l i n e si nt h ep l a n t w e r ei nm e d i u m - h i g hr i s kz o n e t h eq u a n t i t a t i v er b it e c h n i q u ew a su s e dt oa n a l y z et h e 黜s ko f d e ar e g e n e r a t o r ，a n di n v a l i d a t i o nl i k e l i h o o d ，c o n s e q u e n c ea n dr i s k g r a d e o ft h ee a c h c o m p o n e n to fr e g e n e r a t o r w e r eo b t a i n e d t h e c o r r o s i o nm e c h a n i s mf o rt h ed e a r e g e n e r a t o rh a sb e e na n a l y z e db yt h e r i s ka s s e s s m e n tr e s u l t sa n dc o r r o s i o nc a s e t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h er i s k g r a d eo ft h er e g e n e r a t o rh e a dw a sm e d i u m ；a n d i t su p p e rs h e l lw a sl o w ； t h el o w e rs h e l la n db o t t o mw e r em e d i u m - h i g h t h ec h i e fc o r r o s i o n f a c t o r so ft h er e g e n e r a t o ra r ec o n s i s t e do ft h ed e g r a d i n go fm d e a ，c 0 2 a n dh 2 s ，a n dc o r r o s i o nu n d e ri n s u l a t i o n t h es t e p so ft h eq u a l i t a t i v ea n ds e m i - q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sw e r e i n t r o d u c e di nd e t m l t h eq u a l i t a t i v ea n ds e m i q u a n t i t a t i v er b it e c h n i q u e w e r eu s e dt o a n a l y z e t h er i s ko ft h e c r a c k i n g p l a n to fc e r t a i n p e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e t h er i s kg r a d eo fw o r k s h o ps e c t i o n sw e r e c o n c l u d e d t h er e s u l ts h o w e dt h a t2 5 3 o fe q u i p m e n t sw e r ei n m e d i u m h i g hr i s kz o n e t h es u g g e s t i o n sa b o u tf u r t h e rd e v e l o p m e n to fr b lw o r k si nt h e f u t u r ei nc h i n aw e r ep r o p o s e d k e yw o r d s ：r i s k - b a s e di n s p e c t i o n ，t h es y n t h e s i sg a sp l a n t ，d e a r e g e n e r a t o r ，t h ec r a c k i n gp l a n t ， r i s kg r a d e 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：捣璺翌日期：圭竺z 左笸 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名： 导师签名： e l 期： 至! 垒乙乞墨 日期：蔓翌：兰：! ! 北京化工大学硕士学位论文 1 1 绪论 第一章文献综述弟一早义陬琢硷 石油、天然气及化工等基础能源工业需要处理大量的易燃和有毒物质，而且 有相当部分的设备和管线都处于高温、高压或易腐蚀等十分复杂及苛刻的操作条 件下，如何确保其长周期安全运行，一直是国内外极为关注的重大技术课题【l 】。 传统的基于时间和环境的设备检测方法曾经有很广泛的应用，这些方法虽然在前 期的分析上投入较少，然而它未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，检修及检验的频率和程度与受检设备的风险不相称，不能使有限的 资源得到最优的回报，也往往不能保证最危险的受压设备得到足够的重视，从而 无法获得较高的可靠等级。因此，国内外大多数石油化工企业正在用各种基于风 险的检测方法逐步取代传统方法。 风险存在于工业领域的方方面面，人们将“能导致伤害的灾害可能性和这种 伤害的严重程度”定义为“风险”1 2 1 。另外，欧洲机器安全规范标准( e n so ns a f e t y o fm a c h i n e r y ) 还把“风险评估( r i s ka s s e s s m e n t ) ”定义为：“采用一系列的逻辑 步骤，是设计人员和安全工程师能够以一种系统的方式检查由于机器的使用而产 生的灾害，从而可以选择合适的安全措施”【3 】。 目前在石化工业中应用的风险评估技术有很多种，例如可靠性维修 ( r e l i a b i l i t yc e m e r e dm a i n t e n a n c e ) 是基于风险的，用于评价和管理工厂设备的可 靠性风险。保护仪表系统( p r o t e c t i v ei n s t r u m e n ts y s t e m s ) 是基于风险的，用于决定 哪种控制紧急情况的装备最需要自动化，并运行于相应级别可靠性水平。工艺风 险分析( p r o c e s sh a z a r d s a n a l y s i s ) 是基于风险的，用于评价运行过程中的危险并决 定哪些需要控制【4 1 。但是这三种技术相互独立，关联性不高，而公司往往需要一 种方法把所有重要的问题综合考虑( 安全、环境、健康、可靠性、经济性等) ， 并优化和制定包括所有与运行某一设施有关的重要决策的系统，而 r b i ( r i s k b a s e di n s p e c t i o n ) 就是这种风险决策制定系统的重要组成部分。 j 匕京化工大学硕士学位论文 1 2 传统的检测方法及其不足 现代石化工业设备检测的基本要求是在一个可以接受的安全等级下，以尽可 能低的成本完成检验计划。但这两方面常常是互相冲突的，并使石化企业的管理 人员、规划人员和运行人员面临诸多具有挑战性的难题。因此，必须深入了解传 统检测方法的不足和r b i 的优点，才能够明白为什么要在石化工业中采用r b i 技术。 传统检验包括两种：基于时间的检测方法，也就是制定固定的时间间隔来检 测的方法；基于环境的检测方法，也就是根据设备工作的环境制定检测的方法。 这类传统的检验方法在石化工业发展阶段有其成功之处，符合一般的逻辑规律而 且前期需要的分析和研究也要求不高。但随着企业规模的日益扩大，重大危险设 备数量逐渐增多，弱点日益明显，主要表现在： ( 1 ) 基于时间的检测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替换，这一方法难以接受。另一种就是对所有受压设备 频繁并彻底地检测，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。 ( 2 ) 每次对所有的设备进行检修，耗费大量的人力物力，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。 ( 3 ) 检验方法和计划自身的改进余地不大，由于对每次检测结果的分析和 研究不足，下次的检测也是完全原套照搬，缺乏创新，效率很低，不符合市场经 济规律【5 1 。 1 3 基于风险的检验( r b i ) 技术介绍 1 3 1 r b i 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- - ) k 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 2 北京化工大学硕上学位论文 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。【6 】 r b i 的中文意思是“基于风险的检验”，它是在追求系统安全性与经济性统一 的理念基础上建立起来的一种优化检验策略方法，其实质是在对系统中固有的或 潜在的危险事件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 主要问题和薄弱环节，以确保本质安全和减少运行费用为目标的一种管理方式。 r b i 采用先进的软件，配合以丰富的工厂实践经验和腐蚀及冶金学方面的渊 博知识及经验，对炼油厂、化工厂等工厂的设备、管线进行风险评估及风险管理 方面的分析。根据分析的结果提出一个根据风险等级制定的设备检测计划。其中 包括：会出现何种破坏事故；哪些地方存在着潜在的破坏可能；可能出现的破坏 的频率；应采用什么正确的测试方法进行检测等。并可对现场人员进行培训来正 确的实施、成功的完成这些检测工作。 由于有了“有的放矢”的科学的检测计划，从而保证了工厂安全、可靠的运行 及取得最好的经济效益。在这个基础上，运行的实施及管理成为科学而透明、可 预见。工厂设备的维护维修也由机械的、人为的安排，转为按设备、设施、运行 的薄弱环节及风险管理作出科学的安排。这就消除了一些不必要的停机维护或延 长了维修周期。使得工厂的生产、设备在风险管理下可控制、可预见地运行。 r b i 技术是在设备检验技术、失效分析技术、材料损伤机理研究、设备安全 评定和计算机等技术发展的基础上产生的新的在役设备检验技术，它是以风险评 价为基础，对检验程序进行优化和管理的方法，通过有效的基于风险的检验使得 在当前检验水平下有利于风险降低。r b i 根据设备风险等级，从经济、健康、安 全、环境的角度，给出了一个明确的检验程序。 事故案例统计数据也表明：8 0 左右的事故经济损失是由2 0 左右的高风险 设备造成的，也就是说相对较大百分比的风险往往仅与较小百分比的设备有关， 所以，如果在没有任何区别的情况下进行检验，其检验费用肯定将会增加。而 r b i 对在役设备不采用常规的检验技术，而是在风险分析的基础上，对高风险设 备进行重点检验。在当前可接受风险水平的条件下，区分那些不需要检测或风险 降低措施的装备，使检验和管理行为更加有效，更加集中。采用此方法，可提高 设备的可靠性，延长设备的检修周期，降低设备检修费用，具有在保证设备安全 北京化工大学硕士学位论文 性的基础上显著降低成本的效果【7 1 。 r b i 的创新之处在于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，它提供保证对高风 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。 实施和完成r b i 技术，要求有一支知识渊博、实践经验丰富的专门技术人 员队伍，和一个高水平的计算机软件系统。r b i 技术的实施是一个长期的过程， 是一项复杂而又艰巨的工作，不仅不要专业的软件，而且需要一个包括设备专家、 检验专家、腐蚀专家、工艺专家等组成的具有合作精神的团队i s , 9 1 。 1 3 2 r b i 的发展历史 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，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 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 i 软件【6 】o2 0 世纪9 0 年代初，欧美二十余家石化企 业集团共同发起资助美国石油学会( 刽r i ) 开展r b i 在石化企业的应用研究工作， 以提高设备的安全性并延长检修周期，达到显著降低生产成本并促进企业的现代 化管n t l o l 。 美国石油协会将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 ， 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 的草案，2 0 0 0 年5 月又公布 了a p i5 8 1 i l l l 的正式文件；2 0 0 2 年5 月正式颁布了r b i 标准a p ir p5 8 2 】，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 4 北京化工大学硕士学位论文 工厂都使用了r b i 。英国、法国和德国等国家，也制定和发展了适合本国国情的 r b i 技术1 3 , 1 4 】；在亚洲，韩国和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1 5 , 1 6 1 。 为了提高我国石油化工企业在未来世界上的竞争能力，在保证安全基础上降 低风险和成本是必由之路。近年来，合肥通用机械研究所等院所相继在部分石化 企业进行了r b i 的实际应用【1 7 , 1 8 】。 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r b i 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了广泛的应用【6 , 1 9 1 。 1 3 3 r b i 的优点 a p ir b i 主要有以下优点1 5 】： ( 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得可靠性。 ( 2 ) a p ir 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r b i 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r b i 检测计划更加细致、科学。例如，b s p 公司从1 9 8 9 年起对管线 检测和修复的相关数据都进行了分析，建立了数据库。通过r b i 调用这些数据， 不但大大提高了检测效率，节省费用，设备的可靠性也得n t 明显的提高f 2 0 1 。 ( 4 ) r b i 有很强的灵活性，由于是基于风险的，在确定了设备的风险等级 北京化工大学硕士学位论文 优先表后，就可以修正检测的频率，而且也可以改变检测的方法和工具，甚至检 测的范围、质量和程度以及数据采集都可修正，这在传统的检测方法中是难以做 到的。 ( 5 ) r b i 的分析和计算机技术结合紧密，无论是数据的采集或细致的评估、 还是智能化的自我学习过程等都是通过相应的软件模块来实现的，节省了人力物 力资源并能很好的保证一致性和连贯性。 1 3 4 r b i 的基本原理 r b i 将设备在使用期间可能发生的风险与设备在用检验相联系。应用风险分 析，将流程中所有的设备( 包括管道) 按风险进行排序，在此基础上可仅对高风 险的设备，按照其损伤的特点，采用有效的检验方法进行检验，显著降低其风险， 以使得流程中所有设备在下一个运行期间的风险都处于低的或人们可接受的风 险水平。按照r b i 方法制订的检验计划对中等与低风险的设备都不需要检验。 r b i 是一种制定先进检验计划的方法，采用这一方法可降低设备风险与生产成 本。 在进行r b l 分析时，将风险定义为在一定时间内的失效可能性乘以失效后 果，也即潜在的失效会对人员、环境和经济财产所造成的损失。风险可用下式表 示： 风险= 失效可能性( 损伤发生概率) 失效后果( 影响程度) 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。 在定量的r b l 分析中对失效可能性认为由通用失效频率、设备修正系数和 管理系统评价系数等三个因素组成，即：失效可能性= 通用失效频率( g f f ) x 设备 修正系数( f e ) x 管理系统评价系数( f m ) 。 在a p i5 8 1 中，根据各国所发表有关设备失效统计数据给出了该设备建议的 通用失效频率。a p i5 8 1 中也相应给出了确定管理系统评价系数与设备修正系数 的方法。设备修正系数主要由设备的损伤机理、损伤速率与检验的有效性等因素 6 北京化工大学硕士学位论文 确定。 失效后果主要是装置中流体物料泄出所引起的，所泄出的物料由于其不同的 毒性、易燃、易爆等性能会造成人员伤亡、设备损伤、环境破坏与生产损失等后 果。在r b ! 分析中，一般都将这些损失转换为经济损失或影响面积来计算【2 1 2 2 】。 1 3 5 r b i 的分析方法 r b i 通过识别全部设备的破坏机理和失效模式，分析出失效概率和后果，进 而计算出每台设备的风险大小并对其进行排序。在此基础上，按照损伤的特点， 对高风险的设备采用有效的检验方法进行检验，降低风险；对中等或低等风险的 设备可以少检验和不检验。 r b i 的分析方法有定性、定量和半定量三种类型【2 3 1 。这三种方法相互补充， 是一个连续的统一体，而不是截然不同的方法，一个r b ! 项目通常包括定性、 半定量和定量三种方法的综合运用。可根据制定设备检验计划在不同阶段的需要 对其选用。 定性的r b t 方法是一种简化的分析方法，它依靠工程经验作判断，只需输 入少量的数据，应用简单算法评估设备失效的可能性和后果。用这种方法可迅速 而粗略地对设备的风险进行排序，区别低风险设备( 或区域) 与高风险设备( 或 区域) ，用此方法制定设备检验计划较保守。定性的p - d 3 1 方法需要有经验的人员 实施。 定量的r b ! 方法是一种精确的方法，工作量很大。此方法需要对大量的数 据进行细化分析，其结果可对所有的设备进行风险排序，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l m i 方法所得到的效益【2 4 1 。 半定量的r b i 方法需要与定量方法相同的数据，但不必那样精确，可以采 用简化的方法，例如对设备中的流体体积进行估算，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 ! 方法的大部分结果。 。 在通常情况下，可先用定性或半定量r b t 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。 7 # 目化t f i 女 圉l 一1 是r b i 流程的一个简单块状图，描述了基于风险分析的检测计划的关 键要录。这些关键要素是任何完整的r b i 计划所必需的，不论采用哪种方法( 定 性、半定量或定量) 。 墨墼型! 咝曼 曼睦跳一 3 6 r b i 的应用范围 图1 - 1r b i 计划流样 f i g 1 1 t h ep r o c e s s o f r b i l 应崩的灵活性 a p i5 8 0 是一个针对炼油厂和化工厂实施r b i 的文件。因为工厂的大小、文 化、地理位置和地方法规要求各不相同，a p l5 8 0 在现有的飙险管理范围之内， 给予了用户实施r b i 的灵活性，以满足不同的地方法规。a p l5 8 0 旨在给用户提 供一个有效的风险评估框架，同时不给用户施加不必要的限制。a p i5 8 0 旨在提 高风险辨识、评估和管理的质量并确保这些工作的持续性。此处的挑险是指由于 设各材料退化而引起泄露的风险。 2 包括的设备 a 压力容器一全部的压力部件 b 工艺管道管道和管道部件 c 储罐常压储罐和压力储罐 d 动设备承受内压的部件 北京化工人学硕士学位论文 e 锅炉和加热炉压力部件 f 换热器一壳、封头、管板和管束 g 泄压设备安全阀等 3 不包括的设备 a 仪表和控制系统 b 电气系统 c 建筑系统 d 机械部件( 不包括泵和压缩机外壳) 1 3 7 r b i 考虑的设备损伤机理 在r b i 方法中，计算设备的失效可能性时要按照设备的损伤机理及其损伤 速率进行计算。考虑了石油化工设备通常会遇到腐蚀减薄、应力腐蚀开裂、环境 对金属的冶金损伤与力学性能的损伤等四大类。在a p i5 8 1 中，对石化企业中常 遇到的8 种介质( 盐酸、硫酸、氢氟酸、胺、含氨与硫化氢的酸性水、高温硫化 氢+ 环烷酸、高温氢+ 硫化氢、高温氧化) 对金属材料的腐蚀减薄，7 种介质( 碱、 胺、碳酸盐、连多硫酸、含氯离子溶液、含硫化氢溶液、含氢氟酸溶液) 引起金 属材料的应力腐蚀开裂，高温氢腐蚀，脆性断裂，炉管的损伤，管道的疲劳损伤， 设备复层的损伤与设备的外部损伤( 主要是绝热层下腐蚀) 均提供了相应失效可 能性的评定方法与有关的数据库，这些数据库绝大部分都是在美国腐蚀工程师协 会( n a c e ) 支持下编制的，这些方法与数据都能可靠地应用。 在进行r b i 工作中，如遇到a p i5 8 1 中未能提供的损伤速率的介质或环境， 则需要自行查找资料，并向专家咨询以确定损伤速率。如遇到a p i5 8 1 中未提供 资料的损伤机理( 如缝隙腐蚀、金属尘化腐蚀等) 则需要专门编制可靠的失效可 能性计算方法与确定相应的损伤速率。 1 3 8 r b i 在国内的开展情况及所使用的软件 9 北京化1 = 大学硕士学位论文 在国内，对设备的失效分析、安全评定检测及计算机技术等方面都有良好的 技术基础，但未能综合应用在检验方法上，自1 9 9 9 年以来，华东理工大学、南 京化工大学、天津石化机研所、合肥通用机械研究所、青岛安工院以及北京锅检 中心等一些高校院所相继开展了r b i 技术在国内的应用研究，并先后在天津石 化、茂名石化、齐鲁石化等企业的配合下对一些具体装置引入r b i 进行试点。 这些实践对我国石化企业更好地应用r b i 方法已取得了一些初步经验【2 5 。3 2 1 。 2 0 世纪9 0 年代初期，中国石化的生产装置一般是1 年l 修，逐步发展到目 前的3 年2 修和2 年1 修的水平，个别装置有连续运行5 年的纪录，但是我国的 连续运行期普遍低于国外同类装置水平。另外，当前我国石化企业因设备而引起 的安全事故仍占有很高的比重，因而影响到石化企业的安全、稳定、长周期生产 以及经济效益。采用r b i 方法检验设备，可将检验结果与设备在运行期内的风 险直接联系，降低风险，延长装置连续运行期，提高经济效益。 应用r b i 技术需要处理大量数据。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和承压部件。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 是一个持续改进的过程，这个过程包括装置的整个寿命期，利用计算机强大的存 储能力可方便的对设备的历史信息进行有效的纪录。r b i 的风险评估尤其是定量 风险评估，采用了相对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。 世界上主要的r b i 软件有挪威船级社( 聊w ) 的o r b i t ，法国国际检验局 ( b v ) 的i 强e y e ，英国焊接技术协会( t w i ) 的r i s k w i s e ，t i s c h u k 公司的 t - o c a 等。 d n v 是r b i 技术的发起者和倡导者，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管理。目前，天津石化公司机械研究 院和中石化上海设备失效分析与预防研究中心合作，引进了d n v 的o r b i t ，在 天津石化公司化工厂大芳烃加氢裂化装置上进行了应用；此外，扬子石化股份公 司和南京工业大学也引进了这套软件对扬子石化芳烃厂高压加氢裂化装置进行 了风险评估工作p 引。 1 0 北京化工大学硕士学位论文 b v 的r b e y e 的开发思路与d n v 的o r b i t 基本相同，也是基于a p i5 8 1 标准进行开发的。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 乙烯装置裂解装置和炼油加氢裂化装置进行r b i 的应用【3 4 1 。在1 5 节中，将详细 介绍r b e y e 软件的工作原理。 t w i 的r b i 技术考虑了设备剩余寿命对检验周期的影响，因此所确定的设 备检验周期比较科学，并给出了不同检验与日常维护措施对风险影响的一个明确 比较，使结果更直观。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。 t - o c a 的r b i 技术最为显著的一点是最后形成了一个装置完整性检查 - r b i 计划检测装置完整性检查的闭路循环，实现了工厂对设备检测和管理 的不断改进和持续提高，使r b i 成为一个完整的管理模式。中国石化青岛安全 工程研究院引进了t i s c h u k 公司的r b i 软件t - o c a ，并在齐鲁石化公司胜利 炼油厂进行了应用研究 3 5 , 3 6 。 1 3 9 r b i 的风险管理流程6 1 r b i 以系统的概念对装置进行整体考虑，对装置中所有的承压部件进行全面 系统的分析和评估，并进行风险排序，在熟识整套装置工艺特性的基础上，对整 套装置有针对性的制定检验计划，达到既保证检验质量，又节约检验经费的效果。 通过检验结果的反馈，更新基础数据，重新进行风险评估，最终形成了一个完整 的风险分析风险管理检验检测风险分析的装置管理闭环，不断改 进，提高装置的管理水平。从建立项目目标到项目初步审核的过程是r b i 的项 目计划阶段，从危险识别到最初风险等级的确定过程是r b i 风险分析阶段，从 风险管理到检验计划的制定再到持续落实的过程是r b i 的风险管理阶段。 1 3 9 1 r b i 项目计划 实施r b i 项目是一个团队合作的工程，需要各个学科各种专家的知识和经 验。r b i 项目的开始阶段首先是建立一个由各方面专家组成的小组，共同建立判 断风险接受程度的标准，确定r b i 评估的目的和范围，选择r b i 评价的类型， 北京化工大学硕士学位论文 制定出实施r b i 项目的整体计划。 1 3 9 2 r b i 的风险分析 r b i 的风险评价不是一个完备的风险评价，r b i 将风险分析和机械完整性这 两个原理相结合，着重于由设备内流体、温度、压力和设备材质等相互作用造成 的设备退化的识别。 1 数据采集 r b i 风险分析，不仅需要传统检验技术中所需要的设备基础数据，还需要很 多传统检验技术很少考虑的工艺数据、检验维护历史数据和设备腐蚀经验数据， 以及在评价失效后果时使用的工艺流体特性数据和商业费用数据。r b i 根据这些 工艺数据、设备基础数据等数据分析设备不同失效机理引起的失效概率，根据工 艺流体的特性和失效后各方面商业费用等数据分析设备的失效后果。与其他评价 一样，r b i 评价的质量取决于采集数据的质量和精确性。尽管r b i 风险分析类型 不同，所要求的数据也不同，但数据的质量同等重要。r b i 在采集数据时采用 的标准应当一致，对数据进行修正时不做不合理的假设。 2 风险分析与风险评价 r b i 的失效概率分析侧重于引起设备退化的全部退化机理和退化速率。a p i 5 8 0 中考虑了减薄、应力腐蚀开裂、设备金属材质变化和机械失效等多种失效机 理，a p i5 8 1 中给出了各种失效机理的失效概率计算模型。r b i 的失效概率分析 还包括工厂检验程序在识别和监控设备退化的有效性的分析。r b i 的失效概率分 析可以综合使用定性、半定量和定量三种方式，大多数失效概率分析采用了两种 以上的方法。 r b i 的后果分析区分了设备失效时的重要性。r b i 的后果分析主要考虑了设 备内容物损失的影响，从人员、经济和环境考虑了失效后果的影响种类。同样， r b i 的后果分析也可以综合使用定性、半定量和定量三种方式。 r b i 将失效概率和失效后果结合起来，计算出各种失效的风险。r b i 采用风 险矩阵表示设备的风险，见图1 2 。使用风险矩阵可以初步确定设备的风险等级， 1 2 北i n i 太学i ? 学位诧t 对设备进行风险排序。确定的风险接受准则，将风险划分为可接受的风险和不可 接受的n l 险。 v 火 蔷i 藿 i i i l 代表低风险 2 代表中风险 3 代表中高风险 4 代表高风险 火效后果 图l 风险矩阵 f i g 1 - 2t h er i s km a t r i x 13 93r b i 的风险管理 r b i 作为一种新的设备管理技术，风险管理是r b i 的核心内容。对可接受风 险，不采取任何风险减缓措施：剥不可接受风险，采取风险减缓措施降低皿噎。 检验是管理设备失效风险和确保设备完整性的主要方式之一，其他方式则取挟于 具体的环境。如果失效后果不可接受，可采用如紧急隔离、紧急泄压、紧急泄料、 更改工艺、减少危险物质总量或者安装喷淋设备、隔断阀、水淹系统以及建立应 急响应措施等方法降低风险。如果失效概率不可接受，可采取设备更换和维修、 缺陷的合乎使用性评价、设各改造和设备重新设计柬降低风险。还有些不确定风 险的设备，则通过建立工艺状态监控措施来控制设备的风险。这些都要在r b i 的检验计划中明确出来 ”。 1 检验在风险管理中的作用 检验不能阻止或降低殴各的退化，只能确定、监控和测量设备的退化，使得 对设备的现有状态有了一个相对全面的了解增强设备失效的可预见性可以直 接降低失效的概率而降低风险。检验数据和分析解释的质量对风险降低的水平有 显著的影响。 2r b i 检验方案的特点 北京化工大学硕上学位论文 传统的检验技术是以单个设备为对象的检验技术，而r b i 以系统的概念来 考虑设备的完整性。r b i 基本原则是给予高危险程度的项目更多的检验资源和检 验实践，同时避免在低风险项目上花费过多的努力。r b i 与传统的检测程序相 比有了很大的改进，主要表现在如下几方面： ( 1 ) r b i 区分了检验计划的三个层次，明确了检验任务 a 最初检验：最初检验是随着新设备的安装，在投入使用之前进行的检验， 有具备相应资质的检验人员与装置的使用单位协商确定检验的形式。检验形式要 从实际安装与设计的一致性、最初检验结果的有效性等多方面考虑。 b 装置投用后的第一次检验：通过装置投用后的第一次检验，可以了解设 备在当前条件下的安全性。目前，工业实践中惯犯采用装置投用后的第二年进行 第一次完整检验。应用r b i 技术，希望延长检验的周期，要求装置必须具有可 靠保证措施( 如在线监控) ，同时具有可靠的运行经验。在装置投用后，没有检 验的设备如果没有任何可靠运行经验，就必须认为其具有较高的风险。在确定装 置投用后的初次检验时间时，r b i 考虑了以下几个因素，设计条件与生产条件的 一致性；实际运行条件的不确定性和对实际运行环境的了解程度；装置在设计和 生产中的余量。 c 装置正常运行后的检验：在确定检验周期时，r b i 推荐考虑一下问题： 系统的历史纪录；设备当前状况；系统中流体的总量；装置中所用的在线监控系 统；法律规定的某些设备的最大检验周期；设备退化的速率；设备对缺陷的承受 能力；用户的操作规范和维护与检验标准；设备在计划周期内失效的概率；以上 因素的不确定性。 r b i 还给出了确定最大检验周期的根据：根据设备的历史经验( 其确定的检 验周期偏于保守) ，根据某些权威组织的工业指导意见，根据设备的剩余寿命。 ( 2 ) r b i 对各种检验方法和检验数据进行评价，保证检验的有效性，明确 了检验方法 检验的有效性一定程度上决定了所面临的风险，r b i 通过对检验方法的深入认识 和检验结果的评价明确了所采用的检验方法。 ( 3 ) r b i 根据设备的风险等级，明确了检验内容和检验时间 r b i 通过制定针对不同失效机理的检验计划，对高时效后果的项目实施比低 1 4 北京化工大学硕士学位论文 失效后果的项目更全面的检验，明确了检验的内容。同时，r b i 的风险分析和剩 余寿命分析为确定检验的周期提供了科学的依据。 a 检验内容：r b i 的风险评价明确了具有8 0 风险的2 0 的设备项目，r b i 将检验资源集中到这2 0 的项目上来。检验范围的明确，减少了不必要的检验， 将检验资源应用到最需要的地方，从而达到了优化检验开支的目的。例如对壁厚 损失概率很大而具有高后果的管道系统，应用可靠检验技术对其壁厚检验位置进 行1 0 0 检验；而对于低后果系统，则没有必要进行1 0 0 检验；甚至仅需要进 行1 0 检验。再如对于内外均匀腐蚀比较严重的某些管道，沿管线测壁厚就足以 保证其安全性，就没有必要进行超声波扫描、射线探伤。 b 检验时间：确定检验时间的总体目标是确保通过充分的检验使得能够在 设备失效的早期识别那些影响装置安全的退化。检验时间可以是设备剩余寿命的 一定百分比，这个百分比的确定考虑了数据的可靠性和工艺条件的不确定性。有 些失效机理，例如腐蚀开裂并不是逐渐增加的，而是在接近设备寿命时才开始， 没有一个稳定的速率，这种情况下，基于退化速率计算的剩余寿命确定检验周期 的方案就不再是一个合适的检验方案。而在接近设备的使用寿命时，则要进行更 加频繁的检验。 r b i 通过对装置的整体把握，延长了装置运转周期，降低了装置停车检验的 频率，提高了设备利用率，直接带来经济效益的增加。 3 r b i 的持续运转 r b i 是一个动态的工具，检验的结果、设备工艺条件的改变、设备的维护检 修都对设备的风险产生显著影响，这就需要对装置的风险进行重新评价。通常在 以下条件下进行r b i 再评价： ( 1 ) 检验完成后 ( 2 ) 实施风险降低策略后 ( 3 ) 设备的某些重大变化后 ( 4 ) r b i 评价确定的再评价时间 r b i 的持续运转还包括r b i 审核过程，审核的目的是通过审核对工厂所建立 的完整性管理和基于风险检测技术的符合性和有效性进行判定，以便找出实施过 1 5 北京化工大学硕士学位论文 程中的不足，使工厂的完整性管理和基于风险检测技术不断完善，达到工厂管理 的持续改进。 r b i 的持续改进，形成了一个完整的风险管理闭环。 1 3 1 0 a p i 5 8 0 、a p i 5 8 1 与其它规范问的关系 a p i 5 8 0 t 1 2 1 及其执行文件a p i 5 8 1 1 1 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 i5 8 1 是不能控制风险的，因此需要一系列的 检测规范与合于使用的完整性评估标准来支撑，这些支撑是各种具体的检验、检 测、维修技术的要求，如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 i 5 8 1 共同保障了承压设备的安全使用。 同样，a p i5 8 1 与a p i5 8 0 在中国实践时，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”是中国压力容器和管道治理整顿多年的实践经验总结，它们既是强制性的 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 ) ”等技术标准一起构成了风险控制的 支撑体系。 “传统检验”是检验力度越大越安全的理念，中国的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、 高风险的装置和设备，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【l o 3 引。 1 4 降低风险的措施 由于风险是失效可能性与失效后果的组合，因此只要是能降低失效可能性或 失效后果的措施都能起到降低风险的作用。另一方面，管理系数f m 能起到调整 平均失效概率的作用，因此通过提高管理水平，降低f m 值也是一种降低总体风 1 6 北京化工大学硕士学位论文 险等级的有效措施。 1 通过降低失效可能性调整风险 降检验对风险的影响主要表现在失效可能性方面( 也可以通过增加防护措施 降低后果) ，而要规避风险，关键在于降低失效可能性，避免失效事件的发生。 在风险矩阵图中，失效可能性等级越高表明失效可能性越大。从风险管理的角度 出发，设备管理的重点应放在对那些风险较高( 特别是处于高风险区) 的设备和管 道上。对高风险设备和管道适当地加强检验力度，可以在一定程度上