基于风险的检测(RBI)【优质借鉴】

1、基于风险的检测(RBI)及其在石化装置中的应用,陈学东 王冰 杨铁成 艾志斌 合肥通用机械研究院 二六年六月,1,优质材料,1.RBI技术概述2.API 581简介3.GMRI在国内RBI执行情况4.若干问题的 讨论,2,优质材料,1.RBI技术概述,1.1几个基本定义,危险与风险,危险：可能产生潜在损失(损伤)的征兆，客观存在，无法改变 风险：危险事件发生的概率一定程度上可以随 危险一旦出现的后果严重程度与损失大小着人的意志而改变,社会与环境 企业自身,3,优质材料,风险分析与风险工程,4,优质材料,维修与资产完整性管理,5,优质材料,6,优质材料,HSE、完整性管理和RBI三者的关系,7,

2、优质材料,基于风险检测(Risk-Based Inspection RBI,8,优质材料,RBI风险矩阵,设备风险等级表,风险矩阵,9,优质材料,RBI过程示意图,10,优质材料,1.2RBI的意义,避免传统检验的某些不足、确保本质安全,11,优质材料,RBI与传统方法的区别,12,优质材料,80%的损失是由20%的设备引起的风险系数不是越小是好，安全与经济的统一,二八”现象,13,优质材料,风险演化与寿命关系,14,优质材料,影响压力容器安全的突出问题,八年来，6次全国性安全状况调查 45家大型石化企业，164638台压力容器，1166台高强钢压力容器，686台液化气球罐,超标缺陷 全球原油

3、品质劣化介质腐蚀加剧 装置大型化高强钢使用(裂纹敏感性增大) 长期超期服役未经合理评估，盲目使用,近年来,缺乏有效检测 科学评估 未达设计寿命 过 早 失 效,突然失效,19802004年部分国内固定式容器爆炸事故的统计情况,19902004年部分国内压力管道失效事故的统计情况,有利于针对突出问题,15,优质材料,满足经济社会发展需求,企业发展的需求： 用先进的风险工程学理念，处理安全与经济的关系； 在WTO框架内 提高企业国际竞争力。 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、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。 设备管理的需求： 执行RBI项目实际

4、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RBI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。 经济效益的需求： 确保安全 最根本的效益保证 国外：降低成本 国内：短期成本可能会上升，长期降低成本,16,优质材料,广义的风险评价,1930s保险业 二战后，化学工业发展生产过程火灾爆炸、泄漏事故 安全评价、风险预测 1960s英国 故障数据库 美国 DOW化学公司 化工生产危险度量安全评价 方法 1974美国 AEC核电站危险状况的评价 英国 ICI化学公司火灾、爆

5、炸、毒性指数评价方法 1984美国在印度的农药厂毒气泄漏，造成2500人死亡，125000人中毒 1986美国挑战者号航天飞机爆炸 前苏联切尔诺贝利核电站爆炸事故,1.3 RBI在国外,17,优质材料,美国人上个世纪九十年代初开始此项工作 30年以来，100件重大损失事故统计表明风险因素复杂 增加检测力度来看，花费巨大，事故仍然发生 美国人W.Kent Muhlbauer 1992年提出了输油与输气长输管道的风险评估方法 原因分析(第三方破坏与最小埋深、腐蚀、设计、操作) 介质危险性评定：泄漏指数、相对风险程度,狭义的风险评价(在石化行业应用,18,优质材料,API RBI赞助委员会成员单位,

6、API 23家石化公司赞助研究RBI ： 1996年出台API 581的草案 2000年5月正式出台RBI执行文件API BRD 581 2002年5月公布RBI标准API RP 580,19,优质材料,API RP 580 推荐了一种做法（Recommended Practice ），描述了在实施RBI项目中所涉及的重要内容和要求。 API BRD 581 是一个资源文件（Base Resource Document），描述了适用于炼油和化工工业的RBI方法,20,优质材料,ASME “ASME RBI Guidance Document，Vol.1”， 1991 “ASME RBI for

7、 nuclear plant, Vol.2”， 1992 “ASME RBI for power plant Vol.3” 1994 “RBI guidelines for pressure systems” ，1999 API与ASME总体思路一致 ASME针对电力行业，关注高温与强度失效 API针对石化，尤其是炼油厂，关注腐蚀 欧洲 欧洲工业基于风险的检验和维护规程(RBIMAP)(正在制订) RBI、RCM、SIL 共享机制,21,优质材料,政府认可,法令/政府要求： California Risk Management and Prevention Program (RMPP) EPA

8、40 CFR Part 68， Risk Management Programs for Chemical Accident Release Prevention (美国环保署) 工程规范： API 581，IEC1508， ANSI S84.01 UFIP Guidelines (France) ，UIC Guidelines (France)等 团体组织： AIChE(美国化学工程师协会)/CCPS Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis 波音公司 Reliability Centered Maintenance

9、，RCM 美国、澳大利亚、新西兰、英国、挪威、芬兰、荷兰、新加坡等国政府均已批准企业采用RBI技术确定检验策略,22,优质材料,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,德国采用一事一批的方式发达国家大部分

10、接受,法国政府,23,优质材料,RBI在欧洲的情况和趋势(截止至2000年,24,优质材料,RBI在欧洲的情况和趋势 (2005年度,25,优质材料,欧洲各国现行关于承压设备检验的一些规定,26,优质材料,27,优质材料,1.4国内RBI技术发展现状,上世纪九十年代末 政府介入与关注 国外技术机构乘虚而入 与国内联合,大学、研究机构已逐步引入概念 基础性工作 定性与半定量工作,国家科技部立项 特种设备局,十五”攻关 社会公益 国际合作重点,法国BV 挪威DNV 英国TISCHUK 英国TWI 韩国SK 瑞典SKF,特检中心、GMRI、南化、华化、青岛安工院、北航,提出安全与经济性的关系 安全技

11、术委员会的关注 对茂名RBI项目关注,GMRI 南化、华化 青岛安工院 特检中心,28,优质材料,BV、GMRI、北京化工大学的合作,2003年以茂名石化乙烯裂解、加氢裂化装置开始，在国内石化企业开展RBI工作,法国国际检验局(Bureau Veritas，以下简称BV)是一家拥有一百七十多年历史的全球性检验、监理、质量管理和咨询机构，在质量、安全、环境和健康的专业领域内具有国际品牌信誉度。其RBI技术是基于该公司长期以来在全球石油化工领域服务的成功经验的积累，在RBI和资产完整性管理(AIM)等方面进行了大量研究工作，开发了RBI软件RB-eye，并已在EXXON、SHELL等大型石油化工企

12、业的石化装置中推广应用，在RBI领域具有领先的技术优势,北京化工大学安全科学与监控工程中心是由北京化工大学机电学院、材料学院、信息学院、理学院和化工学院中专业若干从事安全技术研发的学术团队组成的校级科研机构，中心成立于2005年1月，中心主任为高金吉院士,29,优质材料,国家质量监督检验检疫总局,关于开展基于风险的检验(RBI)技术试点应用工作的通知” 国质检特2006198号，2006.5,基本肯定积极作用 规定试点基本程序范围 承担单位责任 程序 提出要求基本要求 结论处理,30,优质材料,执行情况,31,优质材料,2.API 581简介,API 581 于2000年5月出版，文件由正文和

13、附录组成 正文的主要内容介绍 RBI的基本概念 风险分析 重要度风险 可靠性分析 检测程序 工厂基础标准数据表等,32,优质材料,附录的主要内容: 附录A RBI定性分析工作手册 附录B RBI半定量分析工作手册 附录C RBI定量分析工作手册 附录D 管理系统评价工作手册 附录E OSHA1910和EPA危险化学品表 附录F API和ASTM的RBI比较,33,优质材料,附录G腐蚀减薄模式(其中包括HCL，高温硫和 环烷酸，高温H2S/H2，H2SO4，HF，酸性水，胺，高温氧的各种腐蚀数据和判据) 附录H应力腐蚀裂纹模式(其中包括以下应力腐蚀裂纹的数据表和判据：碱，胺，硫化物，HIC/SO

14、HIC-H2S，炭酸，连多硫酸，HSC-HF，HIC/SOHIC-HF 附录I高温氢腐蚀模式 附录J 炉管模式 附录K 材料疲劳(仅管线) 模式 附录L脆断模式 附录M 设备衬里模式 附录N外部损坏模式,34,优质材料,2.1API 581与其它规范的关系,API 581 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： API 750过程危害性管理 API 510压力容器检测、评级、修理和变更规范 API 570在役压力管道检测、修理、变更和维护规范 API 653储罐检测、修理、变更与重建规范 API 530石化炼油厂计算热交换管壁厚的实例 API 581 分为

15、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。 API 581 注重评估因腐蚀所造成穿透泄漏等危害风险,35,优质材料,36,优质材料,2.2RBI分析层次,37,优质材料,38,优质材料,2.3风险评估的执行步骤,39,优质材料,2.4定性RBI分析,依据API RP 580 Risk-Based Inspection,风险的意义：Risk Frequency Consequence 风险 (概率) (后果,40,优质材料,定性RBI分析失效概率系数构成,41,优质材料,定性RBI分

16、析损坏后果系数构成,42,优质材料,定性RBI分析健康后果系数构成,43,优质材料,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,44,优质材料,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,45,优质材料,定性RBI分析风险矩阵,46,优质材料,乙烯裂解装置RBI定性分析结果,47,优质材料,RBI风险矩阵,48

17、,优质材料,2.5定量RBI分析,定量RBI分析流程图,49,优质材料,定量RBI分析涉及资料内容 平面布置图 工艺仪表流程图(P&ID) 工艺流程图(PFD) 工艺介质数据 各类设备设计、制造、采购、安装、竣工验收资料 安全保护装置资料 操作与维护手册 历次检验维修记录,50,优质材料,定量RBI分析失效可能性的计算,51,优质材料,同类设备失效的可能性,52,优质材料,设备修正因子,53,优质材料,换算的设备修正系数,54,优质材料,管理修正因子,管理系统现状审核 API 581 附录D, 101 questions, 1000 scores,管理 操作 维护 安全 检验 培训 工程,55

18、,优质材料,管理系统评估分值与管理修正系数的关系,56,优质材料,定量RBI分析后果分析流程,1,2,3,3,4,5,4,6,7,57,优质材料,风险图,58,优质材料,2.6 API 581考虑的损伤类型(失效模式,1)减薄(包括整体、局部、点)(Thinning)2)焊缝表面开裂(Surface connected cracking)3)近表面开裂(Subsurface cracking)4)微裂缝/微空隙形成(Microfissuring/microvoid formation)5)金相组织改变(Metallurgical changes)6)尺寸变化(Dimensional chang

19、es)7)鼓泡(Blistering)8)材料特性改变(Material properties changes)9)机械损伤(Mechanism damage,59,优质材料,2.7损伤机理与部位,1)减薄机制,60,优质材料,1)减薄机制,61,优质材料,2)应力腐蚀开裂,62,优质材料,3)金相组织改变和环境失效,63,优质材料,4)机械失效,64,优质材料,2.8检验方法的有效性(允许在线检验,检验效果分类：高度有效、通常有效、适当有效、效果差、无效,65,优质材料,2.9 制定检验计划(确定合理的检验周期,优化 检验目的有针对性 检验部位有针对性 检验方法十分明确 合理确定检验周期,需

20、要检，一定检 不需要则不检,66,优质材料,2.10RBI应用过程示例,装置分割原则： 以设备和管道的工艺功能为主，兼顾物流及腐蚀流特点,装置分割,67,优质材料,基础数据采集,1)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,68,优质材料,2)数据采集方法,查阅：装置原始设计、制造、安装档案资料 历次检验资料 工厂相关的管理文件及数据库 操作记录 装置操作

21、工艺手册 现场采样分析：物流数据 问卷调查：管理系统评估系数,69,优质材料,3)数据录入层次建立,装置单元工段设备（管道）部件,70,优质材料,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 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 对API 581中未给出腐蚀机理的材料、介质、温度组合，依据试验数据和专家经验进行补充，对腐蚀明显轻微的(如干燥空气、新鲜水、成品油等)情况，人为添加“未知”(Unknown)腐蚀减薄机理，腐蚀减

22、薄速率设定为0.02mm/年,71,优质材料,风险排序,加氢裂化装置设备和管道风险分布情况,加氢裂化装置设备风险分布情况图,72,优质材料,加氢裂化装置管道风险分布情况图,73,优质材料,加氢裂化系统主要设备部件风险分布图,加氢反应器 18.519.8MPa 427,低压分离器 2MPa,60 封头、集液器 减薄,HIC/SOHIC,高压分离器 17.5MPa,155,原料脱水罐 0.35MPa,70,74,优质材料,损伤机理,加氢裂化装置 腐蚀减薄 酸性水腐蚀、锅炉水腐蚀、冷却水腐蚀、盐酸腐蚀、高温H2S/H2腐蚀、高温硫及环烷酸腐蚀 应力腐蚀开裂 HIC/SOHIC、碳酸盐SCC、硫化物S

23、CC 、胺SCC、 PTA连多硫酸SCC SCC敏感性为“高”和“中”的设备和管道主要集中在101工段(加氢裂化系统)、301(脱丁烷/己烷系统)和401(酸性气处理系统)工段 外部腐蚀 大气腐蚀和保温层下腐蚀 外部腐蚀比较严重的管道 主要集中在201工段(新氢系统)和302工段 (分馏系统) 高温氢腐蚀 101工段(加氢裂化系统)中的4台换热器和3条管道 P-059的氢腐蚀敏感性为“高”，表明该管道发生氢腐蚀损伤的可能性相对较大。P-059氢腐蚀敏感性高的主要原因是该管道材质为A-106B，属一般碳素钢，操作条件下不能抗氢腐蚀,75,优质材料,高风险设备的原因分析,加氢裂化装置设备,76,优

24、质材料,加氢裂化装置管道,77,优质材料,检验策略,检测效力分类 高度有效(Highly effective)、通常有效(Usually effective) 一般有效(Fairly effective)、效果差(Poorly effective)和无效(Ineffective) 不同的检测方法对各种损伤形式具有不同的检测效力 允许“在线”检查，调整风险,78,优质材料,针对减薄失效机理检验策略 以宏观检验和超声波测厚为主 对能进入内部检验的设备应尽可能进入设备内部进行检查 不能进入内部检验的设备及管道应适当增加检验比例 针对应力腐蚀开裂失效机理检验策略 检测手段有：宏观检查、超声波测厚、湿荧

25、光磁粉/PT、UT、RT 辅助方法有：金相检查、硬度测试等 首选内部湿荧光磁粉 无法进入内部时，应选用UT/RT从外部进行 对应力腐蚀开裂敏感性为“高” (High) 可进入内部检验的设备(部件)，建议选择“高度有效”的检验。 对应力腐蚀开裂敏感性为 “高”(High) 又不能进入设备内部检验的设备(如换热器)，建议选择非进入检查中的“通常有效”的检验。 应力腐蚀开裂敏感性为“低”或“无”的设备(部件)和管道，发生开裂的可能性相对较小，因此原则上只进行“一般有效”的检测,79,优质材料,针对外部(保温层下)腐蚀失效机理检验策略 对外部腐蚀损伤因子较大的设备及管道应选择适当的部位和比例拆除保温层

26、后进行宏观检查和超声测厚； 必要时应增加UT检测。 针对高温氢腐蚀失效机理检验策略 采用金相、硬度、超声测厚及超声纵波扫查等多种技术相结合的方法从内部进行检测 对于氢腐蚀敏感性 “高”的设备，建议用超声和金相方法进行检测确认。当超声测厚确定有“增厚” 现象存在时，或金相检验发现有明显脱碳现象则表明氢腐蚀损伤已经存在。 优先安排检验的设备和管道 对本次风险分析处于中高风险区域以上或虽处于中风险区域但失效可能性等级大于3的设备和管道应作为下次检验的重点,80,优质材料,通过在线检验调整风险,在线检验是指设备在运行状态下进行检测，从RBI技术的角度出发，在线检测只要方法选择正确，检验比例(有效性)得

27、到保证，能到达停车检验效果,81,优质材料,重新计算的风险、检测项目、检验有效性及模拟检测后的风险调整情况,82,优质材料,R-101、R-102A和R-102B三台加氢反应器是加氢裂化装置中的核心设备，在本次RBI定量分析中只有这三台设备的重要程度被定义为“极为重要”(Vital) 风险分析的结果显示它们的风险均处于“中高”风险区(2-E)。主要的损伤机理为内部堆焊层腐蚀减薄。 加氢反应器失效将导致非常严重的后果，但其失效概率相对较低 高后果、低概率 失效机理：腐蚀减薄 但由于该设备属关键设备，因此在制订检验策略时应考虑到其它可能的损伤形式，并有针对性的进行检验。 其它可能的堆焊层损伤形式有

28、： 凸台角焊缝开裂、堆焊层微裂纹、人孔法兰密封槽底开裂、冷氢管及热电偶角焊缝开裂 检验策略 ：建议以内部重点部位的宏观检查和渗透检测为主，检验效力应选择“通常有效,例：加氢反应器的检验策略,83,优质材料,3.GMRI国内RBI执行情况,84,优质材料,85,优质材料,86,优质材料,已完成和正在进行的石化装置RBI项目,截止2005年，完成26套装置的定量RBI工作,炼油：18套(重油加氢、加氢裂化、加氢精制、常减压、催化裂化、制氢) 化工：7套(乙烯裂解、烷基苯、MTBE、环氧氯丙烷) 化肥：1套(合成氨,目前正在进行13套装置,87,优质材料,风险分布结果,26套装置中高风险设备分布情况

29、,26套装置设备风险分布,26套装置管道风险分布,装置总体风险统计,88,优质材料,失效模式与失效机理,炼油与化工装置可能的失效模式全部能涉及到 各类装置损伤机理统计结果,乙烯裂解装置损伤机理分布,89,优质材料,加氢装置损伤机理分布,90,优质材料,催化装置损伤机理分布,91,优质材料,常减压装置损伤机理分布,92,优质材料,制氢装置损伤机理分布,93,优质材料,烷基苯装置损伤机理分布,94,优质材料,合成氨装置损伤机理分布,95,优质材料,检验策略,检验部位、检验方法、检验比例、检验周期,96,优质材料,4套加氢、1套制氢装置中20台加氢反应器，除了2台反应器服役超过30年，大多数处于“过

30、度检验”状态,97,优质材料,4.若干问题的 讨论,4.1关于可接受的风险 (允许存在的风险,在API580、API581中没有规定也无法规定统一的可接受风险 强调各行业可以有自己的风险准则 一般情况下，业主应根据RBI分析的结果，结合本企业的生产、经营、安全管理、设备管理、经济效益以及社会效益综合考虑后自行确定一个可接受的总体风险状况 可接受风险与一个国家的经济发展水平相关 在中国企业难以自行确定，期待政府有关部门的协同解决,98,优质材料,在我们的实践中采取的措施,中等风险以下等风险原则 中高风险以上在线检验，缩短检验周期 (失效可能性等级大于3) 借鉴国外经验 法规与技术规范要求,99,

31、优质材料,4.2关于检验周期的确定,承压设备的特点必须定期检验，检验频度确定 合理的周期： 考虑措施,尽可能满足生产装置长周期运行 设备的各种损伤、退化、劣化、不影响本质安全,首先满足法规要求，用好法规的允许调整条件 设备的风险等级 同类设备的国内外经验 完整性评估与寿命预测评估 国内外技术机构的指导性建议,100,优质材料,隐患消除：茂名与WEPEC RBI方法并不主张仅通过延长检验周期来实现经济性 我国技术规范关于压力容器与压力管道检验周期的规定是合理的，与RBI不冲突 过去存在问题是某些检验机构执行偏差问题 GMRI反对以延长检验周期为目的开展RBI,A106B管材与容器立即更换 加氢反

32、应器满足法规要求适当延长,101,优质材料,4.3关于在线检验,检验力度与有效性 并非所有设备都需要高度有效或通常有效检验 结合,失效模式、机理及后果 检验手段、技术装备的技术进步 科学的容限、合理的误差,102,优质材料,4.4与法规的关系,重要概念 RBI用于宏观风险区分与排序是一种理念、方法 技术法规、具体检验、检测技术的要求相互支持 两种相互依存，相互支持的关系,法规、技术规范传统检验 RBI延长检验周期,103,优质材料,我国的法规技术规范 RBI活动必须在法规允许的框架之下,多年治理整顿的宝贵经验总结 适合中国国情 在检验手段、技术、容限等方面，有独到之处 必须结合放入检验策略中,104,优质材料,4.5适合我国国情问题,我国与发达国家设备状况有较大差别 API 581假定容器与管道的设计、制造符合要求，所以不考