風(fēng)險檢驗技術(shù)在揚子巴斯夫蒸汽裂解裝置的應(yīng)用和建議

蔡?。〒P子石化巴斯夫有限責(zé)任公司 江蘇南京 210048）

引言

我國現(xiàn)行法規(guī)明確要求在役壓力容器和管道須定期檢驗，目的是發(fā)現(xiàn)并消除超標(biāo)缺陷，采用的策略主要是定期停車檢驗。而追求長周期安穩(wěn)運行及降本增效是提升企業(yè)競爭力的根本途徑，受到企業(yè)高層越來越高的重視，這就要求企業(yè)高效使用檢驗資金、盡量縮短停車時間，甚至必要時裝置能延期檢驗，以滿足市場或者企業(yè)自身方面的需求。為此，基于風(fēng)險的檢驗技術(shù)（RBI）應(yīng)運而生，提供了有效解決這對矛盾的方法。近年來，安全和成本因素是推進該技術(shù)迅速發(fā)展的主要動力。

一、基于風(fēng)險的檢驗

1.基本原理

實踐中人們發(fā)現(xiàn)大部分的設(shè)備都存在缺陷，而大部分的缺陷卻不會導(dǎo)致設(shè)備失效，成套裝置中的80～90%風(fēng)險可能只是10～20%設(shè)備造成的。

基于風(fēng)險的檢驗是在對系統(tǒng)中固有的或潛在的危險發(fā)生的可能性與后果進行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，給出風(fēng)險排序找出薄弱環(huán)節(jié)，以確保本質(zhì)安全和減少運行費用為目標(biāo)，優(yōu)化檢驗策略的一種管理方式[2]。

盡管預(yù)防性維修把維修的時間節(jié)點從事后提前到了事前，雖然降低了失效的可能性，但它仍然是撒胡椒面的思維模式，缺乏針對性，存在欠檢或過檢的問題，因此經(jīng)濟上提高設(shè)備可靠性和完整性方面不盡人意。傳統(tǒng)的維修理念認為檢驗力度越大越安全，而RBI將重點放在少數(shù)高風(fēng)險的環(huán)節(jié)上，有針對性的提出檢驗策略。這是RBI檢驗的核心所在。

2.風(fēng)險的定義和排序

風(fēng)險定義為失效可能性和失效后果的乘積[3]。失效可能性指的是每年可能泄漏的次數(shù)，失效后果是按照造成影響區(qū)域面積來確定的。風(fēng)險排序通常用5X5的風(fēng)險矩陣來表示，橫坐標(biāo)表示失效后果等級，縱坐標(biāo)表示失效可能性等級，后果和可能性的布置使最小風(fēng)險置于矩陣的左下方，最大風(fēng)險置于矩陣的右上方。

風(fēng)險的承受能力與一個國家的社會發(fā)展與經(jīng)濟發(fā)展水平有關(guān)[4]，一旦識別出了風(fēng)險，就有可能找到降低風(fēng)險的方法。傳統(tǒng)的檢驗也可以降低一定的風(fēng)險，但不如RBI高效，RBI絕對不是要排除風(fēng)險，實際上也做不到。應(yīng)用RBI的風(fēng)險管理與傳統(tǒng)檢驗風(fēng)險大小的對比參見圖一。

3.RBI標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)軟件

美國石油協(xié)會（API）分別與2000年和2002年發(fā)布的API581和API580標(biāo)準(zhǔn)是RBI最主要的評估標(biāo)準(zhǔn)，用于對設(shè)備狀態(tài)的定性、定量和半定量分析,風(fēng)險等級劃分與排序。之后于2008年，該協(xié)會更新發(fā)布了API 581標(biāo)準(zhǔn)。相比較2000版的API 581，新版對失效可能性和失效后果評估方法做了改變，擴充了介質(zhì)數(shù)據(jù)庫，增加了損傷機理模型等。應(yīng)用新版標(biāo)準(zhǔn)，計算出的風(fēng)險低于老版本。需要強調(diào)的是API581及580本身并不能控制和降低風(fēng)險，需要配合其它檢驗規(guī)范使用，如容規(guī)、定檢規(guī)、API510(容器檢驗規(guī)范)、API570(管道檢驗規(guī)范)、API653(儲罐檢驗規(guī)范)等。

目前RBI應(yīng)用軟件還沒有國產(chǎn)化，主要的供應(yīng)商有：BV（法國船級社）的 RB.EYE，DNV(挪威船級社)的 ORBIT，TWI(英國焊接協(xié)會)的Risk Wise，TISCHUK公司（英國）的T-OCA等，其中以RB.EYE和ORBIT在國內(nèi)應(yīng)用較多。

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4.RBI的意義

對國家而言，實施RBI意義在于：推進我國特種設(shè)備安全監(jiān)察方式的改革創(chuàng)新，有效預(yù)防和整治特種設(shè)備事故隱患，降低政府和企業(yè)安全管理成本，促進大型石化企業(yè)安全發(fā)展和科技進步[2]。對企業(yè)而言，實施RBI的意義在于：確保設(shè)備本質(zhì)安全；提供優(yōu)化檢驗策略；降低業(yè)主的檢驗費用；延長設(shè)備的運行時間。

中石油和中石化于2003年已陸續(xù)開展了石化裝置承壓設(shè)備風(fēng)險評估工作，取得了一些成效，例如茂名石化自2004年引入風(fēng)險管理的理念與RBI以來，維修費占固定資產(chǎn)的比率由2002－2003年的4%左右下降到2007年的2%左右，而設(shè)備的安全可靠性并沒有降低[10]。

二、揚子巴斯夫蒸氣裂解裝置RBI的應(yīng)用

根據(jù)國家質(zhì)檢總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局質(zhì)檢特函[2006]70號文的批復(fù)，揚子石化巴斯夫委托合同通用機械研究所對申請延期檢驗的壓力容器和相關(guān)裝置所有安全閥開展RBI工作，提出基于風(fēng)險的檢驗計劃，為壓力容器和安全閥延期檢驗提供依據(jù)。

1.蒸汽裂解裝置簡介

蒸汽裂解裝置主要由裂解單元，急冷單元，熱區(qū)單元，冷區(qū)單元四個部分組成。 由美國SW公司設(shè)計，2005年投用，石腦油處理能力為200萬噸/年，原料由金陵煉油廠提供。RBI評估時間為2005年，評估時間為2009年，評估周期為4年。通過RBI的評估為原本應(yīng)于2008年檢驗的307臺設(shè)備和158個安全閥預(yù)延長檢驗周期至2010年大修進行。

2.項目實施過程與特點

此次RBI的實施主要步驟見表一。

該項目的風(fēng)險分析應(yīng)用了國內(nèi)最新科研成果，即采用剩余壽命為參量的失效概率修正系數(shù)對失效概率進行修正。剩余壽命根據(jù)設(shè)備與管道的投用年限、運行環(huán)境以及損失情況進行了綜合評估。對于有設(shè)計壽命，剩余壽命按設(shè)計壽命減去已服役年限計算；對沒有設(shè)計壽命，一般統(tǒng)一按40年設(shè)計壽命計算剩余壽命；對于已發(fā)生劣化現(xiàn)象的設(shè)備和管道，按實際情況合理確定剩余壽命。這樣避免了API581方法中的局限性，較好地結(jié)合中國實際解決了超標(biāo)缺陷和長期超期服役狀況下的風(fēng)險評價問題[6]。

關(guān)于管理系統(tǒng)系數(shù)FM的取值問題，該數(shù)值一般在0.1～10變化。類比國內(nèi)外同類裝置的管理狀況和水平，本次評估取0.5計算。

3.RBI計算過程

項目采用定量風(fēng)險評估方法，依托RBI軟件，結(jié)合國內(nèi)最新RBI研究成果，參見圖二 RBI的計算過程簡圖[8]。

4.風(fēng)險分析結(jié)果

在本次共計307臺設(shè)備和158臺安全閥的評估周期內(nèi)，蒸汽裂解裝置的總體風(fēng)險水平還處理較低的水平。定量風(fēng)險分析表明，靜設(shè)備高風(fēng)險占0.7%左右，較高風(fēng)險占27%左右；不存在較高和高風(fēng)險的安全閥。參見圖三：裂解裝置設(shè)備和安全閥風(fēng)險分析結(jié)果統(tǒng)計。

5.失效機理分析

裂解裝置普遍存在的失效機理為：應(yīng)力腐蝕開裂、內(nèi)部減薄和外部腐蝕。應(yīng)力腐蝕開裂主要由濕硫化氫、碳酸鹽、堿應(yīng)力引起的；內(nèi)部減薄可以有局部和均勻腐蝕減薄，主要有分為高溫硫化物腐蝕；高溫硫化氫，H2腐蝕;濕硫化氫、CO2腐蝕；硫化氫和氨水腐蝕；高溫氧化；外部腐蝕可能是自然力引起的，如酸雨、溫度變化等綜合因素導(dǎo)致等，未保溫的設(shè)備管道及保溫層下都有可能發(fā)生。由于裂解裝置投用的年份還不是久遠，本次風(fēng)險評估中，一些類似裝置常見的失效機理并未出現(xiàn)。裂解裝置設(shè)備失效機理統(tǒng)計詳見表二。裂解裝置高風(fēng)險設(shè)備的失效機理見表三。

6.檢驗策略的制定

根據(jù)風(fēng)險檢驗的結(jié)果，確定檢驗對象，檢驗方法及檢驗部位。應(yīng)當(dāng)明確檢驗不會改變失效后果，只影響失效的可能性。根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果制定的設(shè)備延期檢驗的策略參見圖四。

根據(jù)安全閥風(fēng)險評估結(jié)果以及安全閥延期檢驗的規(guī)定[11]，如果安全閥內(nèi)件耐介質(zhì)腐蝕；使用過程未發(fā)生開啟動作；閥體無明顯銹蝕；所在壓力容器或管道內(nèi)盛非黏性及毒性中等及以下的介質(zhì)，或者連續(xù)兩次運行檢查未發(fā)現(xiàn)安全閥損壞及泄漏，并且企業(yè)有可靠的壓力控制與調(diào)整系統(tǒng)或超壓報警裝置，均為低風(fēng)險區(qū)，可以延期檢驗；對于蒸汽介質(zhì)的安全閥，加強定期巡檢并經(jīng)定期在線啟跳動作的基礎(chǔ)上，作為中風(fēng)險區(qū)，也可以延期檢驗。由于本次評估的不存在較高/高風(fēng)險的安全閥，結(jié)合安全閥延期檢驗的策略，安全發(fā)可以延期效驗。

7.降低風(fēng)險的措施

降低風(fēng)險的途徑主要有（1）通過降低失效可能性的途徑；（2）通過降低失效后果的途徑。第一種途徑可通過提高檢驗的有效性實現(xiàn)，根據(jù)對缺陷失效識別的可能性，API 581把檢驗活動分為5類，及高度有效、通常有效、一般有效、效果差和無效。此外還可以提高檢驗的比例來實現(xiàn)，例如把RT檢驗的比例從20%提高至100%，可有效地識別焊縫內(nèi)部缺陷，減低失效可能性；第二種途徑可增加在線檢測、報警裝置來實現(xiàn)。這樣可以防止易燃易爆、有毒有害物質(zhì)進一步擴散，從而達到降低失效后果的目的。

本次評估主要的目的是為延期檢驗提供依據(jù)，提出了上述第一種途徑的降低風(fēng)險的措施。對C-230和C-530采取加強事故預(yù)防（檢測、隔離、消防措施）和監(jiān)控措施（包括加強現(xiàn)場巡檢、嚴格工藝條件等），來降低因延期檢驗而可能導(dǎo)致的風(fēng)險。

總結(jié)與建議

風(fēng)險降低到什么程度與企業(yè)的風(fēng)險可接受程度密不可分，風(fēng)險可接受的程度越小，成本越大。合理的風(fēng)控對于控制企業(yè)運行成本，提高市場競爭力有很大關(guān)系。RBI是風(fēng)控的一個很好的量化手段。在RBI項目完成實施后，有如下建議：

1.深入RBI理念

應(yīng)加強員工的RBI知識培訓(xùn)，將風(fēng)險管理的理念貫徹到每個裝置維修組，將風(fēng)險管理體系融合到原有的設(shè)備管理中。RBI追求系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟學(xué)相統(tǒng)一，風(fēng)險決定資金的方向，只有加強貫徹理念，做到心中有策略，才能自覺把RBI應(yīng)用到日常設(shè)備維護過程中去。

2.建立經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫

揚子巴斯夫當(dāng)前還沒有建立自己的風(fēng)險經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫。風(fēng)險計算中，通用失效頻率（GFF）可以依靠外部，通過軟件的本身獲取，但設(shè)備修正系數(shù)（FE）只用通過自身的不斷積累才能有效地進行風(fēng)險計算。因此應(yīng)借鑒雙方母公司可能已有的失效模式數(shù)據(jù)庫。RBI應(yīng)用的難點不在于應(yīng)用軟件的本身，而是缺乏支撐經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，建立這樣的數(shù)據(jù)庫并非短期能夠完成，而去多年的實踐總結(jié)，需要探索和驗證，在實踐中不斷比對，從而完善該數(shù)據(jù)庫，為指導(dǎo)檢驗策略提供可靠的依據(jù)。

3.培養(yǎng)RBI專業(yè)人員

揚子巴斯夫是一家合資單位，人員與勞動負荷的矛盾較大，應(yīng)充分發(fā)揮其能力中心的作用，建議配備RBI專業(yè)人員，依靠專業(yè)外部檢驗服務(wù)和本單位自己的技術(shù)力量，制定RBI檢測方案，充分發(fā)揮RBI的技術(shù)優(yōu)勢。

4.定檢和風(fēng)檢相結(jié)合

定期檢驗是風(fēng)險檢驗的支撐，而風(fēng)險評估的結(jié)果又要靠定期檢驗來驗證。只有踏實做好定期檢驗，才能為風(fēng)險檢驗提供真實的數(shù)據(jù)鏈。當(dāng)獲得了新的數(shù)據(jù)(例如檢測結(jié)果)或數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，要進行RBI項目的再評估以便重新評價風(fēng)險。風(fēng)險管理計劃也應(yīng)進行相應(yīng)的調(diào)整。實踐中，往往采用定檢和風(fēng)險相結(jié)合的方式降低裝置的開蓋率。

結(jié)束語

風(fēng)險管理是在效益、風(fēng)險和費用之間尋求風(fēng)險最小，效益最大的一種策略。風(fēng)險評估與設(shè)備管理相結(jié)合，就是RBI技術(shù)。采用RBI技術(shù)進行風(fēng)險評估，能有效降低裝置運行風(fēng)險，確保設(shè)備的安全可靠性，減少安全事故，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生有著重要意義，因大力推廣。

揚子巴斯夫RBI項目的成功實施為企業(yè)延期檢驗提供了技術(shù)上的依據(jù)，滿足了我國強制性檢驗的法規(guī)要求，更重要的是讓裝置安全可靠運行，給企業(yè)贏得了效益；參與實施的檢驗服務(wù)單位在創(chuàng)效增收的同時又多了一次寶貴的實踐機會，為國內(nèi)RBI的進一步研究收集到了一手的資料和經(jīng)驗。項目的實施實現(xiàn)了雙贏的局面。

[1]Risk based Inspection API 580,First Edition 2002.

[2]關(guān)于開展基于風(fēng)險的檢驗（RBI）技術(shù)試點應(yīng)用工作的通知 國質(zhì)檢特[2006]198號.

[3]Risk based Inspection Base Resource Document API 581,First Edition,2000.

[4]風(fēng)險分析與安全評價 化學(xué)工業(yè)出版社 羅云等2004.

[5]基于風(fēng)險的檢測（RBI）在實踐中若干問題討論 陳學(xué)東 楊鐵成等 壓力容器 2004/21卷（第8期）.

[6]基于風(fēng)險的檢測（RBI）中以剩余壽命為基準(zhǔn)的失效概率評價方法陳學(xué)東楊鐵成等.

[7]石化裝置開展RBI技術(shù)需關(guān)注的幾個問題 王勇 陳平等石油化工設(shè)備2001/39卷(第1期).

[8]揚子石化巴斯夫有限責(zé)任公司風(fēng)險評估報告 合肥通用機械研究所 江蘇省特檢院2007/03.

[9]風(fēng)險檢驗技術(shù)（RBI）在茂名石化的應(yīng)用 章湘武等 中外能源 2010/第 15卷.

[10]風(fēng)險檢驗與定期檢驗 林筱化 壓力容器 2008/25卷（第8期）.

[11]壓力容器定期檢驗規(guī)則 TSG R7001-2004.