海上平臺承壓設(shè)備基于風(fēng)險的檢驗

于步江(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院，江蘇 南京 210000)

隨著人類從陸地走向海洋的步伐越來越快，人們對占全世界油氣儲量的三分之一的海洋油氣資源的開發(fā)也越來越重視。在發(fā)展海洋科技的過程中，研究開發(fā)海洋油氣工程成為一個重要組成部分。與此同時，油氣儲運設(shè)備數(shù)量急劇增長。油氣在沒有經(jīng)過處理的情況下，自身具有很高的腐蝕性，再加上海上平臺周圍的海洋氣候含鹽量高、濕度大，因此承壓設(shè)備的內(nèi)部和外部都會受到一定的破壞。另外海上平臺上的壓力容器和壓力管道在制造過程中，材料損傷或焊接損傷，都會造成設(shè)備損壞的潛在風(fēng)險。海上平臺采油的成本高，一旦設(shè)備由于腐蝕或操作工況的異常造成停機，所帶來損失十分巨大。因此需要對海上平臺承壓設(shè)備進行檢驗，以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷[1]。

1 海上平臺承壓設(shè)備傳統(tǒng)檢驗方法

海上平臺作為一個結(jié)構(gòu)緊湊的完整系統(tǒng)，承壓設(shè)備的安全運行關(guān)系到整個海上平臺系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。海上壓力容器和壓力管道的檢驗已經(jīng)是海上平臺工作人員日常工作的一大部分，通過定期檢驗可以加強生產(chǎn)安全，消除安全隱患，降低設(shè)備發(fā)生故障或損壞的潛在風(fēng)險。

海上平臺承壓設(shè)備傳統(tǒng)的檢驗方法包括計劃檢驗和工況檢驗。計劃檢驗就是參照標(biāo)準(zhǔn)和根據(jù)以往經(jīng)驗進行定期檢驗；工況檢驗就是根據(jù)設(shè)備的服役情況來制定針對性的檢驗計劃[2]。傳統(tǒng)檢驗方法的局限性主要表現(xiàn)在以下3 個方面：

①造成檢驗不足或過多檢驗。檢驗不足導(dǎo)致設(shè)備的失效，需要更換設(shè)備或管道，增加了成本；檢驗過剩指進行全面檢驗，生產(chǎn)全部中斷，會給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟損失。②為了滿足生產(chǎn)需求，在有限的檢驗時間內(nèi)，對低風(fēng)險的設(shè)備和高風(fēng)險的設(shè)備采取“一視同仁”的檢驗策略，不利于高風(fēng)險設(shè)備的降險。③傳統(tǒng)的檢驗方法缺乏對每次平臺檢驗結(jié)果進行分析和研究，檢驗方法老套陳舊，效率低下，不利于現(xiàn)代化企業(yè)的建設(shè)。

2 基于風(fēng)險的檢驗技術(shù)

(1)RBI 技術(shù)簡介 RBI(RiskBasedInspection)即基于風(fēng)險的檢驗，它通過對承壓設(shè)備的潛在損傷機理、失效模式、失效概率、失效后果等方面進行科學(xué)分析，對風(fēng)險狀況進行排序，找出薄弱環(huán)節(jié)，通過實施檢驗等降險措施，將風(fēng)險降低到可接受的水平，在確保承壓設(shè)備安全運行的同時，延長檢驗周期，降低檢修費用，優(yōu)化檢驗策略[3]。

20 世紀(jì)90 年代，在API 的組織下，歐美以煉油廠為主的約二十余家石化企業(yè)共同參與RBI 發(fā)展計劃及應(yīng)用研究工作，期望在安全的前提下降低運行成本。2000 年5 月公布API581 正式文件，2008 年頒布新版API581。十多年來，RBI 技術(shù)的科學(xué)性與實用性已逐步得到業(yè)界認(rèn)可，各主要發(fā)達國家石化煉油廠廣泛應(yīng)用了RBI 方法進行了成套裝置中的承壓設(shè)備的檢驗與維修，大幅降低了設(shè)備風(fēng)險和檢驗維修費用。

(2)國內(nèi)外RBI 技術(shù)在海上平臺承壓設(shè)備的應(yīng)用 20 世紀(jì)80 年代，挪威頒布了適用于海上平臺承壓設(shè)備的風(fēng)險管理要求，要求對在用的海上平臺承壓設(shè)備進行定性和定量的風(fēng)險評估。經(jīng)過研究和應(yīng)用后，再次更新了海上平臺承壓設(shè)備的風(fēng)險評估規(guī)范管理[4]。

20 世紀(jì)90 年代初，美國開始重視海上平臺承壓設(shè)備的損壞。美國石油協(xié)會(API)和挪威船級社(DNV)合作，把RBI 技術(shù)引進美國，并且逐漸應(yīng)用到美國海上石油平臺中。美國的各大石油公司對RBI 的技術(shù)和過程早已十分認(rèn)可，因此RBI 技術(shù)在海上石油平臺的推廣應(yīng)用變得順理成章[5]。

2000 年5 月美國石油協(xié)會(API)公布了API581 正式文件，并在2008 年進行了更新，對物流數(shù)據(jù)進行了擴充，調(diào)整了部分失效可能性、失效后果的評估方法，添加了一些新的設(shè)備模型和損傷機理模型。RBI 從西方發(fā)達國家被推廣到全世界各國，準(zhǔn)確地對海上平臺上的承壓設(shè)備進行了評估和檢修，使設(shè)備的風(fēng)險水平和管理成本都大幅度下降[6]。

對比國外的發(fā)展現(xiàn)狀，目前在我國的海上平臺承壓設(shè)備上，采用的基本還是傳統(tǒng)的計劃檢驗?zāi)Ｊ?，并且事后檢驗依然占有很大比例，難以做到根據(jù)風(fēng)險分布狀況來進行實時檢驗。參照國外經(jīng)驗，引進RBI 技術(shù)可以帶動我國海上平臺上承壓設(shè)備的檢驗水平向世界一流水平發(fā)展。由于思維的局限性和企業(yè)管理者的支持力度不足導(dǎo)致了RBI 技術(shù)在中國沒有得到廣泛推廣和應(yīng)用。再加上RBI 技術(shù)人員的缺乏，海上平臺的檢驗人員往往憑經(jīng)驗或目測進行定性分析，確定承壓設(shè)備是否失效，沒有對設(shè)備按照風(fēng)險情況進行篩選和分類。這樣就造成了檢驗資源的浪費，同時并沒有重點檢驗高風(fēng)險的設(shè)備，降低其風(fēng)險，造成安全隱患。因此，開展海洋平臺基于風(fēng)險的檢驗在我國有很大的發(fā)展空間和應(yīng)用前景[7]。

目前海上平臺上的承壓設(shè)備由于檢驗不及時而引起的生產(chǎn)中斷造成的損失占到生產(chǎn)成本的30%左右，所以企業(yè)管理者在設(shè)備可以繼續(xù)使用的基礎(chǔ)上，實施一系列可以提高海上平臺承壓設(shè)備檢驗狀況的方法來最大范圍的降低海上平臺的安全隱患[8]。

3 海上平臺承壓設(shè)備主要損傷模式

海上平臺承壓設(shè)備處于復(fù)雜的海洋環(huán)境，相比于陸地環(huán)境而言使用條件更加嚴(yán)苛，因此在對海上平臺承壓設(shè)備進行風(fēng)險分析時，需考慮更多的損傷模式以更準(zhǔn)確的分析和計算設(shè)備的風(fēng)險等級，進而制定檢驗策略。

海上平臺承壓設(shè)備的損傷模式主要包括腐蝕減薄和環(huán)境開裂。

3.1 腐蝕減薄

(1)外部腐蝕釆外部腐蝕按照腐蝕部位可分為裸管腐蝕和保溫層下的腐蝕。

海上平臺所處的復(fù)雜多變的海洋環(huán)境決定了海上承壓設(shè)備很容易遭受來自外部環(huán)境的腐蝕。海上承壓設(shè)備大部分都由碳鋼制成，電化學(xué)腐蝕敏感性較大，伴有電化學(xué)腐蝕的大氣腐蝕會對設(shè)備造成均勻腐蝕。另外，大氣中的酸雨、海上平臺的各種生活污水、大氣中的微生物和霉菌都是造成裸管腐蝕減薄的不可忽略的因素。

含有氯離子的海洋大氣和含有污染的潮濕大氣易導(dǎo)致嚴(yán)重保溫層下腐蝕。此外，電化學(xué)腐蝕也是保溫層下腐蝕的主要類型。保溫層遭到破壞后，層下腐蝕性物質(zhì)得不到發(fā)揮，保溫層與設(shè)備之間形成腐蝕。這種腐蝕常見部位多位于保溫層破壞的地方和其他側(cè)漏的部位以及保溫層接頭處。

(2)內(nèi)部腐蝕釆內(nèi)部腐蝕主要分為物理和電化學(xué)腐蝕兩大類，承壓設(shè)備內(nèi)主要存儲和輸送的是原油和天然氣，其主要的腐蝕因子為含硫化物釋放出的H2S 和天然氣中的CO2。介質(zhì)的壓力、溫度、酸度、流速，以及介質(zhì)的成分和緩蝕劑的使用與否都會影響腐蝕的速率。

①物理腐蝕：流速很高的介質(zhì)沖刷設(shè)備內(nèi)表面，造成表面材料脫落。當(dāng)沖刷腐蝕和電化學(xué)腐蝕都存在的時，會使內(nèi)表面的腐蝕更為嚴(yán)重。

②電化學(xué)腐蝕主要包括電偶腐蝕和微生物腐蝕：由于電位不同，造成同一介質(zhì)中異種金屬接觸處的局部腐蝕，就是電偶腐蝕。該兩種金屬構(gòu)成宏電池，產(chǎn)生電偶電流，使電位較低的金屬(陽極)溶解速度增加，電位較高的金屬(陰極)溶解速度減小。也叫做接觸腐蝕和雙金屬腐蝕。海上平臺的承壓設(shè)備，尤其是壓力管道上，許多金屬構(gòu)件由螺栓、鉚釘連在一起，它們之間互為異種金屬，在連接處或大或小有一定的縫隙(大概0.025～0.1mm)易腐蝕的電解液滲入其中會形成原電池，造成電化學(xué)腐蝕。

微生物腐蝕也是海上平臺承壓設(shè)備上一種比較常見的腐蝕，與介質(zhì)中的細(xì)菌、藻類或真菌等相關(guān)，平臺上主要的微生物有硫酸鹽還原菌，硫氧化菌、腐生菌以及鐵細(xì)菌等。微生物腐蝕通常表現(xiàn)為局部垢下腐蝕或微生物簇團處腐蝕。

3.2 環(huán)境開裂

環(huán)境開裂主要包括氯化物開裂和濕硫化氫破壞。

海上平臺所處環(huán)境含有大量的氯離子，是造成平臺上承壓設(shè)備中奧氏體不銹鋼管道或容器氯化物開裂的主要因素。氯離子會吸附在奧氏體不銹鋼設(shè)備表面的鈍化膜上，取代氧原子后和鈍化膜中的陽離子結(jié)合形成可溶性氯化物，導(dǎo)致鈍化膜破壞，在設(shè)備表面形成蝕坑，直至穿孔開裂。

海上平臺承壓設(shè)備原油中含有的硫化氫和水會造成設(shè)備的濕硫化氫破壞，在含水和硫化氫環(huán)境中碳鋼和低合金鋼發(fā)生損傷，包括氫鼓泡、氫致開裂、應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂四種形式。

4 RBI實施過程

海上平臺承壓設(shè)備的RBI 分析流程和陸地承壓設(shè)備基本相同，基本流程如下：

(1)收集設(shè)備的基本資料，資料包括設(shè)備的初始資料，操作手冊、規(guī)格書以及工藝流程圖等。

(2)根據(jù)收集的設(shè)備資料以及過往的檢驗記錄和失效記錄，對設(shè)備的風(fēng)險高低做一個定性的分析。在分析的過程中，特別應(yīng)注意一些重要的損傷機理，比如管道的內(nèi)部腐蝕、外部腐蝕、疲勞開裂等，或者其他設(shè)備失效時對人員、生產(chǎn)成本和周圍環(huán)境造成的傷害，依據(jù)這些內(nèi)容對設(shè)備的風(fēng)險進行粗略排序。

(3)利用RBI 軟件對設(shè)備進行詳細(xì)分析，得出每一個失效機理的可能性，還有其他可能性，同時也計算出每個失效機理可能帶來的失效后果，屬于定量分析。

(4)根據(jù)設(shè)備的定量分析結(jié)果，列出各設(shè)備的詳細(xì)失效可能性等級、后果等級以及風(fēng)險等級，并根據(jù)分析結(jié)果確定檢驗周期和檢驗策略。

對于海上平臺FPSO 上的承壓設(shè)備，也可以利用RBI 來進行分析，對諸如壓力容器和壓力管道等承壓設(shè)備的檢驗策略，檢驗部位以及檢驗方法做出詳細(xì)的計劃，以達到節(jié)約資源和人力的目的。

5 結(jié)語

海上平臺基于風(fēng)險的檢驗(RBI)的運用，是為了克服傳統(tǒng)檢驗方法的盲目性、無序性、投入大和準(zhǔn)確性低等弊端。在海上平臺承壓設(shè)備的檢驗中運用RBI 技術(shù)有以下好處：

(1)RBI 技術(shù)通過分析海上平臺承壓設(shè)備的基本資料、使用狀況、以及工況變化，計算出設(shè)備的失效概率和失效后果，再綜合評估其風(fēng)險等級，有利于企業(yè)對高風(fēng)險設(shè)備進行優(yōu)先檢驗或重點檢驗，提高平臺可靠性。

(2)RBI 把風(fēng)險的大小轉(zhuǎn)換成經(jīng)濟成本，可以將人員傷亡、設(shè)備檢驗、失效后果造成的損失量化成經(jīng)濟成本，有利于企業(yè)根據(jù)成本進行篩選和排序，安排檢驗工作。

(3)運用RBI 檢驗可以生成一個數(shù)據(jù)庫，有利于后續(xù)檢驗的進行，同類企業(yè)之間可以共享RBI 數(shù)據(jù)，使RBI 技術(shù)更加科學(xué)和成熟。

(4)對海上平臺中的承壓設(shè)備運用RBI 技術(shù)時，可以根據(jù)承壓設(shè)備的實際工況對其的檢驗頻率和檢驗方法進行修正，從而可以更加合理和科學(xué)的實施檢驗。

[1]譚開忍.基于全生命周期的海底管道缺陷評估系統(tǒng)研究[D].上海交通大學(xué)，2006.

[2]黃賢濱，姜春明，蘭正貴,等.基于風(fēng)險的檢測技術(shù)及其軟件[J].安全健康與環(huán)境，2004,4(3)：37-40.

[3]張永山.海上平臺工藝管線的腐蝕與檢測[J].無損檢測，2012,(05)：67-70.