天然氣凈化廠RBI與RCM風(fēng)險評價技術(shù)分析

張德元　邱 斌　劉啟聰　文 科　胡 鴻

1.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院　2.中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠　3.中國石油西南油氣田公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院

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天然氣凈化廠RBI與RCM風(fēng)險評價技術(shù)分析

張德元1邱 斌2劉啟聰1文 科2胡 鴻3

1.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院2.中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠3.中國石油西南油氣田公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院

結(jié)合川渝地區(qū)天然氣凈化廠開展RBI、RCM風(fēng)險評價的實際情況，從評價對象、失效模式、評價方法、技術(shù)措施等方面對天然氣凈化廠開展的RBI、RCM風(fēng)險評價技術(shù)進行了對比，分析了當(dāng)前天然氣凈化廠開展RBI、RCM風(fēng)險評價存在的問題，探討了天然氣凈化廠RBI、RCM風(fēng)險評價未來的發(fā)展趨勢，希望藉此為天然氣凈化廠下一步RBI、RCM風(fēng)險評價提供參考。

天然氣凈化廠RBIRCM風(fēng)險評價

基于風(fēng)險的檢驗(RBI)評價、以可靠性為中心的維護(RCM)評價和安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級(SIL)評估是基于風(fēng)險的資產(chǎn)完整性管理的三大技術(shù)工具。就川渝地區(qū)天然氣凈化廠而言，RBI評價工作開展得較早，目前除了龍崗天然氣凈化廠外，其余凈化廠均已完成第二輪次的評價工作。通過兩輪次的RBI評價工作，RBI風(fēng)險評價技術(shù)逐步走向成熟，也取得了較好的效果。然而，與RBI評價工作相比較，RCM評價則處于起步階段，目前僅完成了萬州天然氣凈化廠和川中油氣礦磨溪天然氣凈化廠的RCM評價工作。從上述兩個廠的RCM評價效果看，天然氣凈化廠RCM評價尚受到很多因素的制約，因而評價效果有待提高。但從另一個側(cè)面講，也給未來RCM評價技術(shù)的發(fā)展留出了更多空間。本文結(jié)合川渝地區(qū)天然氣凈化廠已經(jīng)開展的RBI和RCM項目，從評價對象、失效模式、評價方法、技術(shù)手段、風(fēng)險識別等方面探討目前在天然氣凈化廠開展RBI和RCM評價存在的問題及未來的技術(shù)發(fā)展趨勢。

1　RBI、RCM評價對象及其失效模式

開展RBI、RCM風(fēng)險評價工作，必須先明確RBI、RCM風(fēng)險評價工作的對象及其常見失效模式。通常，RBI評價的對象為靜設(shè)備，包括管道、容器、安全閥等[1-2]，其主要失效模式包括H2S-CO2-H2O 腐蝕、R2NH-H2S-CO2-H2O 腐蝕、高溫硫化腐蝕、沖刷腐蝕、煙氣露點腐蝕、外部腐蝕、保溫層下腐蝕、硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)和碳酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂等。經(jīng)過兩輪的RBI評價工作，認(rèn)為起主導(dǎo)作用的是H2S-CO2-H2O腐蝕、R2NH-H2S-CO2-H2O 腐蝕以及SSCC[3]。針對這3種類型的腐蝕，提出預(yù)防措施和針對性的檢驗計劃是RBI工作的重點。

RCM評價的對象為動設(shè)備，通常為泵、風(fēng)機、壓縮機等[4]。動設(shè)備的主要失效模式可總結(jié)為：效用介質(zhì)外泄、噪聲、震動超標(biāo)、工藝介質(zhì)外泄、堵塞 5大類型。

表1所列為2015年度川渝氣田某天然氣凈化廠RBI和RCM評價涉及的部分典型評價對象。從表1可以看出，無論是RBI風(fēng)險評價還是RCM風(fēng)險評價，涉及的設(shè)備項類型較多。由于各設(shè)備項在天然氣凈化廠中的功能、運行工況等不同，各設(shè)備項的失效模式自然也不同。

表2所列為川渝氣田某天然氣凈化廠RBI、RCM評價部分典型設(shè)備項失效模式。從表2可以看出，由于RBI和RCM風(fēng)險評價對象的不同，以及各設(shè)備項承擔(dān)的功能不同，運行工況不同，使得各設(shè)備項的失效模式具有質(zhì)的差異。RBI評價各設(shè)備項的失效模式主要體現(xiàn)在以H2S-CO2-H2O 腐蝕、R2NH-H2S-CO2-H2O 腐蝕等腐蝕類型為典型代表的對設(shè)備項本質(zhì)安全的潛在破壞。而RCM評價中各設(shè)備項的失效模式主要體現(xiàn)在設(shè)備項功能的異?；蚬δ艿牟糠秩笔?。通過川渝氣田兩個凈化廠的RCM評價工作，對天然氣凈化廠動設(shè)備的主要失效模式進行了歸納總結(jié)。表3所列為天然氣凈化廠動設(shè)備主要失效模式頻次分布表。

表1 川渝氣田某天然氣凈化廠RBI、RCM評價典型評價對象Table1 ExamplesofthetypicalRBI&RCMassessmentobjectsofagaspurificationplantinSichuanandChongqinggasfieldRBI評價RCM評價設(shè)備項設(shè)備子項設(shè)備項編號設(shè)備項名稱設(shè)備項設(shè)備項編號設(shè)備項名稱管道液體輸送管道PL-1202甘醇由系統(tǒng)至C-1202管道PL-1150酸水自D-1103至P-1103/A,B管道PL-1102富胺自系統(tǒng)至F-1102/A管道氣體輸送管道OG-1101原料氣放空管線OG-2402低壓放空管線PG-1101含硫天然氣管線蒸汽輸送管道LS-1401調(diào)溫蒸氣管道LS-1407E-1403蒸氣管線泵P-1201MDEA循環(huán)泵P-1202酸水回流泵P-1203MDEA補充泵P-1204胺液置換泵P-1301TEG循環(huán)泵P-1302TEG補充泵P-1401液硫泵P-1402冷凝水泵容器塔設(shè)備C-1101MDEA吸收塔C-1102MDEA再生塔C-1201TEG吸收塔換熱設(shè)備換-1101貧富液換熱器換-1102TEG重沸器過濾分離器濾-1104富液過濾器分-1101原料氣分離器儲罐D(zhuǎn)-1105MDEA儲罐風(fēng)機K-1301主風(fēng)機K-1201貧液空冷器風(fēng)機K-1102酸氣空冷器冷風(fēng)機K-2101防爆抽粉塵風(fēng)機K-0001蒸汽空冷風(fēng)機K-3101涼水塔風(fēng)機K-2301污水池風(fēng)機K-1402酸氣空冷器風(fēng)機安全閥PSV-1101原料氣放空管線安全閥PSV-1405一級CPS冷凝器安全閥壓縮機K-3301空壓機J-3501空壓機

表2 川渝氣田某天然氣凈化廠RBI、RCM評價對象典型失效模式Table2 ExamplesofthetypicalfailuremodesinRBI&RCMassessmentofagaspurificationplantinSichuanandChongqinggasfieldRBI評價RCM評價失效模式典型設(shè)備項失效模式典型設(shè)備項失效原因H2S-CO2-H2O腐蝕D101原料天然氣分離器E106-3酸氣后冷器殼程OG-1302酸水壓送罐放空管線低輸出污水泵P1-7循環(huán)水泵P-3101主風(fēng)機K-1301閥鑄件磨損R2NH-H2S-CO2-H2O腐蝕C-1101吸收塔下部PL-1149貧富液換熱器后富液管線PL-1106脫硫重沸器至再生塔半貧液返回線漏油空壓機J-3501空壓機K-3501切片機循環(huán)水泵P-3203油封損壞或盤根松動H2S應(yīng)力腐蝕開裂PG-1101含硫天然氣管線濾-1101原料天然氣過濾器上部分-1103酸氣分離器漏液切片機循環(huán)水泵P-2103主胺泵P-1101三甘醇循環(huán)泵P-1201盤根松動HIC/SOHIC應(yīng)力腐蝕開裂D-1101原料天然氣分離器F-1101原料天然氣過濾器上部D-1301酸氣分離器異響TEG循環(huán)泵P-1201鍋爐給水泵P-3203空壓機K-3501軸承老化

表3 凈化廠動設(shè)備主要失效模式的頻次分布Table3 Frequencylayoutofthemainfailuremodesofmotiveequipmentsingaspurificationplant失效模式頻次①,次/年比率/%效用介質(zhì)外泄18.527.4噪聲17.525.9振動超標(biāo)14.521.5工藝介質(zhì)外泄11.517.0堵塞34.4 注:①系指凈化廠各類型動設(shè)備出現(xiàn)該類型失效模式的頻次總和。

2　RBI、RCM評價方法與技術(shù)措施

從RBI和RCM評價對象和評價對象的失效模式上可以看出，兩者差別巨大。因而,在評價方法和技術(shù)措施方面也有著很大的不同。

RBI和RCM評價的共同點均是基于對風(fēng)險的判斷，根據(jù)風(fēng)險的大小以及風(fēng)險可接受準(zhǔn)則，制定設(shè)備檢維修計劃。

對于RBI評價來說，確定評價范圍，建立評價范圍內(nèi)的物流回路和腐蝕回路，獲取物流回路和腐蝕回路中各設(shè)備項的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而建立或完善風(fēng)險計算的RBI數(shù)據(jù)庫是RBI評價過程的關(guān)鍵工作。數(shù)據(jù)越充足越可靠，風(fēng)險計算結(jié)果可信度才越高。

表4 川渝氣田某天然氣凈化廠RBI、RCM評價相關(guān)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)獲取方法Table4 MethodsofinformationcollectionusedinRBI&RCMassessmentofagaspurificationplantinSichuanandChongqinggasfieldRBI評價RCM評價數(shù)據(jù)類型獲取方法可靠性數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)類型獲取方法可靠性數(shù)據(jù)量原始設(shè)計數(shù)據(jù)查閱設(shè)計文件高多原始設(shè)計數(shù)據(jù)查閱設(shè)計文件高適中生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)查閱運行記錄高多生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)查閱運行記錄高適中介質(zhì)組分查閱分析記錄或現(xiàn)場進行組分分析高適中設(shè)備噪聲值檢維修記錄較高較少腐蝕數(shù)據(jù)腐蝕檢測數(shù)據(jù)較高適中設(shè)備振動值檢維修記錄較高較少管道或容器壁厚定點測厚或現(xiàn)場超聲測厚較高適中軸承跳動值檢維修記錄較高較少裂紋擴展趨勢檢維修記錄較高較少機泵漏油(液)量檢維修記錄較高較少

而對于RCM評價而言，由于動設(shè)備的相對獨立性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其風(fēng)險往往還與設(shè)備的可靠性密切相關(guān)。在RCM評價過程中，關(guān)鍵是獲取各種失效模式的失效頻次，利用類似于大數(shù)據(jù)原理來判斷設(shè)備失效的可能性，以及設(shè)備的整體可靠性，從而計算設(shè)備的風(fēng)險，制定設(shè)備檢維修計劃。因此，在評價過程中獲取的數(shù)據(jù)越多，評價的可靠性就越高。

RBI和RCM評價過程中，確定每個設(shè)備項的風(fēng)險大小的依據(jù)是設(shè)備項失效的可能性及其失效后果。然而，由于評價對象及其失效模式的不同，風(fēng)險大小計算所需的資料和數(shù)據(jù)，以及獲取這些資料和數(shù)據(jù)的方法和手段卻有所不同。

表4所列為川渝氣田某天然氣凈化廠RBI和 RCM 評價過程中與設(shè)備項損傷失效密切相關(guān)的數(shù)據(jù)類型及獲取數(shù)據(jù)的方法。

從表4可以看出，對于RBI評價來說，與設(shè)備項損傷失效密切相關(guān)的數(shù)據(jù)類型包括設(shè)備項原始設(shè)計數(shù)據(jù)、生產(chǎn)運行參數(shù)、介質(zhì)組分?jǐn)?shù)據(jù)、腐蝕數(shù)據(jù)、管道或設(shè)備厚度、裂紋走向、裂紋深度等數(shù)據(jù)。獲取數(shù)據(jù)的手段包括：原始設(shè)計資料分析、生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)采集、介質(zhì)組分分析檢驗、腐蝕掛片、定點測厚、檢維修記錄等，獲取的數(shù)據(jù)基本能滿足RBI評價工作的需要。

而RCM評價中，除原始設(shè)計數(shù)據(jù)、生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)較為充分外，其他方面的數(shù)據(jù)缺失量較多，有可能導(dǎo)致RCM評價結(jié)果失真。

3　RBI、RCM評價技術(shù)發(fā)展趨勢前瞻

從川渝氣田天然氣凈化廠前兩輪次的RBI評價工作看，RBI風(fēng)險評價技術(shù)逐步走向成熟，也取得了較好的效果。RBI風(fēng)險評價能逐步走向成熟，得益于兩個方面的技術(shù)支撐：一是川渝氣田天然氣凈化廠均已按要求建立起了常態(tài)化的設(shè)備項定點測厚機制，這為RBI風(fēng)險評價提供了可靠的第一手?jǐn)?shù)據(jù)；二是川渝氣田已逐步建立起包含天然氣凈化裝置的腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)，并逐步形成了腐蝕數(shù)據(jù)庫，這也為RBI風(fēng)險評價工作提供了可靠的支撐。

當(dāng)前，RBI風(fēng)險評價過程中數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理方法顯得比較被動。設(shè)備、管道外部損傷，應(yīng)力腐蝕開裂等失效模式的數(shù)據(jù)采集由于缺乏相應(yīng)的技術(shù)手段，更多地依賴于裝置大修期間獲得的檢修數(shù)據(jù)資料。而設(shè)備項(管道、容器)定點測厚數(shù)據(jù)，各凈化廠已按照要求常態(tài)化地對管道和容器開展了定點測厚，并獲得了大量的測厚數(shù)據(jù)，形成了設(shè)備項厚度數(shù)據(jù)庫或電子文檔。但是，這些數(shù)據(jù)均掌握在各凈化廠中，每次開展RBI風(fēng)險評價時，均需將這些數(shù)據(jù)手工導(dǎo)入到RBI評價軟件中，這樣就降低了評價工作的效率，人工對數(shù)據(jù)的識別與篩選也有可能影響到評價的可靠性。另外，腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)也是RBI風(fēng)險評價工作的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)前，腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與處理方式與設(shè)備項定點測厚數(shù)據(jù)的采集與處理方式幾乎雷同，顯得比較被動。

天然氣凈化廠RBI評價過程中設(shè)備項失效可能性、失效后果分級往往通過總經(jīng)濟風(fēng)險體現(xiàn)。由前兩輪RBI評價總經(jīng)濟風(fēng)險分析匯總可見，主要的風(fēng)險由較少的設(shè)備項承擔(dān)，運行20年以上的老裝置10%的設(shè)備與管道就帶來約96%裝置的總風(fēng)險，運行幾年的新裝置10%的設(shè)備與管道就帶來約80%～90%裝置的總風(fēng)險。

確定設(shè)備項失效可能性，失效后果分級固然重要，但開展評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集決定了評價工作可靠性。從RBI風(fēng)險評價技術(shù)的發(fā)展趨勢來說，如果能將設(shè)備項定點測厚所形成的數(shù)據(jù)庫以及腐蝕監(jiān)測所形成的數(shù)據(jù)庫與RBI風(fēng)險評價軟件進行整合或?qū)樱瑒t一方面RBI風(fēng)險評價可資利用的數(shù)據(jù)量必將大大增加，提升RBI風(fēng)險評價結(jié)果的可靠性；另一方面也可提高RBI風(fēng)險評價工作的效率。

天然氣凈化廠RCM評價過程確定風(fēng)險接受準(zhǔn)則對于制定維護計劃和開展風(fēng)險評估是非常重要的，接受準(zhǔn)則表明了在失效/故障發(fā)生時“客戶”愿意接受的風(fēng)險。在規(guī)定了接受準(zhǔn)則之后，針對“低”風(fēng)險等級的各項和“中、高”風(fēng)險等級的各項，在設(shè)備維護決策時，會得出不同的維護建議。風(fēng)險接受準(zhǔn)則幫助分析人員注重于高風(fēng)險項目，以采用適合的維護策略來降低其失效可能性。

與RBI評價工作一樣，開展評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集決定了評價工作可靠性。當(dāng)前，RCM評價所依據(jù)的數(shù)據(jù)均來源于歷年的檢修統(tǒng)計數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集量較少或數(shù)據(jù)缺失均會導(dǎo)致評價結(jié)果失真。因此，有必要采取系列手段，以便彌補這方面的不足。首先，RCM分析項目組成員除了應(yīng)提升自身有關(guān)動設(shè)備方面的知識水平外，尚應(yīng)提升裝備配置水平，配備噪聲儀、振動儀等常用工具，以便獲得更多更客觀的現(xiàn)場數(shù)據(jù)；其次，密切追蹤并采用先進技術(shù)，以提升 RCM評價水平，這也是未來RCM評價技術(shù)發(fā)展的趨勢。

當(dāng)前，一種基于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的RCM風(fēng)險評價技術(shù)已開始應(yīng)用在壓縮機的RCM風(fēng)險評價中。該技術(shù)將RCM與先進的狀態(tài)檢測和故障診斷技術(shù)相結(jié)合，從而提高RCM評價的可靠性，使其真正達到降低維護成本，延長大修周期的目的。

伴隨設(shè)備發(fā)展而產(chǎn)生的狀態(tài)采集與分析技術(shù)是一種對故障發(fā)展趨勢進行預(yù)測的技術(shù)[5]。RCM是一種系統(tǒng)的風(fēng)險分析方法，狀態(tài)檢測是獲取機組運行狀態(tài)的一種手段，兩者都是制定維修策略的基礎(chǔ)。將RCM分析與設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測結(jié)合，既具有預(yù)防維修和預(yù)知維修的特點，又具有主動維修根除設(shè)備故障的特點[6]。

在天然氣凈化廠RCM 風(fēng)險評價過程中，尚需結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢，做好相關(guān)研究工作，將設(shè)備狀態(tài)檢測及故障診斷技術(shù)與當(dāng)前的RCM評價工作密切結(jié)合，不僅會提升天然氣凈化廠RCM風(fēng)險評價水平，也是未來RCM評價技術(shù)的發(fā)展趨勢。

4　結(jié) 語

基于風(fēng)險的資產(chǎn)完整性管理目的是確保設(shè)備設(shè)施長周期穩(wěn)定運行。通過風(fēng)險識別，開展設(shè)備設(shè)施的主動維護是達到這一目的的有效手段。 RBI和RCM作為風(fēng)險評價的有效技術(shù)工具，目前已引入到氣田天然氣凈化廠資產(chǎn)完整性管理工作中。近期的RBI、RCM風(fēng)險評價實踐表明，RBI、RCM風(fēng)險評價工作雖然取得了成績，但也暴露出某些方面的不足，同時也顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?。有必要進一步開展這一領(lǐng)域的研究工作，通過引入先進技術(shù)，使之與RBI和RCM風(fēng)險評價技術(shù)整合，從而提升RBI和RCM風(fēng)險評價的可靠性，為天然氣凈化裝置長周期穩(wěn)定運行提供技術(shù)支撐。

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Contrastive analysis of the RBI & RCM risk assessment technology in gas purification plant

Zhang Deyuan1, Qiu Bin2, Liu Qicong1, Wen Ke2, Hu Hong3

(1.ResearchInstituteofNaturalGasTechnology,PetroChinaSouthwestOil&GasfieldCompany,Chengdu610213,China; 2.ChongqingNaturalGasPurificationPlantGeneral,PetroChinaSouthwestOil&GasfieldCompany,Chongqing401259,China; 3.ResearchInstituteofSafety,EnvironmentandTechnologySupervision,PetroChinaSouthwestOil&GasfieldCompany,Chengdu610213,China)

According to the practice in the gas purification plants of Sichuan and Chongqing areas, the contrast of the RBI & RCM risk assessment technology was completed from the assessment object，failure mode，assessment method as well as technical measure. Furthermore, the problems in current assessment practice were analyzed, and trend of future development were discussed. This study is believed to provide reference to the RBI & RCM risk assessment in the natural gas purification plants.

gas purification plant， RBI， RCM， risk assessment

張德元(1966-)，男，高級工程師。1989年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)化工機械專業(yè)，現(xiàn)就職于中國石油西南油氣田公司天然氣研究院，從事氣田地面工程、天然氣凈化領(lǐng)域設(shè)計、咨詢及裝備研究工作。E-mail:zhang_dy@petrochina.com.cn

TE687

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2016.04.021

2016-01-13；

2016-03-11；編輯：鐘國利