基于風險的檢驗技術在安全閥定檢中的應用

陳 勁，劉佳佳

(中國石化濟南分公司，山東濟南 250101)

基于風險的檢驗技術在安全閥定檢中的應用

陳 勁，劉佳佳

(中國石化濟南分公司，山東濟南250101)

利用基于風險的檢驗技術(Risk-Based Inspection，RBI)的方法對裝置內的安全閥進行分析，判斷出風險分布及失效模式，從而確定安全閥校驗周期。由于校驗周期的精確判斷，解決了原先安全閥每年必檢的問題，提高了工作效率，降低了工作風險。

基于風險的檢驗技術 安全閥 校驗

安全閥是鍋爐、壓力容器和其他受壓設備上重要的安全附件，以保證設備不因為壓力過高而產生損壞，從而引起次生事故。

由于煉油生產的連續(xù)性及危險性，中國石化濟南分公司之前安全閥校驗周期一直定為每年一次。隨著裝置的增加以及人員的精簡，同時鑒于之前幾十年裝置安全閥檢驗的結果，為提高效率和減少運行成本，在確保不降低安全等級和裝置本質安全的前提下，勢必要對安全閥的校驗周期進行進一步細化和分級，因此以追求系統(tǒng)安全性與經濟性統(tǒng)一的基于風險的檢驗技術方法被引入到安全閥的評估中來。

1 基于風險的檢驗技術(RBI)技術概述

風險是通過事故現象和損失事件表現出來的。為理解風險的概念，可以分析事故的形成過程，如圖1表示。

圖1事故過程

基于風險的檢驗技術(RBI)是一種追求系統(tǒng)安全性與經濟性統(tǒng)一的理念與方法，它是以實現系統(tǒng)安全為目的，運用安全系統(tǒng)工程原理和方法，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分析的基礎上，對系統(tǒng)中存在的風險因素進行辨識與分析，判斷系統(tǒng)發(fā)生事故和職業(yè)危害的可能性及嚴重程度，從而給出風險排序，找出薄弱環(huán)節(jié)，以確保本質安全和減少運行費用為目標，進而制定方法措施和優(yōu)化檢驗策略的一種管理方式。

上個世紀90年代初期，歐美20余家石化企業(yè)集團為了在安全的前提下降低運行成本，共同發(fā)起資助美國石油學會(API)開展RBI在石化企業(yè)(主要是煉油廠)的應用研究工作。1996年API公布了RBI基本資源文件API BRD 581草案，2000年5月又公布API 581正式文件。2002年5月正式頒布了RBI標準API RP 580。十多年來，西方發(fā)達國家甚至亞洲的韓國、新加坡等國家和地區(qū)的石化煉油廠廣泛應用RBI方法進行成套裝置中的承壓設備的檢驗和維修，使得風險和檢驗維修費用都大幅度下降。

2 裝置安全閥統(tǒng)計

中國石化濟南煉化1971年4月開始籌建，1975年7月正式投產。經過40多年的發(fā)展，企業(yè)由原油加工能力50×104t/a的中小型煉油廠，發(fā)展成為具有800×104t/a原油綜合加工配套能力的集煉油、化工于一體的大型綜合性石油化工生產企業(yè)。

各裝置安全閥統(tǒng)計如圖2。

圖2 安全閥統(tǒng)計

3 安全閥的RBI評估

3.1 安全閥失效可能性確定

對于安全閥評價單元的失效可能性，以安全閥中彈簧的失效、安全閥的操作條件、履歷和管理水平4個指標來評價安全閥的失效可能性。其中安全閥彈簧失效是根據不同類型的安全閥型式在大型石化企業(yè)失效的統(tǒng)計，進行整理分析而得到的概率值；安全閥的操作條件包括操作壓力、操作溫度、操作介質的腐蝕性、操作介質的黏度、操作介質的清潔程度等子因素；履歷包括運行歷史、校驗情況等子因素；管理水平因素的分級采取API 581對各個管理指標打分的方法綜合管理。

3.2 安全閥失效后果確定

在失效后果方面主要考慮操作介質的特性以及泄放量和泄放速率等參數，以與其相連的壓力容器或壓力管道周圍的破壞影響面積為指標來確定后果。

根據風險的定義，風險是由失效可能性和失效后果兩部分組成的，安全閥的風險等級可以通過風險矩陣進行表征。風險矩陣圖中的縱坐標1～5表示失效可能性從低至高的5個等級，橫坐標A～E表示失效后果從低至高的5個等級。

3.3 安全閥校驗周期確定原則

在石化企業(yè)生產過程中，廣泛使用著各種類型的安全閥。其中彈簧直接載荷式安全閥使用最為普遍。根據《壓力容器使用管理規(guī)則》和《安全閥安全技術監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，對滿足相關條件的安全閥可以適當延期校驗。企業(yè)為了適應現代生產的需求，要求壓力容器長期安穩(wěn)運行。為保證企業(yè)安全快速的發(fā)展，對在役安全閥裝置的RBI風險評價，根據風險的大小，對安全閥進行合理分類，按照風險等級確定其校驗周期：對于高風險的重點檢查，檢驗周期短；風險小的安全閥采取適當延長其檢驗周期的檢驗策略。

從彈簧安全閥失效原因可以看出安全閥的質量、維修和校驗都是導致安全閥失效的重要原因。但是本次評估考慮雖然不同安全閥廠家其產品的失效概率等級不一樣，但只要在所考慮的安全閥使用參數范圍內，安全閥性能是穩(wěn)定的，對此使用參數范圍內的安全閥進行失效概率分析時可不考慮安全閥本身質量。安全閥的失效還與使用、維修和校驗相關，考慮到濟南煉化多年運行經驗，這些因素都是可以控制的，在此不再把他們作為考慮因素。

在本次評估中，為了方便校驗時間的集中安排，設置了2014年5月、2015年5月、2016年5月、2017年5月4個校驗時間點，被評估的安全閥都應在達到所評估的校驗時間點之前進行校驗，考慮到安全閥的風險隨著累計投用時間和檢驗歷史的變化性，本次評估結論有效期為2017年5月之前。在有效期內，如果對安全閥進行了檢驗，其風險水平會有所變化，應重新進行評估。

綜合以上考慮，安全閥校驗周期的確定原則如下。

a)在2017年的安全閥基于風險的檢驗技術點，如果安全閥的失效可能性等級小于4且風險等級為中或更低，安全閥可在2017年到期前實施校驗。

b)所有具有較嚴重應力腐蝕傾向的安全閥經車間確認后應在2015年到期前實施校驗。

c)所有存在嚴重堵塞傾向的安全閥應在2014年到期前進行校驗。

d)經現場檢驗存在異常的安全閥，應縮短下次校驗日期，必要時應立即校驗。

3.4 安全閥現場檢驗

對評估范圍內的安全閥的進出口法蘭連接、密封性能、外腐蝕情況逐臺進行現場校驗，根據校驗結果對安全閥RBI評估結果進行修正、補充和完善，為RBI后評估提供支撐，并將現場檢驗結果以圖片的形式記錄存檔。

3.5 安全閥在役期間的維護管理

a)將彈簧式安全閥納入日常設備管理，定期檢查運行中的安全閥是否有泄漏、卡阻及彈簧銹蝕等不正?，F象，并注意觀察調節(jié)螺套及調節(jié)圈緊定螺釘的鎖緊螺母是否有松動，若發(fā)現問題及時采取適當措施。如發(fā)現安全閥泄漏時，應及時更換或維修校驗，禁止用加大載荷的方法來消除泄漏。

b)要經常保持安全閥的清潔，防止閥體彈簧等被油垢臟物填滿或腐蝕，防止安全閥排放管被油污或其它異物堵塞。經常檢查鉛封是否完好，防止杠桿式安全閥的重錘松動或被移動，防止隨意擰動。

c)為防止閥瓣和閥座被氣體中的油污等臟物黏住，致使安全閥不能正常開啟，對用于空氣、蒸汽或帶有粘滯性臟物但排放不會造成危害的其他氣體的安全閥，應定期做手提排放試驗。

d)安全閥排放管道有積水時，還應定期檢查排放積水，防止安全閥出口管道因積水而增加背壓，影響安全閥的動作性能。

e)安全閥外表有無腐蝕，表面溫度是否正常，有無異常結霜、結冰或溫度異常。

f)安全閥的附屬設施運行是否正常，如有冷卻水夾套的安全閥，冷卻水供給是否正常。

g)帶波紋管的安全閥，為波紋管設置的泄出口應當是敞開的和清潔的。

h)安全閥周圍環(huán)境良好，安全閥應處于正常的工作狀態(tài)，沒有影響安全閥運行的因素，如：重錘式安全閥的杠桿和重錘，不能附加任何重物；帶扳手彈簧式安全閥不能有壓在提升螺母上和限制安全閥啟跳，或者不能達到應開啟高度的阻礙物品。

i)必須設置截斷閥的情況下，安全閥上游和下游截斷閥的鉛封或鎖緊機構是否完好，并且處于正常開啟狀態(tài)。

4 裝置在役安全閥評估結果

4.1 安全閥失效模式分析

安全閥作為承壓設備的超壓保護裝置，在使用中必須滿足準確開啟、穩(wěn)定排放、及時關閉、密封可靠的要求。安全閥在使用過程中，除安全閥頻跳是由于安全閥進口管路過長、管路存在節(jié)流物或安全閥調節(jié)圈調整不當引起外，介質溫度、壓力、物性對安全閥的準確開啟、及時關閉、可靠密封產生影響，造成安全閥使用一段時間后性能達不到要求，導致安全閥失效。

從安全閥開啟準確性方面來看，安全閥在使用中，存在著3種可能的失效模式：

a)安全閥由于運動件黏死，或進出腔堵塞無法開啟。

b)安全閥超壓開啟——介質壓力達到安全閥整定壓力而安全閥未開啟，超過整定壓力一定值后才開啟。

c)安全閥提前開啟——安全閥開啟壓力低于整定壓力。

從安全閥穩(wěn)定排放方面來看，對于前后配管不合適，或安全閥調節(jié)圈調整有誤的安全閥存在著動作時頻跳這種失效模式。

從安全閥動作后及時關閉性能來看，安全閥存在著彈簧斷裂，不能回座這一失效模式。

從安全閥可靠密封性能來看，安全閥在使用中存在著泄漏這一失效模式。

綜上所述，可把安全閥在使用中可能的失效模式簡化為以下6中形式：①安全閥黏死、堵塞不能開啟；②安全閥超壓開啟；③安全閥提前開啟；④安全閥起跳后彈簧斷裂無法關閉；⑤安全閥泄漏；⑥安全閥排放時頻跳不穩(wěn)定。

4.2 裝置安全閥失效分析

石化企業(yè)生產裝置多，介質參數多(介質壓力從低壓到高壓，溫度從低溫到常溫再到500℃高溫)，介質物性差異大(有腐蝕介質、非腐蝕介質；有環(huán)境溫度下可自流介質，也有不可自流介質；有環(huán)境溫度下易結晶、結焦、含雜質介質，也有潔凈介質)。下面就對本裝置可能存在的失效進行分析。

4.2.1加氫裝置

原料油經過加氫反應器反應后，生成的油氣中含H2S、水、銨鹽等腐蝕性介質。反應流出物經過高、低壓分離器進行氣液分離，H2S、H2、輕烴等介質從分離器頂部發(fā)揮，如果氣液分離不徹底，氣相中會含少量的水，用于分離器、循環(huán)氫、富液閃蒸罐的安全閥有較嚴重的濕H2S環(huán)境下腐蝕。油氣經過汽提塔汽提，H2S、水被帶到塔頂部，在汽提塔與分餾塔頂的安全閥可能有H2S環(huán)境下的腐蝕。

加氫裝置安全閥主要的失效模式有：

a)安全閥泄漏(腐蝕損壞密封面)。

b)安全閥啟跳后無法關閉(彈簧腐蝕斷裂，特別是高、低壓分離器與汽提塔頂系統(tǒng)安全閥)。

4.2.2焦化裝置

原料油中含有較多的硫化物，經過焦炭塔高溫反應后分解出來的各種活性硫，使得腐蝕更為激烈。通常，高溫硫腐蝕本身表現為整個系統(tǒng)材料均勻變薄，它會影響焦炭塔頂安全閥。分餾塔頂得安全閥可能有H2S環(huán)境下的腐蝕。

焦化裝置安全閥主要的失效模式有：

a)安全閥黏死、堵塞不能開啟。

b)安全閥啟跳后彈簧斷裂無法關閉。

c)安全閥泄漏。

4.3 RBI風險分析和評估結果(表1～4)

表1 2014年5月安全閥風險等級結果

表2 2015年5月安全閥風險等級結果

表3 2016年5月安全閥風險等級結果

表4 2017年5月安全閥風險等級結果

5 結語

風險管理為企業(yè)發(fā)展提供對待風險的整體科學依據，有助于全面識別、衡量、規(guī)避風險，用最小的代價將風險損失控制到最小，盡可能維護企業(yè)的效益，成為企業(yè)發(fā)展的有力保障。RBI技術的應用是風險管理的一種，其目的是保障設備的安全、提高企業(yè)的管理水平、提高技術人員的技術水平、優(yōu)化檢修策略、降低維護成本等。因此通過此次RBI評估能夠切實提高本企業(yè)的風險管理水平。

一個完整的RBI評估應包括RBI再評估工作，通過本次評估提供的檢驗策略進行檢驗后，應根據檢驗情況，對裝置安全閥進行再評估，調整風險，提出更切合實際情況的風險控制措施，從而保證設備的安全運行。

Risk-BasedInspectionintheRegularInspectionoftheSafetyValve

Chen Jin, Liu Jiajia

(SINOPEC Jinan Branch, Shandong, Jinan, 250101)

Analyze the safety valve within the device based on RBI (Risk-Based Inspection), determine the risk distribution and failure modes, so as to confirm the safety valve testing cycle. Due to the accurate judgment of the testing cycle, solve the problem of the original safety valve checked repeatedly each year, improve work efficiency, and reduce the risks at work.

risk-based inspection; safety valve; testing

2015-11-02

陳勁，工程師，安全總監(jiān)，2004年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學機械設計制造及自動化專業(yè)，現在中國石化濟南分公司從事安全方面工作。