成套裝置基于風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)知性檢驗(yàn)及智慧管理

曹邏煒 謝國(guó)山 莊法坤

（中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 100029）

世界上大型事故損失有一半來(lái)自于煉油化工行業(yè)，如2005年BP美國(guó)煉油廠爆炸，2010年蘭州石化化工廠爆炸等。對(duì)石化設(shè)備事故及失效原因的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：機(jī)械失效41%、自然災(zāi)害6%、操作失誤20%、工藝波動(dòng)6%、設(shè)計(jì)失誤4%、破壞行為/縱火3%、不明原因18%。其中，機(jī)械失效、工藝波動(dòng)均與檢驗(yàn)與維護(hù)相關(guān)，占據(jù)比例約達(dá)50%［1-2］。

目前，石油化工設(shè)備管理依托的傳統(tǒng)檢驗(yàn)?zāi)Ｊ皆趯?shí)踐過(guò)程中存在諸多弊端［3］，包括：

停車(chē)檢修期間進(jìn)行，往往僅為滿足法規(guī)要求被動(dòng)檢驗(yàn)。

未根據(jù)實(shí)際情況和失效模式進(jìn)行有區(qū)別性、針對(duì)性地檢測(cè)。

檢測(cè)過(guò)程不分重點(diǎn)，存在某些關(guān)鍵設(shè)備檢驗(yàn)不足，而低風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備卻檢驗(yàn)過(guò)度的問(wèn)題。

檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的部分問(wèn)題難以在檢修期間整改，缺乏預(yù)知性。

裝置的生產(chǎn)計(jì)劃?rùn)z修周期與法定檢驗(yàn)周期不一致、不匹配。

停工檢修工期短，急需通過(guò)在線檢測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)定期檢驗(yàn)的要求。

為解決以上問(wèn)題，亟須結(jié)合當(dāng)前智慧化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)?zāi)Ｊ接蓚鹘y(tǒng)檢驗(yàn)向預(yù)知性檢驗(yàn)的轉(zhuǎn)變。

1 基于風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)知性檢驗(yàn)

1.1 預(yù)知性檢驗(yàn)概述

預(yù)知性檢驗(yàn)是在基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)（RBI）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)技術(shù)，它針對(duì)設(shè)備延期、登記注冊(cè)、隱患排查和優(yōu)化檢驗(yàn)等目標(biāo)［2］，以TSG-2016 《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)大容規(guī)）為基礎(chǔ)，以損傷模式識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)分析、腐蝕檢查和流場(chǎng)分析為技術(shù)手段，最終給出最優(yōu)化的檢驗(yàn)時(shí)間、檢驗(yàn)設(shè)備、檢驗(yàn)部位和檢驗(yàn)策略。

1.2 預(yù)知性檢驗(yàn)主要內(nèi)容

1.2.1 什么時(shí)間檢

參照《大容規(guī)》中定期檢驗(yàn)部分，要求金屬壓力容器一般于投用后3年內(nèi)進(jìn)行首次檢驗(yàn)，以后的檢驗(yàn)周期由檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)根據(jù)壓力容器的安全狀況等級(jí)給出，一般是安全狀況等級(jí)1、2級(jí)的每6年檢驗(yàn)一次，3級(jí)每3～6年檢驗(yàn)一次，4級(jí)的監(jiān)控使用且累計(jì)監(jiān)控使用時(shí)間不得超過(guò)3年，安全狀況等級(jí)為5級(jí)的應(yīng)當(dāng)對(duì)缺陷進(jìn)行處理，否則不得繼續(xù)使用。而對(duì)于非金屬壓力容器，首檢要求在1年內(nèi)進(jìn)行，按照其安全狀況等級(jí)，1級(jí)3年一檢，2級(jí)2年一檢，3級(jí)監(jiān)控使用，累計(jì)不超過(guò)1年，4級(jí)則不得繼續(xù)使用當(dāng)前介質(zhì)［4］。

《大容規(guī)》還規(guī)定了檢驗(yàn)周期縮短、檢驗(yàn)周期延長(zhǎng)以及無(wú)法進(jìn)行或不能進(jìn)行定期檢驗(yàn)的壓力容器等特殊情況。比如，安全狀況等級(jí)為1、2級(jí)的金屬壓力容器，當(dāng)介質(zhì)腐蝕速率低于0.1mm/a時(shí)且有可靠的耐腐蝕金屬襯里或熱噴涂金屬涂層時(shí)，通過(guò)1～2次定期檢驗(yàn)，確認(rèn)腐蝕輕微或者襯里完好，其檢驗(yàn)周期最長(zhǎng)可延長(zhǎng)至12年［4］。

但對(duì)于實(shí)施RBI的壓力容器，可以采用以下方法確定其檢驗(yàn)周期：

參照上述檢驗(yàn)周期，根據(jù)壓力容器風(fēng)險(xiǎn)水平延長(zhǎng)或縮短檢驗(yàn)周期，但最長(zhǎng)不得超過(guò)9年（這是基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)周期，非定期檢驗(yàn)周期，下同）。

以壓力容器的剩余使用年限為依據(jù)，檢驗(yàn)周期最長(zhǎng)不超過(guò)壓力容器剩余使用年限的一半，并且不得超過(guò)9年。

因此，預(yù)知性檢驗(yàn)的時(shí)間需要參考RBI檢驗(yàn)周期、政府法規(guī)要求，以及工廠整體的大修計(jì)劃或周期來(lái)綜合制定。

1.2.2 什么設(shè)備檢

預(yù)知性檢驗(yàn)通過(guò)對(duì)評(píng)估范圍內(nèi)覆蓋設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，給出評(píng)估設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，如圖1所示，給出容器、管道和安全閥在高風(fēng)險(xiǎn)、中高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)量分布，如圖2所示。最終，如圖3所示，在企業(yè)中10%的設(shè)備占據(jù)了94%的風(fēng)險(xiǎn)。因此，預(yù)知性檢驗(yàn)針對(duì)的是數(shù)量占比少量的高風(fēng)險(xiǎn)、中高風(fēng)險(xiǎn)和部分后果稍高的中風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備，這些設(shè)備的累積風(fēng)險(xiǎn)值卻占據(jù)了所有設(shè)備總風(fēng)險(xiǎn)的90%以上甚至更高，能極大地節(jié)約檢驗(yàn)資源［2］。

圖1 評(píng)估范圍內(nèi)覆蓋設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)矩陣

1.2.3 什么部位檢

不同于基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)，預(yù)知性檢驗(yàn)還需要確定在什么部位檢的問(wèn)題，這就需要借助損傷模式識(shí)別、腐蝕檢查和流場(chǎng)分析等技術(shù)（如圖4），對(duì)于腐蝕檢查過(guò)程中的重點(diǎn)損傷部位、流場(chǎng)模擬過(guò)程中的沖刷或腐蝕嚴(yán)重部位進(jìn)行重點(diǎn)檢驗(yàn)。

圖2 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量分布

圖3 設(shè)備累計(jì)風(fēng)險(xiǎn)與設(shè)備數(shù)量的關(guān)系

圖4 預(yù)知性檢驗(yàn)部位確定技術(shù)

1.2.4 什么方法檢

預(yù)知性檢驗(yàn)的檢驗(yàn)策略包括在線和停車(chē)檢驗(yàn)檢測(cè)。宏觀檢查和壁厚測(cè)定是最基本的檢驗(yàn)方法，損傷模式為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的部位或焊縫部位應(yīng)進(jìn)行一定比例的無(wú)損檢測(cè)。最終需要根據(jù)設(shè)備的損傷模式及不同檢測(cè)方法對(duì)損傷模式的檢驗(yàn)有效性來(lái)確定檢驗(yàn)方法。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)選擇應(yīng)用一些檢驗(yàn)新技術(shù)，如導(dǎo)波檢測(cè)（適用于在線檢測(cè)或高空、穿越管道的檢測(cè)）、TOFD檢測(cè)（剩余高壓或大厚壁檢測(cè)）、聲發(fā)射檢測(cè)（適用于在線檢測(cè)）。對(duì)于一些材質(zhì)劣化的管道（如高溫蒸汽管道），在金相檢查和硬度檢查后，還可應(yīng)用最新的現(xiàn)場(chǎng)力學(xué)性能在線檢測(cè)設(shè)備或小試樣法進(jìn)行表面力學(xué)性能的評(píng)估，以判斷強(qiáng)度是否合格。最后，應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇最優(yōu)化的檢驗(yàn)方法。

1.3 基于風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)知性檢驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用

北方某石化企業(yè)，針對(duì)公司主體煉油裝置，通過(guò)預(yù)知性檢驗(yàn)技術(shù)，共篩查主體裝置中的1 033條管道，占RBI評(píng)估總數(shù)4 631條的22%，加上到期應(yīng)檢的管道1 683條總計(jì)共篩查了2 716條管道，僅占管道總數(shù)5 163條的52%。在檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過(guò)剩余壽命計(jì)算建議對(duì)161條管線在大修時(shí)對(duì)減薄嚴(yán)重部位進(jìn)行了更換。通過(guò)預(yù)知檢驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用，直接費(fèi)用節(jié)省1/3以上［5］。

2 預(yù)知性檢驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立

預(yù)知性檢驗(yàn)技術(shù)得以實(shí)施的重要基礎(chǔ)是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，標(biāo)準(zhǔn)體系是與檢驗(yàn)過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)或步驟一一對(duì)應(yīng)的，如圖5所示。比如，對(duì)應(yīng)檢驗(yàn)過(guò)程中的危險(xiǎn)源識(shí)別（損傷識(shí)別）的是GB/T 30579-2014《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》，對(duì)應(yīng)制定檢驗(yàn)策略的是GB/T 26610《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則》等風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，缺陷處理這塊對(duì)應(yīng)的是《合于使用評(píng)價(jià)》（報(bào)批稿）標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)結(jié)果匯總、檢驗(yàn)周期這塊又對(duì)應(yīng)的是GB/T 33578-2017《成套裝置基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)細(xì)則》（乙烯裝置、催化裂化裝置）等成套裝置檢驗(yàn)實(shí)施細(xì)則。

3 預(yù)知性檢驗(yàn)的智慧管理

預(yù)知性檢驗(yàn)的智慧管理主要包括四個(gè)方面內(nèi)容，即損傷自動(dòng)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)更新、腐蝕超標(biāo)預(yù)警和策略?xún)?yōu)化輸出。

3.1 損傷自動(dòng)識(shí)別

根據(jù)GB/T 30579《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》中的重要損傷描述以及GB/T 26610《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則》中的損傷判別規(guī)則，可以根據(jù)材料類(lèi)型、環(huán)境狀態(tài)和介質(zhì)情況對(duì)設(shè)備損傷及其敏感性進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，如圖6所示。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)更新

風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)更新技術(shù)的可行很大程度上取決于該企業(yè)設(shè)備管理和工藝管理的信息化程度。該技術(shù)很重要的一點(diǎn)就是需要通過(guò)接口技術(shù)連接企業(yè)已有的各大系統(tǒng)，從中定期獲取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、工藝分析數(shù)據(jù)、腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、缺陷/故障登記數(shù)據(jù)以及設(shè)備基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)的滾動(dòng)更新（如圖7），從而達(dá)到設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)計(jì)算。

3.3 腐蝕超標(biāo)預(yù)警

根據(jù)靜設(shè)備腐蝕監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接口，可定期讀入EM系統(tǒng)中的在線測(cè)厚、腐蝕探針、離線測(cè)厚人工輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)置的腐蝕超標(biāo)厚度臨界值，系統(tǒng)就可以自動(dòng)預(yù)警設(shè)備的腐蝕超標(biāo)情況，如圖8所示。

3.4 策略?xún)?yōu)化輸出

圖5 檢驗(yàn)過(guò)程與對(duì)應(yīng)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)［3］

圖6 損傷及其敏感性自動(dòng)判別［5］

圖7 用于風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)更新的靜設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)控接口情況［5］

圖8 腐蝕超標(biāo)預(yù)警模塊［5］

預(yù)知性檢驗(yàn)智慧管理中的策略?xún)?yōu)化輸出主要包括檢驗(yàn)周期（檢驗(yàn)時(shí)間）、檢驗(yàn)設(shè)備、檢驗(yàn)部位和檢驗(yàn)方法等內(nèi)容。檢驗(yàn)周期可以綜合法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和基于動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的推薦周期綜合確定；檢驗(yàn)設(shè)備主要考慮動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算過(guò)程中的高風(fēng)險(xiǎn)、中高風(fēng)險(xiǎn)以及部分高后果的中風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備，因?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)是動(dòng)態(tài)更新的，所以檢驗(yàn)設(shè)備的輸出也會(huì)隨著時(shí)間有所變化；檢驗(yàn)部位的確定取決于腐蝕探針、在線測(cè)厚等手段的布置密度，系統(tǒng)無(wú)法在這一塊優(yōu)化升級(jí)，根據(jù)以上信息，再結(jié)合RBI標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)針對(duì)不同損傷機(jī)理和不同風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備可以給出最優(yōu)化的檢驗(yàn)方法。

4 展望

將設(shè)備基于風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)知性檢驗(yàn)與停工腐蝕檢查、在線或離線狀態(tài)監(jiān)測(cè)、失效分析、壽命評(píng)估、判廢、故障搶修處理等專(zhuān)業(yè)管理工作進(jìn)行整合，將專(zhuān)業(yè)技術(shù)與信息化技術(shù)結(jié)合，并與客戶(hù)現(xiàn)有信息管理系統(tǒng)相銜接和信息分享，依托標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)知性檢驗(yàn)及后續(xù)評(píng)價(jià)管理的信息化、標(biāo)準(zhǔn)化和智慧化。

［1］沈功田，賈國(guó)棟，錢(qián)劍雄. 特種設(shè)備安全與節(jié)能2025科技發(fā)展戰(zhàn)略［M］. 北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社&中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

［2］曹邏煒. 成套裝置預(yù)知性檢驗(yàn)［R］. 第三屆國(guó)際檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)與裝備博覽會(huì)特種設(shè)備專(zhuān)題會(huì)，2015.

［3］賈國(guó)棟. 構(gòu)建智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化為一體的石化裝置維護(hù)保障新型模式與管理機(jī)制［R］. 中石化系統(tǒng)培訓(xùn)材料，2014.

［4］TSG 21-2016. 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程.

［5］曹邏煒. 靜設(shè)備預(yù)知維修智能管理系統(tǒng)［R］.2015.