壓力管道缺陷檢驗(yàn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估策略

劉杰

（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350001）

眾所周知，壓力管道主要承擔(dān)著輸送的功能。無(wú)論在化工、石油、冶金、醫(yī)藥，還是在其他的各工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中都起著至關(guān)重要的作用，其對(duì)一個(gè)國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)起著非常重要的作用。如果壓力管道一旦出現(xiàn)泄漏或斷裂等事故，不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還嚴(yán)重威脅著人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)國(guó)家的穩(wěn)定也造成一定的威脅。

但是由于各種客觀和主觀原因，比如說(shuō)法律法規(guī)不健全、管理上面的缺陷等，更為嚴(yán)重的是我國(guó)的科學(xué)和技術(shù)和發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有相當(dāng)大的差距，所以造成我國(guó)生產(chǎn)的壓力管道一般都有很多缺陷，存在著眾多的安全隱患，因此降低壓力管道缺陷帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)經(jīng)濟(jì)成本，一直是人們關(guān)注的熱門話題。本文介紹了壓力管道如何檢驗(yàn)其缺陷的幾種常用方法，并對(duì)如何對(duì)敏感區(qū)域進(jìn)行確認(rèn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的剖析和講解，進(jìn)而對(duì)壓力管道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析和探討。

1 檢測(cè)缺陷

眾所周知，壓力管道的敏感區(qū)域一般是事故的多發(fā)區(qū)，所以如何準(zhǔn)確對(duì)其進(jìn)行確認(rèn)就顯得至關(guān)重要，我們制作和安裝壓力管道的各種技術(shù)文件，壓力管道在存儲(chǔ)或流通流體時(shí)其具備的特點(diǎn)和危害性以及經(jīng)過人們長(zhǎng)期工作所積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，這些都是我們判斷敏感區(qū)域所必須要考慮到的方面，也是我們?nèi)绾螠?zhǔn)確判斷敏感區(qū)域的依據(jù)。我們只有對(duì)敏感區(qū)域進(jìn)行全面而深刻的認(rèn)識(shí)，才能對(duì)壓力管道的缺陷檢測(cè)做到更加準(zhǔn)確。

1.1 大缺陷檢查

在線檢驗(yàn)一般只能檢測(cè)宏觀上面的缺陷，指事故發(fā)生概率較大的位置，或者是肉眼就可以分辨出來(lái)的缺陷，一般會(huì)造成比較嚴(yán)重的后果。當(dāng)壓力管道在正常工作條件下，其傳輸液體的時(shí)候，管道是否有泄漏、絕熱層是否有磨損或者掉落、管道防腐層是否有破損，這些都是我們進(jìn)行宏觀檢查的重點(diǎn)。檢驗(yàn)人在實(shí)際檢測(cè)過程中，一般檢測(cè)管道是否有彎曲變形，閥門、法蘭、支吊架等重要基礎(chǔ)設(shè)施安裝是否合理，一旦我們發(fā)現(xiàn)壓力管道某些部位有腐蝕、泄漏的情況發(fā)生時(shí)，我們必須對(duì)該部位進(jìn)行標(biāo)注，而且還要把相對(duì)應(yīng)的結(jié)果記錄在單線圖上，只有這樣才能方便我們后續(xù)工作的開展。

1.2 檢測(cè)厚度缺陷

檢測(cè)厚度缺陷主要是對(duì)其壁厚進(jìn)行檢測(cè)，這樣就可以對(duì)其可能存在的缺陷部位進(jìn)行確認(rèn)，從而確定敏感區(qū)域。檢測(cè)人員在實(shí)際檢測(cè)過程中，主要檢測(cè)易受沖刷的部位、有明顯腐蝕老化的部位、可能積液的部位、管徑明顯發(fā)生變化的部位等，人們采取隨機(jī)抽樣的抽查的方式進(jìn)行定點(diǎn)壁厚測(cè)試，一旦發(fā)現(xiàn)缺陷點(diǎn)，就應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的再次檢測(cè)，確定缺陷部位的大??；尤其要注意的是，測(cè)定的點(diǎn)數(shù)的多少，我們要嚴(yán)格按照檢驗(yàn)判斷準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行確認(rèn)。

1.3 表面缺陷監(jiān)測(cè)

人們通常借助磁粉檢測(cè)或滲透檢測(cè)方法對(duì)壓力管道的表面進(jìn)行缺陷監(jiān)測(cè)，檢驗(yàn)壓力管道敏感區(qū)域部分。在通常情況下，如果宏觀檢查中發(fā)現(xiàn)管道有裂紋、焊縫修磨、絕熱層破損、應(yīng)力集中、腐蝕等問題時(shí)，應(yīng)該再次重點(diǎn)監(jiān)測(cè)該部分。

1.4 內(nèi)部缺陷監(jiān)測(cè)

人們大多數(shù)采用超聲波或射線的方法對(duì)敏感區(qū)域進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢測(cè)，進(jìn)而確定管道部件內(nèi)部是否具有缺陷。焊接接頭由于焊接不牢固等原因，再次發(fā)生故障的概率極大，使用中發(fā)生泄漏的部位再次發(fā)生的概率也是很大的，支吊架損壞的部位很容易發(fā)生應(yīng)力集中等問題，所以以上部分都是我們重點(diǎn)檢測(cè)的敏感區(qū)域部分。

在檢驗(yàn)缺陷時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)則和原則進(jìn)行敏感區(qū)域的確定和檢驗(yàn)，采用恰當(dāng)?shù)臋z驗(yàn)檢測(cè)方法，確定管道的安全性，這樣對(duì)我們以后的檢驗(yàn)和維護(hù)都會(huì)帶來(lái)極大的方便。

2 壓力管道的主要缺陷形式

2.1 脆性破壞

壓力管道的脆性破壞現(xiàn)象是指其和脆性材料一樣發(fā)生類似的破壞，此類現(xiàn)象一般發(fā)生在某一瞬間而且迅速擴(kuò)展，但是此類事故發(fā)生時(shí)壓力管道所承受的應(yīng)力一般偏低，所以又稱為低應(yīng)力破壞。由于在加工、熱處理、焊接和安裝等過程時(shí)其部位都極易留下嚴(yán)重缺陷，而這些缺陷正是脆性材料破壞的最根本原因，此外，脆斷破壞還常會(huì)發(fā)生在加載速度過大、結(jié)構(gòu)應(yīng)力嚴(yán)重集中、殘余應(yīng)力過大等情況下。

2.2 韌性破壞

管道韌性破壞是指受壓后的管壁的應(yīng)力超過材料強(qiáng)度極限，從而造成管道斷裂和破壞，這些問題是造成壓力管道輸送液體時(shí)其液體超壓的根本原因，這些會(huì)導(dǎo)致壓力管道直接增大、某些部位會(huì)極具膨脹、壓力管道管壁變薄等問題，從以上我們可以發(fā)現(xiàn)，如果壓力管道出現(xiàn)韌性破壞時(shí)，其管道外形會(huì)發(fā)生明顯變形。

2.3 疲勞破壞

管道在承受交變載荷的情況下，即使其對(duì)應(yīng)的應(yīng)力一般較小且即使應(yīng)力比材料屈服極限低，但是如果壓力管道在長(zhǎng)時(shí)間承受載荷的話，也會(huì)發(fā)生疲勞破壞，從而造成斷裂現(xiàn)象。由于在管道彎曲處和裂紋類缺陷的焊縫處極易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以疲勞破壞極易發(fā)生在這些區(qū)域，人們可以在斷口處明顯看到裂紋。

2.4 腐蝕破壞

管道腐蝕破壞指管道在各種外部環(huán)境作用下對(duì)其材料進(jìn)行腐蝕進(jìn)而引發(fā)腐蝕破壞，按照腐蝕面積大小不同可以分為全面腐蝕和局部腐蝕。局部腐蝕主要有點(diǎn)蝕或縫隙、焊接接頭、冷凝液、涂層破損處局部大氣、磨損腐蝕等。通過對(duì)事故的統(tǒng)計(jì)和調(diào)查可以看出，應(yīng)力腐蝕占比最大而且其危害也最大，壓力管道在受腐蝕后其材料會(huì)發(fā)生變化而脫落，造成管道管壁慢慢變薄直至發(fā)生斷裂。

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

人們對(duì)以往的事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備引起重大經(jīng)濟(jì)損失的概率一般是比較低的，如果我們對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的話，那么我們的人工成本費(fèi)將會(huì)大大的增加。但是如果我們不對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，而對(duì)管道的安全性進(jìn)行必要風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，綜合考慮管道發(fā)生事故的可能性和發(fā)生事故后造成的損失程度，然后對(duì)壓力管道的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行等級(jí)劃分的話，如何對(duì)不同等級(jí)的事故進(jìn)行不同等級(jí)的檢測(cè)和維修投入，使管道的安全性在得到保障的前提下，盡可能降低成本，從而實(shí)現(xiàn)低成本高效益。

RBI分析方法可以使我們的費(fèi)用得到合理使用，因?yàn)镽BI方法能對(duì)檢驗(yàn)管道的費(fèi)用進(jìn)行合理分配，使資源得到最大化使用，避免資源的浪費(fèi)，該方法可以對(duì)管道的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行智能排序，從而使我們對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)管道進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而最大限度降低壓力管道的風(fēng)險(xiǎn)，還可以為人們的生命財(cái)產(chǎn)提供技術(shù)支持和保障，因此下面有必要對(duì)RBI方法在管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行分析和討論。

RBI分析主要包括定性分析、半定量分析和定量分析。

3.1 管道定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要通過找出管道系統(tǒng)存在的事故危險(xiǎn)、誘發(fā)管道事故的各種因素程度以及這些因素在何種條件下對(duì)管道產(chǎn)生危害，然后對(duì)癥下藥找出控制管道事故的措施。

3.1.1 安全檢查表法

安全檢查表法主要是對(duì)于系統(tǒng)的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)的，我們可以找出每個(gè)部分的危險(xiǎn)，確定需要檢查哪些項(xiàng)目，然后依次對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，把能夠預(yù)防事故發(fā)生的措施都一一羅列出來(lái)，逐項(xiàng)檢查打分，分?jǐn)?shù)越低代表的危險(xiǎn)性也就越大。

3.1.2 失效模式、后果與嚴(yán)重程度分析

該方法主要用于預(yù)防失效，在試驗(yàn)、測(cè)試和使用當(dāng)中，是一種有效的診斷工具。它如果與失效后果嚴(yán)重程度分析聯(lián)合起來(lái)（FMECA），應(yīng)用范圍會(huì)更廣泛，該評(píng)估方法可以對(duì)使用中的部件提供設(shè)計(jì)、修改、改進(jìn)意見。

3.1.3 預(yù)先危害性分析

該方法的思想是采用化整為零的方法，把整個(gè)大系統(tǒng)分化為多個(gè)子系統(tǒng)，可以方便快速地確定哪個(gè)部件最有可能成為危險(xiǎn)的來(lái)源。

3.2 定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是用概率、斷裂力學(xué)、可靠性等理論，從而對(duì)壓力管道的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行更加準(zhǔn)確評(píng)價(jià)和決策。

3.2.1 危險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)方法

以系統(tǒng)中的危險(xiǎn)物和工藝為評(píng)價(jià)對(duì)象，將影響事故頻率和事故后果的各種因素指標(biāo)化，進(jìn)而建立一定的數(shù)學(xué)模型對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行處理，這樣就可以對(duì)系統(tǒng)的危險(xiǎn)程度進(jìn)行定量分析。

3.2.2 概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法（PRA）

對(duì)管道事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，然后把引發(fā)管道事故的所有因素進(jìn)行處理變成對(duì)應(yīng)的隨機(jī)變量，通過大數(shù)據(jù)，先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)方法和數(shù)學(xué)處理方法，可以快速計(jì)算出每個(gè)事故的概率，可以通過對(duì)單個(gè)事件概率進(jìn)而計(jì)算出最終事故的發(fā)生概率，然后再和量化后的事故后果進(jìn)行結(jié)合，就可以準(zhǔn)確計(jì)算出管道發(fā)生事故的概率。

3.3 半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)俗稱指數(shù)法，以采用風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)量指標(biāo)作為基礎(chǔ)，對(duì)管道事故損壞后果和事故發(fā)生概率按相對(duì)應(yīng)的權(quán)重值各分配一個(gè)指標(biāo)，然后將兩個(gè)對(duì)應(yīng)事故的概率和事故嚴(yán)重程度進(jìn)行組合。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，我國(guó)在管道缺陷檢驗(yàn)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面取得了一定的進(jìn)步和成績(jī)，但是也存在諸多的不足，迫切需要我們?cè)谠谐煽?jī)的基礎(chǔ)上更加努力，不斷創(chuàng)新，并引進(jìn)、吸收外國(guó)先進(jìn)的檢驗(yàn)手段和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，加以消化、吸收，再結(jié)合我國(guó)的實(shí)情進(jìn)行必要?jiǎng)?chuàng)新和改進(jìn)。