石化企業(yè)特種設(shè)備檢驗(yàn)的策略與方法

張 健 樊亞軍

（中國石油蘭州石化公司）

石化企業(yè)的特種設(shè)備是其日常管理的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，尤其是煉化工藝流程中的壓力容器和管道管件。 現(xiàn)有的檢驗(yàn)規(guī)程規(guī)定對(duì)容器焊縫和管道管件在全面檢驗(yàn)時(shí)按需抽查，適度擴(kuò)探。 檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性往往由檢驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)與業(yè)務(wù)水平的高低來決定，不確定因素很多，導(dǎo)致檢驗(yàn)后的壓力容器和管道管件在未抽查部位可能存在缺陷和風(fēng)險(xiǎn)。 為此，筆者認(rèn)為在現(xiàn)有法規(guī)要求和貫徹執(zhí)行的銜接、落實(shí)過程中，有必要在檢驗(yàn)時(shí)引入基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)（RBI）技術(shù)，來完善過程控制和檢驗(yàn)效果。

1 現(xiàn)有設(shè)備檢驗(yàn)中的不足

1.1 檢驗(yàn)過程無法達(dá)到全覆蓋

根據(jù)法規(guī)要求： 壓力容器定期檢驗(yàn)項(xiàng)目，以宏觀檢查、壁厚測定、表面缺陷檢測和安全附件檢驗(yàn)為主，必要時(shí)增加埋藏缺陷檢測、材料分析、密封緊固件檢驗(yàn)、強(qiáng)度校核、耐壓試驗(yàn)及泄漏試驗(yàn)等項(xiàng)目［1］；工業(yè)管道的全面檢驗(yàn)項(xiàng)目以宏觀檢驗(yàn)、壁厚測定和安全保護(hù)裝置的檢驗(yàn)為主，必要時(shí)增加表面缺陷檢測、埋藏缺陷檢測、材料分析、耐壓強(qiáng)度校核、應(yīng)力分析、耐壓試驗(yàn)及泄漏試驗(yàn)等項(xiàng)目［2］。 同時(shí)，法規(guī)對(duì)檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)方法及抽檢比例等均有明確的要求。 但是，在實(shí)際執(zhí)行過程中，受現(xiàn)場條件、選點(diǎn)代表性、覆蓋面、檢驗(yàn)員的經(jīng)驗(yàn)及其責(zé)任心等因素的影響，在一次甚至數(shù)次檢驗(yàn)過程中均未達(dá)到真正的全覆蓋。

1.2 過度檢驗(yàn)仍無法避免突發(fā)事件

石化企業(yè)的日常管理和檢驗(yàn)，通常采取增加巡檢頻次、分級(jí)分批提高檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及擴(kuò)大檢驗(yàn)抽檢比例等方法，但實(shí)踐中仍不能有效避免突發(fā)事故（件）的發(fā)生。 以某石油化工廠為例，壓力容器基本可實(shí)現(xiàn)3～4 年全覆蓋檢驗(yàn)，管道管件尤其是互供管道檢驗(yàn)周期甚至縮短到了半年至一年全覆蓋檢驗(yàn)， 使得管理難度和檢驗(yàn)費(fèi)用不斷增加，也沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的百分之百杜絕異常泄漏。 表1 為2014～2016 年間某乙烯裝置管道泄漏故障統(tǒng)計(jì)。

表1 某乙烯裝置管道泄漏故障統(tǒng)計(jì)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)管道事故原因受設(shè)計(jì)、制造、管理、安裝及腐蝕等因素影響（圖1），較為復(fù)雜［3］?，F(xiàn)實(shí)中，裝置存在的原始缺陷與運(yùn)行中的新生缺陷相互疊加，管件、螺栓等元件選材錯(cuò)誤導(dǎo)致的外部腐蝕和強(qiáng)度降低，部分管件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行前存在安裝施工、更新更換及技術(shù)改造等不規(guī)范問題。

圖1 石化企業(yè)管道事故原因各因素的占比

1.3 檢驗(yàn)方案缺乏針對(duì)性

相關(guān)法規(guī)要求特種設(shè)備檢驗(yàn)前，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)壓力容器的使用情況、 損傷模式和失效模式，依據(jù)規(guī)則要求制訂檢驗(yàn)方案，檢驗(yàn)方案由檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)授權(quán)的技術(shù)負(fù)責(zé)人審查批準(zhǔn)并嚴(yán)格執(zhí)行，對(duì)于有特殊情況的壓力容器檢驗(yàn)方案，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)還應(yīng)征求使用單位的意見。 檢驗(yàn)前，檢驗(yàn)人員一般需要審查設(shè)計(jì)、制造（含現(xiàn)場組焊）、壓力容器安裝竣工、改造（或重大維修）及使用管理的資料等［1，2］。

實(shí)際檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，檢驗(yàn)單位制訂的檢驗(yàn)方案在合規(guī)合法方面較全面、細(xì)致，尤其是通用條件下的檢驗(yàn)適用性較好。 但是，對(duì)于裝置上一周期的運(yùn)行情況、現(xiàn)場實(shí)際條件以及介質(zhì)特性等的了解，檢驗(yàn)人員在短時(shí)間內(nèi)無法達(dá)到裝置維護(hù)人員同等的熟知程度，因此該檢驗(yàn)方案對(duì)于現(xiàn)場實(shí)際的檢測方法、選點(diǎn)的針對(duì)性均有欠缺。

1.4 使用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與檢驗(yàn)過程脫節(jié)

特種設(shè)備的全過程管理當(dāng)中，使用單位側(cè)重于使用管理、安全管理、合規(guī)操作和日常檢查，它是使用安全管理的主體責(zé)任單位，過分強(qiáng)調(diào)合規(guī)管理，但在檢查記錄、異常分析和檢驗(yàn)參與度方面均有不足； 檢驗(yàn)單位則受委托以資料審查、依規(guī)檢驗(yàn)為主。 兩者缺乏信息共享和互動(dòng)交流，沒有形成特種設(shè)備的日常管理、風(fēng)險(xiǎn)防控、定期檢驗(yàn)和監(jiān)控運(yùn)行的全過程共同管理機(jī)制。

1.5 監(jiān)護(hù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控不到位

對(duì)于容器管道檢驗(yàn)，即使發(fā)現(xiàn)缺陷，風(fēng)險(xiǎn)管控也存在一定的管理缺失。 《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程——工業(yè)管道》中規(guī)定，壓力管道安全狀況等級(jí)是Ⅳ級(jí)的，應(yīng)當(dāng)對(duì)缺陷進(jìn)行處理后才能繼續(xù)使用，但因工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性，往往會(huì)出現(xiàn)Ⅳ級(jí)管線沒有及時(shí)切出消除缺陷而實(shí)施短期監(jiān)控運(yùn)行的情況，而現(xiàn)行的管理制度并未對(duì)監(jiān)控內(nèi)容和風(fēng)險(xiǎn)削減措施做出相關(guān)規(guī)定，以致于各單位編寫的監(jiān)控方案內(nèi)容差別較大，有的甚至無法滿足管線監(jiān)控風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)際作用，使得監(jiān)護(hù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的管控不到位。

2 在役特種設(shè)備常見失效模式

經(jīng)故障統(tǒng)計(jì)與現(xiàn)場年度檢查發(fā)現(xiàn)，壓力容器和管道外腐蝕造成的強(qiáng)度降低或減薄泄漏，構(gòu)成了焊縫原始缺陷以外的主要失效形式。

2.1 碳鋼材料保溫層下腐蝕泄漏風(fēng)險(xiǎn)

保溫層下腐蝕主要腐蝕形態(tài)為均勻減薄和點(diǎn)蝕凹坑，發(fā)生腐蝕的原因普遍是防腐保溫層和金屬保護(hù)層施工質(zhì)量和選材不達(dá)標(biāo)所致［4］。 甚至有些在使用過程中發(fā)生變形或保溫破損，導(dǎo)致水分滲入保溫材料，在金屬和保溫材料間形成薄層電解質(zhì)溶液，為電化學(xué)腐蝕提供了條件：陽極反應(yīng)生成的Fe2+與陰極反應(yīng)生成的OH-生成次生反應(yīng)產(chǎn)物Fe（OH）2，F(xiàn)e（OH）2在氧氣的作用下繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，生成最終腐蝕產(chǎn)物Fe（OH）3和Fe3O4，這些腐蝕產(chǎn)物比較疏松，缺乏保護(hù)性，腐蝕介質(zhì)很容易通過腐蝕產(chǎn)物繼續(xù)腐蝕金屬本體，所以金屬本體一旦發(fā)生了腐蝕，就會(huì)持續(xù)不斷地進(jìn)行下去。 同時(shí)，大氣和保溫材料的腐蝕介質(zhì)溶解到薄層水膜中也促進(jìn)了腐蝕狀態(tài)的發(fā)展。

2.2 容器管道上小接管缺陷

過去，由于小接管在設(shè)計(jì)、施工、檢驗(yàn)和運(yùn)行維護(hù)管理中常常被忽略， 現(xiàn)場臨時(shí)增加較多，小接管根部沒有支管臺(tái)或厚壁管，直接在主管道上開孔焊接。 由于原始防腐層破壞，局部更換的管件未做防腐處理，運(yùn)行過程中這些部位均易發(fā)生腐蝕（圖2）。

2.3 管托處的局部腐蝕缺陷

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，管托處由于焊接、防腐處理及積水等原因， 使用中易產(chǎn)生腐蝕凹坑或鋼材減?。▓D3），常規(guī)檢測難于發(fā)現(xiàn)，因而危害性較大，很多故障因此而引起的。

2.4 碳四類管道露點(diǎn)腐蝕

圖2 小接管根部腐蝕形貌

圖3 管托處腐蝕形貌

丙烯、丁二烯及丁烯-1 等碳四類介質(zhì)溫度在0～15℃，管壁表面常年有凝結(jié)水，保溫棉里Cl-和O2溶解濃縮發(fā)生嚴(yán)重的外壁整體腐蝕。圖4 所示的腐蝕泄漏發(fā)生在主管線的分支處，明顯看到支管前后約300mm 的范圍內(nèi)發(fā)生了嚴(yán)重的保溫層下腐蝕。 現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)金屬保護(hù)層遇障礙的開口處未采取任何密封防水措施， 在0℃附近運(yùn)行導(dǎo)致大量水分沿開口處進(jìn)入保溫層，為保溫層下的露點(diǎn)腐蝕提供了充分的條件。

圖4 丙烯管線保溫層下腐蝕形貌

2.5 高低溫交變的再生管線外表腐蝕

部分反應(yīng)器相連管道在低溫正常運(yùn)行和高溫再生切換過程中，空氣中的氧氣不斷地被吸附和釋放在管道表面， 發(fā)生嚴(yán)重的表面氧化腐蝕。圖5 所示的管線處于典型的保溫層腐蝕環(huán)境的操作區(qū)間，正常操作過程中，水分通過破壞的金屬保護(hù)層滲入保溫材料，在金屬表面成膜并產(chǎn)生腐蝕。 再生過程中溫度升高金屬表面的水分被蒸干后，腐蝕介質(zhì)得到濃縮和積聚，當(dāng)正常操作溫度降到50℃， 水分再次進(jìn)入并浸濕保溫層后，該處的腐蝕速率最大，腐蝕最嚴(yán)重。 經(jīng)過反復(fù)的升溫和降溫最終導(dǎo)致該處腐蝕減薄嚴(yán)重，強(qiáng)度下降而遭到破壞。

圖5 再生管線外表腐蝕形貌

2.6 特殊部位腐蝕

保溫層與防腐層局部脫落的部位，如管道的低點(diǎn)部位、管道穿平臺(tái)部位等，檢測過程中容易被忽略或因檢測困難而不常被選點(diǎn)，加之常年受雨水的侵蝕和空氣中的氧氣濃縮而發(fā)生局部腐蝕（圖6）。

圖6 特殊部位腐蝕形貌

3 檢驗(yàn)策略與方法

3.1 吸收基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)（RBI）核心思想

RBI 技術(shù)是以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)， 對(duì)檢測程序進(jìn)行優(yōu)化和管理的方法。 通過有效的基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)使得在當(dāng)前檢測水平下有利于風(fēng)險(xiǎn)降低。RBI 根據(jù)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，從經(jīng)濟(jì)、健康、安全和環(huán)境的角度，給出一個(gè)明確的檢測程序，使檢測和管理行為更加集中且有效。 在很多情況下，除了降低風(fēng)險(xiǎn)和過程安全改進(jìn)措施外，RBI 檢測程序可以節(jié)約大量成本。 筆者引用基于RBI 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的3 個(gè)要素——RBI 危險(xiǎn)的辨識(shí)、RBI 失效概率的評(píng)估（LOF）和RBI 失效后果評(píng)估（COF），用以確定容器（包括管道）的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，為檢驗(yàn)單位制訂“檢驗(yàn)什么”和“什么時(shí)候檢驗(yàn)”的建議-風(fēng)險(xiǎn)提示。

3.2 引入個(gè)性化檢驗(yàn)的理念制訂實(shí)施細(xì)則

針對(duì)以上失效模式分析，結(jié)合RBI 的核心理念，將使用單位的現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)排查的提示與檢測單位的針對(duì)性檢測相結(jié)合，有效利用使用單位對(duì)現(xiàn)場狀況和操作過程熟悉的優(yōu)勢與檢測單位專業(yè)技術(shù)的優(yōu)勢，采取個(gè)性化定制的策略，引入個(gè)性化檢驗(yàn)的理念制訂實(shí)施細(xì)則。 《細(xì)則》針對(duì)管道檢驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作到檢驗(yàn)后期處理的全過程都提出了詳細(xì)的要求，內(nèi)容涉及設(shè)備、生產(chǎn)工藝及安全環(huán)保等各專業(yè)領(lǐng)域，以提高每臺(tái)特種設(shè)備檢驗(yàn)的針對(duì)性和實(shí)效性，既減少失檢漏檢現(xiàn)象與突發(fā)泄漏風(fēng)險(xiǎn)，又避免過度檢驗(yàn)和高額檢測費(fèi)用的發(fā)生；既克服了以前檢驗(yàn)過程中存在的不足，又達(dá)到了強(qiáng)專業(yè)強(qiáng)基礎(chǔ)的目的。

3.3 形成“四檢一護(hù)”管理創(chuàng)新工作方法

為適應(yīng)國家法律、風(fēng)險(xiǎn)受控和企業(yè)經(jīng)營業(yè)績的要求， 筆者在總結(jié)以上經(jīng)驗(yàn)做法的基礎(chǔ)上，制訂了“四檢一護(hù)”管理創(chuàng)新工作方法，形成了日常管理、風(fēng)險(xiǎn)防控、定期檢驗(yàn)和特護(hù)運(yùn)行的全過程管理機(jī)制。

“四檢一護(hù)”管理體系中，“四檢”是指工藝操作人員日常巡檢+設(shè)備管理人員月檢+在線年檢+檢測單位全面檢驗(yàn)，“一護(hù)”是指Ⅳ級(jí)容器和管線的特級(jí)維護(hù)管理。

4 結(jié)束語

結(jié)合特種設(shè)備管理和檢驗(yàn)相關(guān)法規(guī)的要求，分析石化企業(yè)在役特種設(shè)備管理現(xiàn)狀、共性原因和失效模式，吸收基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)（RBI）核心思想，在定期檢驗(yàn)規(guī)則的基礎(chǔ)上引入個(gè)性化檢驗(yàn)的理念，將使用單位的現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)提示與檢測單位的針對(duì)性檢測相結(jié)合，以提高特種設(shè)備檢驗(yàn)的針對(duì)性和實(shí)效性， 減少失檢漏檢現(xiàn)象和突發(fā)泄漏風(fēng)險(xiǎn)，并通過歸納總結(jié)形成了“四檢一護(hù)”管理創(chuàng)新工作方法。

“四檢一護(hù)”管理體系的創(chuàng)建與實(shí)施，彌補(bǔ)了原有檢驗(yàn)和管理中的漏洞，現(xiàn)已成為石化企業(yè)特種設(shè)備全過程管理的重要組成部分，形成了全員參與和群策群力的良好氛圍，并使石化企業(yè)特種設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)得到有效管控，專業(yè)管理水平明顯提升，在解決實(shí)際問題中堅(jiān)持“問題思維、缺陷管理、持續(xù)改進(jìn)”管理理念的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用技術(shù)的突破和管理創(chuàng)新。