安全閥RBI結(jié)果在石化行業(yè)的應用與經(jīng)濟性分析

林建東,喬光譜

(1.福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建泉州 362800;2.合肥通用機械研究院有限公司，合肥 230031)

0 引言

安全閥是一種用來防止受壓設(shè)備發(fā)生超壓事故的安全保護裝置，在使用過程中必須滿足準確開啟、穩(wěn)定排放、及時關(guān)閉、密封可靠的要求。某公司是一家擁有煉油能力1 400萬噸/年，乙烯產(chǎn)能110萬噸/年，芳烴產(chǎn)能77萬噸/年的大型石油化工一體化公司，按照“宜烯則烯、宜芳則芳、宜油則油”的原則，實現(xiàn)煉油、芳烴與乙烯一體化，同時擁有一套以脫油瀝青為原料,POX部分氧化技術(shù)的IGCC裝置公用工程島，為一體化裝置提供氫氣、蒸汽和電能。該公司一體化項目自2009年6月建成投產(chǎn)，2013年乙烯脫瓶頸建設(shè)，已累計運行約11年。裝置運行周期達到5年一大修，之前安全閥每年一校驗，花費大量的檢維修費用和人力資源，急需一種新技術(shù)以改變現(xiàn)有的安全閥校驗策略，提高風險管理的水平。

從國內(nèi)首套裝置實施基于風險的檢驗(RBI)技術(shù)至今，該技術(shù)已在國內(nèi)推廣應用20余年。RBI技術(shù)在安全閥評估上的應用,不僅提高了定期檢驗維護的針對性和有效性，同樣對于企業(yè)風險管理水平的提高，管理費用的優(yōu)化配置，裝置的長周期運行也有促進作用[1-6]。

1 法規(guī)要求

1999年頒布的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[7]中要求安全閥一般每年至少校驗一次，同時要報省級安全監(jiān)察機構(gòu)審批。TSG R7001—2004 《壓力容器定期檢驗規(guī)則》規(guī)定：經(jīng)過使用單位技術(shù)負責人批準，可以適當延長校驗周期，但是，應當將延期校驗情況書面告知發(fā)證機構(gòu)；GB/T 26610—2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風險的檢驗實施導則》[8-9]中給出了安全閥基于風險的檢驗策略；TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[10]融合了7個標準，包括使用管理規(guī)則、定期檢驗及安全附件等，刪去了安全閥延長校驗周期需要告知政府的條款。

該公司安全閥一般每年校驗一次，每臺安全閥都有一一對應的維修記錄，積累了安全閥使用和維修的大量歷史數(shù)據(jù)。近幾年該公司安全閥一次定壓合格率不斷提高，為開展安全閥RBI評估工作創(chuàng)造條件。

2 安全閥的RBI評估技術(shù)

RBI技術(shù)是一種優(yōu)化檢維修策略的方法，其基礎(chǔ)理念是實現(xiàn)裝置安全性與運行檢維修經(jīng)濟性相統(tǒng)一，其準確性和可實施性解決了裝置長周期運行的困擾，特別是安全閥RBI技術(shù)的多年工程應用，其成果已逐步得到業(yè)界的認可，并在國內(nèi)外迅速發(fā)展。

RBI定義的風險由兩個部分組成，即危險事件發(fā)生的可能性(失效概率)和危險事件發(fā)生所產(chǎn)生的后果(失效后果)。風險大小可以用下面公式[11]描述：

安全閥風險=失效概率×失效后果

2.1 安全閥失效可能性確定

對于在役承壓系統(tǒng)中的安全閥，其主要的失效模式分為兩大類：開啟失效(超壓開啟、提前開啟等)和泄漏失效。

根據(jù)安全閥失效狀況調(diào)查結(jié)果，安全閥在使用中可能的失效模式主要分為以下6種： 安全閥運動件黏死而無法開啟；安全閥腔體堵塞而無法開啟；安全閥運動件黏附，開啟壓力升高；安全閥彈簧斷裂無法關(guān)閉；安全閥開啟壓力降低；密封面泄漏。文獻[12]給出了不同失效模式安全閥的失效分布，如圖1所示。

圖1 不同失效模式安全閥的失效分布

根據(jù)2019年安全閥校驗記錄，安全閥失效集中在開啟壓力降低(4.4%～6.5%)，嚴重泄漏(主要集中在蒸汽安全閥)；安全閥開啟壓力(較文獻[10]統(tǒng)計結(jié)果低，實際值約1%，這與蒸汽質(zhì)量和安全閥投用時間長短有關(guān))升高、安全閥彈簧斷裂低于5例。根據(jù)GB/T 26610.4—2014[13]，安全閥失效有兩種可能性。安全閥開啟失效可能性和安全閥泄漏可能性，安全閥開啟失效可能性(POFOD)計算方法：

(1)

式中t——校驗周期；

η，β——Weibull 特征壽命參數(shù)、形狀參數(shù)。

2.2 安全閥失效后果確定

(2)

2.3 安全閥校驗時間確定原則

安全閥是防止壓力容器和管道在生產(chǎn)過程中發(fā)生超壓事故的安全泄壓裝置，其中彈簧直接載荷式安全閥使用最為普遍。根據(jù)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[10]和TSG ZF001—2006《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[14]的規(guī)定，對滿足相關(guān)條件的安全閥可適當延期校驗?；赗BI方法開展在役安全閥的風險評價，根據(jù)風險的高低，對安全閥進行合理分類，按照風險等級確定其校驗周期：對于風險高的重點檢查，校驗周期縮短；風險低的安全閥采取適當延長其停機校驗周期的檢驗策略。

3 安全閥RBI評估結(jié)果

3.1 風險等級情況

2019年公司委托具有資質(zhì)的合肥通用機械研究院特種設(shè)備檢驗站有限公司對煉油一、煉油二、烯烴、芳烴、聚烯烴、公用工程等6個業(yè)務(wù)團隊開展安全閥RBI評估，共計評估3 189臺。每個業(yè)務(wù)團隊安全閥RBI評估清單見表1。

表1 安全閥評估清單

通過RBI評估，得到所評估3 189臺安全閥分別在2020年、2021年、2022年及2023年的風險分布情況，其對應的風險矩陣見圖2。

(a)2020年

隨著時間的推移,安全閥因為所處服役環(huán)境沒有改變，失效后果不變；而失效可能性會逐步變大,在矩陣圖上表現(xiàn)為每一列數(shù)據(jù)逐漸向上遷移。根據(jù)評估結(jié)果，得到該3 189臺安全閥的風險等級分布，見圖3。

圖3 安全閥風險等級統(tǒng)計

3.2 經(jīng)濟性分析

從安全閥RBI評估結(jié)果可以得出，高風險比例占3.57%；中高風險比例占20.53%；中風險比例占40.63%；低風險比例占35.27%。

結(jié)合安全閥的介質(zhì)特點、腐蝕情況、歷史運行和維修記錄，根據(jù)評估年份所對應的風險等級，若安全閥的風險為低風險，則校驗周期最長一般不超過4年；若安全閥的風險為中風險，則校驗周期一般為3年；若安全閥的風險為中高風險，則校驗周期一般為2年；若安全閥的風險為高風險，則校驗周期一般為1年。6個團隊安全閥RBI評估后，安全閥校驗周期調(diào)整如表2所示。

表2 安全閥校驗周期調(diào)整統(tǒng)計

安全閥延期檢驗為公司節(jié)約檢維修費用、安全閥校驗人工時和操作員人工時，具體的節(jié)約費用及人工時見表3。

表3 安全閥RBI評估節(jié)約的費用及人工時

注：節(jié)約檢維修費用包括吊裝費、拆裝費、材料費及腳手架費用；節(jié)約校驗人工時是指對安全閥解體、研磨、恢復及定壓時間的總和，每臺按3個人工/時；節(jié)約操作員人工時指開具作業(yè)票、安全閥切出、排空、氣體檢測、投用及打鉛封時間的總和，每臺按1.5個人工/時；作業(yè)票包括一般作業(yè)票、打開設(shè)備作業(yè)票、吊裝作業(yè)票、高處作業(yè)票、腳手架作業(yè)票

由于一年內(nèi)需要校驗的安全閥數(shù)量大幅減少，相較于之前一年一校的管理理念，通過安全閥風險評估對一些低風險、低失效后果安全閥采取延長校驗的方法，使得2020年全年預計節(jié)約檢維修費用近475.4萬元，即使根據(jù)評估結(jié)果到期校驗后繼續(xù)按照一年一校的要求進行校驗，第4年仍能節(jié)約11.2萬元的檢維修費用，同時，人工成本大幅減少，節(jié)約下來的人力資源可以專注于高風險、高失效安全閥的管理維護，提高生產(chǎn)裝置的管理水平，保障裝置的長周期安全運行。

4 結(jié)論

(1)基于風險管理的理念，安全閥的日常管理引入定量RBI的分析方法，從每臺安全閥的失效可能性及失效后果來得到優(yōu)化的校驗周期，可作為安全閥延期校驗依據(jù)，避免低風險安全閥重復校驗所占用的大量財力、物力、人力，使企業(yè)有更多的精力來進行高風險區(qū)域設(shè)備的安全管理。

(2)基于風險的安全閥校驗管理，可大大降低檢維修費用，文中一年期安全閥檢維修費用可節(jié)約近475.4萬元，大批量安全閥的風險評估經(jīng)濟效益愈發(fā)明顯，且人力資源得到解放，節(jié)約下來的有限資源用于高風險安全閥的管理，可提高企業(yè)資源配置，保障裝置運行的本質(zhì)安全。

(3)對于目前的大型煉化企業(yè)，無論是裝置生產(chǎn)的連續(xù)性的要求，還是長周期運行的需要，都使得安全閥風險評估技術(shù)的合理運用變得更加具有實際意義。