基于風險的檢驗（RBI）在苯乙烯裝置的應用

侯成寶，梁建活，武法光，紀艷達，王晨光，種道聽

（中國特種設備檢測研究院， 北京 100029）

某化工廠苯乙烯裝置于2018年4月進行了RBI評估，根據風險水平制定優(yōu)化的RBI檢驗策略，并于2018年10-12月根據RBI評估提供的檢驗策略對該裝置的壓力容器、壓力管道實施了檢驗，通過檢驗結果，結合裝置的工藝、物流、腐蝕性介質及運行工況，驗證壓力容器及壓力管道潛在的失效機理。2019年2月對該裝置進行RBI再評估；根據潛在的失效機理與風險再評估結果驗證設備風險水平是否在可接受準則之下，對風險水平較高的單元提出在線降風險策略，實現承壓設備依據風險水平實施檢驗、管理與維護的問題[1-4]。同時根據現場檢驗結果對裝置風險水平進行修正，驗證檢驗的有效性，實現裝置的長周期安全運行目標。

1 首次風險評估（RBI）分析

1.1 設備基本狀況

首次評估所涉及的特種設備壓力容器共107臺，壓力管道共2749條，其中容器劃分為257個評估單元，管道劃分為2749個評估單元。

1.2 損傷機理分析

根據物流種類及腐蝕流分析，同時考慮設備及管道的操作工況、材質的腐蝕敏感性，綜合分析苯乙烯裝置承壓設備存在以下損傷模式[5]：腐蝕減薄、環(huán)境開裂、機械損傷及其他損傷。

每一類損傷模式都存在多種損傷機理，苯乙烯裝置中各損傷模式下對應的損傷機理見表1。

1.3 風險分析結果

1.3.1 定期檢驗時間點的風險

表1 裝置設備和管道主要潛在的損傷機理分布表

圖1給出苯乙烯裝置承壓設備2018年10月31日安全風險評估結果，圖中紅色部位為高風險，橘黃色部位為中高風險，黃色部位為中風險，綠色部位為低風險。由圖1可見，裝置3006個評估單元中無高風險評估單元，中高風險評估單元有78個，中風險評估單元1182個，低風險評估單元1746個。失效可能性等級為4的評估單元有171個，失效可能性等級為3的評估單元有86個，失效可能性等級為2的評估單元有178個，其余評估單元的失效可能性等級為1。

苯乙烯裝置下次計劃定期檢驗安排在2023年10月31日，在不檢驗的情況下，到2023年10月31日苯乙烯裝置的風險水平見圖2。

圖1 裝置承壓設備2018年10月31日安全風險評估結果

由圖2可見，在不檢驗的前提下，到2023年10月31日，裝置3006個評估單元中高風險評估單元有16個，中高風險評估單元有545個，中風險評估單元1172個，低風險評估單元1273個。隨著服役時間的延長，裝置中評估單元的失效可能性等級有所提高，到2023年10月31日，裝置中失效可能性等級為5的評估單元有160個，失效可能性等級為4的評估單元有823個，失效可能性等級為3的評估單元有302個，失效可能性等級為2的評估單元有351個，其余評估單元的失效可能性等級為1。

圖2 裝置承壓設備2023年10月31日安全風險評估結果

2 檢驗情況及發(fā)現的問題

在首次RBI評估中，苯乙烯裝置承壓設備包括壓力容器107臺，壓力管道2749條，2018年10-12月根據檢驗策略實施了檢驗，在檢驗過程中通過核實，最終確定壓力容器臺數不變，壓力管道數量為2750條。

壓力容器主要檢驗項目為宏觀檢驗、壁厚測定、表面缺陷檢測、埋藏缺陷檢測、安全附件檢驗為主，脫氫反應器進行金相檢測等；壓力管道主要檢驗項目為宏觀檢驗、壁厚測定、安全附件檢驗為主，過熱蒸汽管道部分進行金相檢測等。

苯乙烯裝置壓力容器和壓力管道現場檢驗共發(fā)現22處超標缺陷，表2是其中發(fā)現的幾例典型問題。

表2 苯乙烯裝置檢驗發(fā)現的幾例典型問題

2 1050-P-1130325規(guī)格DN1050×23.81，材質800HT，金相檢測發(fā)現大小頭母材/大小頭熱影響區(qū)金相檢測位置均發(fā)現有蠕變損傷腐蝕孔洞及龜裂狀沿晶裂紋，直管母材發(fā)現有蠕變損傷腐蝕孔洞，直管熱影響區(qū)及焊縫均發(fā)現有龜裂狀沿晶裂紋回路11-16，過熱蒸汽，主要損傷機理為高溫蠕變3 200-HC-1120301規(guī)格DN200×8.2管壁減薄，測厚最小值3.0mm，彎頭根據管檢規(guī)3年不通過，如滿足檢驗周期3年（按原參數繼續(xù)使用）需更換5處彎頭回路11-51，高壓凝液，主要損傷機理為沖刷、鍋爐冷凝水腐蝕4 150-PC-1130008規(guī)格DN150×7.1管壁減薄，測厚最小值3.1mm，彎頭、直管根據管檢規(guī)3年不通過，如滿足檢驗周期3年（按原參數繼續(xù)使用）需更換6處彎頭和5處直管回路11-58，工藝凝液，主要損傷機理為沖刷、酸性水腐蝕5 11-E-2003 管程內部嚴重腐蝕，發(fā)現2處宏觀裂紋最長約L=55mm，壁厚實測最小值4.0mm脫氫組分塔塔頂成分含有酸性介質和氯離子，損傷機理為酸性水腐蝕、氯化物應力腐蝕開裂

3 評估結果驗證

依據停機定期檢驗的情況，對評估結果進行驗證。

3.1 損傷機理驗證

在停車檢修期間，通過定期檢驗，發(fā)現了在風險評估中提到的損傷機理，證明了評估結果和現場檢驗情況是一致的，詳見表3。

表3 苯乙烯裝置損傷機理驗證

3.2 損傷速率驗證

3.2.1 腐蝕速率的驗證

首次評估時，容器和管道的腐蝕速率均取往年測厚數據和專家腐蝕速率，定期檢驗完畢后，對設備的腐蝕速率進行了計算，并與初評的腐蝕速率進行比較：

（1）通過查閱2014年及2018年定期檢驗報告，整理相關測厚數據，可知壓力容器不存在明顯腐蝕減薄，在再評估中降低容器的專家腐蝕速率。

（2）壓力管道，綜合實測數據，計算其實測腐蝕速率，經過和專家腐蝕速率比較之后發(fā)現：大部分管道的腐蝕速率差都在絕對值0.2mm/y之內，表現出了RBI專家腐蝕速率與定檢測厚腐蝕速率吻合良好，通過不斷檢測，不斷對比，RBI計算采用的腐蝕速率會越來越接近管道真實的腐蝕速率，從而得到的管道的風險值越來越接近管道的真實風險值。

3.2.2 開裂敏感性驗證

在定期檢驗中，回路11-16經PT檢測發(fā)現多條管道存在裂紋，驗證其存在蠕變損傷，在后續(xù)維護中應多關注。裝置中11-E-2003經宏觀檢驗發(fā)現裂紋，回路11-6中304材質管道PT檢測一焊口發(fā)現3處裂紋缺陷，驗證其存在氯化物應力腐蝕開裂。

4 風險再評估（RBI）分析

再評估壓力容器共107臺，壓力管道共2750條；容器劃分為257個評估單元，管道劃分為2750個評估單元。

4.1 再評估時間點的風險

圖3給出苯乙烯裝置2019年2月1日安全風險評估結果，圖中紅色部位為高風險，橘黃色部位為中高風險，黃色部位為中風險，白色部位為低風險。由圖3可見，裝置中3007個評估單元中無高風險評估單元，中高風險評估單元20個，中風險評估單元1209個，低風險評估單元1778個。失效可能性等級為4的評估單元有92個，失效可能性等級為3的評估單元有72個，失效可能性等級為2的評估單元有114個，其余評估單元的失效可能性等級為1。

圖3 裝置2019年2月1日安全風險評估結果

4.2下次計劃定期檢驗時間點的風險

苯乙烯裝置下次計劃定期檢驗安排在2023年10月31日，在經過實施檢驗后，到2023年10月31日苯乙烯裝置的風險水平見圖4。

由圖4可見，經過2018年10月現場實施檢驗后，到2023年10月31日，裝置中3007個評估單元中無高風險評估單元，中高風險評估單元有97個，中風險評估單元1286個，低風險評估單元1624個。隨著服役時間的延長，裝置中評估單元的失效可能性等級有所提高，到2023年10月31日，裝置中失效可能性等級為5的評估單元有23個，失效可能性等級為4的評估單元有277個，失效可能性等級為3的評估單元有96個，失效可能性等級為2的評估單元有385個，其余評估單元的失效可能性等級為1。

圖4 裝置2023年10月31日安全風險評估結果

4.3 風險分析對比

根據RBI評估報告，在檢驗實施前時間點（2018年10月31日）和不檢驗的情況下下次計劃檢驗時間點（2023年10月31日）與檢驗實施后時間點（2019年2月1日）和下次計劃檢驗時間點（2023年10月31日）各風險水平所占比例對比見表4。

表4 裝置檢驗前后各風險占比對比

檢驗檢測可以提高預測損傷機理、損傷速率的能力，降低失效發(fā)生的不確定度，同時對發(fā)現存在的超標缺陷進行更換或實施減緩措施，可直接降低失效的概率。由表4可知，經過現場實施檢驗檢測，到下次計劃檢驗時間點，裝置高風險單元占比由0.53%下降到0，中高風險單元占比由18.13%下降到3.23%。

5 結論

（1）依據檢驗策略對裝置進行檢驗，將檢驗結果與評估結果、損傷機理分析進行相互驗證，可為裝置腐蝕檢測和設備維護提供合理建議。

（2）對比檢驗前后風險水平情況，經現場實施檢驗檢測后，到下次計劃檢驗時間點，裝置高風險單元占比由0.53%下降到0，中高風險單元占比由18.13%下降到3.23%；由此可見，通過檢驗檢測，有效地降低了設備的運行風險。

（3）通過對比檢驗情況與風險評估結果，發(fā)現裝置檢出的問題情況與風險評估的損傷機理基本吻合，建議裝置管理人員根據風險評估結果和全面檢驗情況對裝置中的中高風險以上設備重點管理，落實降險措施，做好日常巡檢等工作，從而實現裝置的長周期安全運行目標。

◆參考文獻

[1] GB/T 26610.1-2011，承壓設備系統基于風險的檢驗實施導則 第1部分：基本要求和實施程序[S].

[2] GB/T 26610.2-2014，承壓設備系統基于風險的檢驗實施導則 第2部分：基于風險的檢驗策略[S].

[3] 康強利. 苯乙烯裝置腐蝕分析及腐蝕監(jiān)測設置[J].石油化工設備，2017，46(4)：39-45.

[4] 孫新文. 風險評估（RBI）在石化特種設備管理中的應用展望[J].石油化工設備技術，2006，27(3)：33-35[5] GB/T 30579-2014，承壓設備損傷模式識別[S].