基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的檢驗(yàn)在成套裝置檢驗(yàn)中的應(yīng)用

李趙

上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院（上海 200062）

基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的檢驗(yàn)（RBI）是以設(shè)備破壞引起的介質(zhì)泄漏為分析對(duì)象，以無損檢驗(yàn)為主要手段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和設(shè)備管理過程[1]，主要關(guān)注材質(zhì)劣化導(dǎo)致的設(shè)備損壞，通過針對(duì)性的檢驗(yàn)控制相應(yīng)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)，可以兼顧設(shè)備的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

傳統(tǒng)的檢驗(yàn)主要是從保證壓力容器安全的角度來制定相適應(yīng)的檢驗(yàn)方法、確定檢驗(yàn)周期，雖然在制定壓力容器的檢驗(yàn)計(jì)劃時(shí)也考慮了失效機(jī)理，但由于檢驗(yàn)人員技術(shù)水平的差異，所制定檢驗(yàn)方法的有效性、針對(duì)性、完整性并不理想[2]。而傳統(tǒng)的檢修計(jì)劃通常是停機(jī)后對(duì)壓力容器進(jìn)行100%的檢驗(yàn)，重點(diǎn)也不突出。同傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法和檢修計(jì)劃相比，RBI技術(shù)綜合考慮了被評(píng)估對(duì)象的安全性、經(jīng)濟(jì)性和潛在的失效風(fēng)險(xiǎn)，并根據(jù)不同容器的失效機(jī)理確定相應(yīng)的檢驗(yàn)策略。RBI風(fēng)險(xiǎn)分析對(duì)容器的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分類排序，識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)容器，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)因素提出針對(duì)性的檢驗(yàn)策略[3]。

某能源企業(yè)丙烷脫氫（PDH）及地面火炬、產(chǎn)品罐區(qū)聯(lián)合裝置，因?qū)嶋H生產(chǎn)及工藝方面的原因，無法對(duì)承壓設(shè)備進(jìn)行100%停車檢驗(yàn)，因此釆用基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的檢驗(yàn)方法。該項(xiàng)目采用“通用中特石化裝置工程風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)”，結(jié)合在RBI檢驗(yàn)工作中所積累的經(jīng)驗(yàn)，以容器中介質(zhì)腐蝕流為主線，分析介質(zhì)中有害相可能對(duì)容器造成的損害，計(jì)算壓力容器的失效可能性和后果，確定壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，分析產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的因素，找出可能發(fā)生失效的部位和原因，提出有針對(duì)性的預(yù)防措施。

1 裝置概況

1.1 裝置簡(jiǎn)介

該能源有限公司對(duì)PDH及地面火炬、產(chǎn)品罐區(qū)聯(lián)合裝置開展安全管理評(píng)價(jià)工作，滿足相關(guān)法規(guī)中RBI應(yīng)用條件的要求，申請(qǐng)進(jìn)行RBI檢驗(yàn)。本次RBI評(píng)估工作范圍為該聯(lián)合裝置11臺(tái)壓力容器，容器基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。

表1 容器基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

1.2 倉(cāng)儲(chǔ)單元

（1）工藝流程

倉(cāng)儲(chǔ)單元共涉及壓力容器5臺(tái)，評(píng)估容器為丙烯產(chǎn)品儲(chǔ)罐TK704E，丙烯產(chǎn)品儲(chǔ)罐TK704G，蒸發(fā)氣體（BOG）冷凝液緩沖罐V23002，分液罐V1311，水封罐V1312。TK704E與TK704G用于成品丙烯儲(chǔ)存，設(shè)計(jì)相同，正常液體溫度范圍為10～25℃，飽和蒸汽壓為0.68～1.07 MPa，球罐內(nèi)溫度超過30℃，會(huì)手動(dòng)打開噴水系統(tǒng)使其冷卻。高壓丙烯氣體和火炬氣經(jīng)過分液罐V1311進(jìn)行分液，氣相部分進(jìn)入水封罐，液相部分排出。壓縮BOG進(jìn)入BOG冷凝液緩沖罐V23002。

（2）評(píng)估對(duì)象可能損傷機(jī)理

壓力容器可能損傷機(jī)理為制造缺陷、機(jī)械疲勞、硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂、保溫層下腐蝕、大氣腐蝕、沖刷腐蝕、未知腐蝕等。

1.3 PDH一期單元

（1）工藝流程

PDH一期單元共涉及壓力容器4臺(tái)，評(píng)估容器為濕火炬分液罐V1301，干火炬分液罐V1302，氯化物處理器V107，廢堿液儲(chǔ)罐V115。氯化物處理器V107用于吸附反應(yīng)器流出物中的氯化物。廢堿液儲(chǔ)罐V115用來收集堿洗塔堿洗脫氣后的廢堿液，定期送至公用工程堿液處理單元。濕火炬系統(tǒng)帶有分液罐V1301，排入V1301的物料經(jīng)低壓蒸汽加熱后，分離的液相由凝液泵送至罐區(qū)，氣相排入火炬總管。干火炬系統(tǒng)帶有分液罐V1302，經(jīng)過甲醇汽化器加熱汽化后，氣相經(jīng)過熱器過熱后，排入火炬總管。

（2）評(píng)估對(duì)象可能損傷機(jī)理

壓力容器可能損傷機(jī)理為機(jī)械疲勞、大氣腐蝕、堿應(yīng)力腐蝕開裂、未知腐蝕等。

1.4 公用工程單元

（1）工藝流程公用工程單元涉及壓力容器2臺(tái)，評(píng)估容器為緩沖罐V1832，儀表空氣增壓罐V1805。緩沖罐V1832主要用于儲(chǔ)存液氮儲(chǔ)罐中的液氮經(jīng)汽化器汽化后的氮?dú)猓瑑x表空氣增壓罐V1805主要用于儲(chǔ)存儀表風(fēng)增壓機(jī)來的壓縮空氣，給生產(chǎn)用氣動(dòng)設(shè)備提供動(dòng)力。

（2）評(píng)估對(duì)象可能損傷機(jī)理

壓力容器可能損傷機(jī)理為機(jī)械疲勞、大氣腐蝕、未知腐蝕等。

2 定量風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果

2.1 風(fēng)險(xiǎn)分布

采用“通用中特石化裝置工程風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)”進(jìn)行分析，結(jié)合在RBI檢驗(yàn)工作中所積累的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),該裝置所包含的壓力容器在2021年度定期檢驗(yàn)之前的風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖如圖1所示。

圖1 壓力容器風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖

2.2 風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)

壓力容器風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)見表2。從表2可以看出，裝置所包括的壓力容器在2021年定期檢驗(yàn)之前，有2臺(tái)壓力容器處于中高風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)列為重點(diǎn)檢驗(yàn)設(shè)備。

表2 壓力容器風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì) 個(gè)

2.3 重點(diǎn)設(shè)備失效分析

2臺(tái)丙烯產(chǎn)品球罐TK704E，TK704G依據(jù)JB 4732—1995《鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 12337—2014《鋼制球形儲(chǔ)罐》設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)容積均為4 000 m3，容器內(nèi)徑為19 700 mm，工作壓力為1.65 MPa，工作溫度為-20～50℃，介質(zhì)為丙烯，材料為07MnCrMoVR，厚度為47 mm，腐蝕裕量為1.5 mm，最大允許充裝系數(shù)為0.9，設(shè)計(jì)使用年限為20年，現(xiàn)場(chǎng)組焊而成，2013年12月投入使用，運(yùn)行至檢驗(yàn)時(shí)未發(fā)生重大安全事故。根據(jù)GB 12337—2014，厚度大于38 mm的07MnCrMoVR鋼需要進(jìn)行565℃±20℃的熱處理，以消除焊接殘余應(yīng)力?，F(xiàn)場(chǎng)熱處理溫度過高很容易產(chǎn)生再熱裂紋，而熱處理溫度過低無法有效消除焊接殘余應(yīng)力，因此，該材料現(xiàn)場(chǎng)施工難度較大，焊接過程也容易產(chǎn)生缺陷。查詢安裝資料時(shí)，發(fā)現(xiàn)這兩臺(tái)球罐現(xiàn)場(chǎng)組焊后對(duì)埋藏缺陷的無損檢測(cè)并未采用傳統(tǒng)的射線檢測(cè)方法，而是采用100%超聲波衍射時(shí)差法（TOFD）。TOFD檢測(cè)雖然操作簡(jiǎn)單、掃查速度快、檢測(cè)效率高，但其對(duì)容器表面粗糙度要求較高，對(duì)環(huán)境的清潔度也有一定要求，近表面存在檢測(cè)盲區(qū)，且對(duì)圖像判讀需要較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。同傳統(tǒng)的射線探傷相比，雖然TOFD靈敏度更高，但對(duì)缺陷的顯示卻不夠直觀，對(duì)操作人員的技術(shù)和責(zé)任心有較高的要求。此外，球罐外部接觸大氣，且距離海邊較近，外部防腐層發(fā)生破損若不及時(shí)修復(fù)容易發(fā)生大氣腐蝕。丙烯球罐充裝較為頻繁，容易在幾何不連續(xù)及結(jié)構(gòu)不連續(xù)處發(fā)生交變載荷變化，可能產(chǎn)生機(jī)械疲勞，介質(zhì)中若H2S含量增多，還易產(chǎn)生H2S應(yīng)力腐蝕開裂。經(jīng)評(píng)估，該球罐可能存在制造缺陷、機(jī)械疲勞、H2S應(yīng)力腐蝕開裂、大氣腐蝕。因此，建議在檢驗(yàn)過程中對(duì)容易發(fā)生腐蝕的區(qū)域進(jìn)行測(cè)厚抽查，并在埋藏缺陷檢驗(yàn)中重點(diǎn)檢查容易發(fā)生缺陷的區(qū)域，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，在具備條件時(shí)及時(shí)開罐檢驗(yàn)；使用單位應(yīng)加強(qiáng)日常巡查和維護(hù)保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)問題立即停用。

3 檢驗(yàn)策略

（1）根據(jù)損傷機(jī)理和失效概率確定檢驗(yàn)項(xiàng)目和比例。

（2）壁厚是每次風(fēng)險(xiǎn)再評(píng)估的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，一般情況下，宏觀檢查和測(cè)厚是必做項(xiàng)目，測(cè)厚點(diǎn)數(shù)可根據(jù)減薄損傷系數(shù)和容器規(guī)格作適當(dāng)考慮。

（3）有應(yīng)力腐蝕開裂傾向的容器部件應(yīng)盡可能進(jìn)入容器內(nèi)對(duì)焊縫部位進(jìn)行熒光磁粉探傷，不能進(jìn)入容器內(nèi)部的應(yīng)在外壁進(jìn)行聲發(fā)射和超聲波(或射線)檢測(cè)。檢驗(yàn)有效性（比例）根據(jù)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)的高、中、低水平，分別選擇高效、中高效、中度有效3種類型。

（4）對(duì)于只有減薄可能的容器，主要進(jìn)行宏觀檢查和厚度測(cè)量。

（5）對(duì)于有外部腐蝕可能的容器，應(yīng)根據(jù)損傷因子的大小適當(dāng)去除保溫層，進(jìn)行外部宏觀檢查和壁厚測(cè)定。

（6）對(duì)于存在剩余壁厚報(bào)警的容器部件，必須進(jìn)行在線壁厚監(jiān)測(cè)，剩余壁厚小于允許壁厚又無法及時(shí)更換時(shí)，應(yīng)對(duì)容器進(jìn)行安全分析。

4 檢驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)結(jié)果與前期的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果較為一致，由現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)可知：

（1）11臺(tái)壓力容器的壁厚減薄均未超過腐蝕裕度，且未發(fā)現(xiàn)局部減薄問題。

（2）在外表面宏觀檢驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)TK704E存在一處7 mm×7 mm的表面凹坑，使用單位已對(duì)機(jī)械損傷部位進(jìn)行返修處理。

（3）外表面磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)2臺(tái)球罐外表面都存在表面裂紋，球罐TK704E表面裂紋問題尤其突出。針對(duì)球罐的表面裂紋問題，增加了球罐外表面的檢測(cè)比例，進(jìn)行了對(duì)接焊縫的擴(kuò)檢；針對(duì)球罐外表面裂紋較多的問題，對(duì)2臺(tái)球罐進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示，球罐TK704E存在3處信號(hào)定位源。因3處信號(hào)源附近的對(duì)接焊縫外表面已進(jìn)行檢測(cè)，為降低球罐的使用風(fēng)險(xiǎn)，提高安全運(yùn)行水平，對(duì)球罐TK704E進(jìn)行開罐內(nèi)表面檢測(cè)，對(duì)3處信號(hào)定位源附近的對(duì)接焊縫，內(nèi)表面打磨后進(jìn)行熒光磁粉與超聲波檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)相關(guān)缺陷。

（4）超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)2臺(tái)球罐都存在一定數(shù)量的埋藏缺陷。球罐TK704E的部分埋藏缺陷超出相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，該臺(tái)球罐安全狀況等級(jí)評(píng)定為4級(jí)，監(jiān)控使用，建議下次檢驗(yàn)時(shí)對(duì)埋藏缺陷部位進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)。

后續(xù)使用過程中，對(duì)2臺(tái)丙烯球罐要加強(qiáng)巡檢力度，特別是檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題的部位，巡檢過程中發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停止使用；加強(qiáng)對(duì)壓力容器工藝參數(shù)的控制，嚴(yán)禁不正常的工藝波動(dòng)，降低對(duì)壓力容器安全運(yùn)行的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

RBI技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)的檢驗(yàn)，它從整套裝置出發(fā)，以損傷模式入手，對(duì)承壓設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)較高的承壓設(shè)備，通過有針對(duì)性的檢驗(yàn)，降低裝置運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)裝置運(yùn)行周期，降低檢驗(yàn)成本，進(jìn)而達(dá)到提高生產(chǎn)效益的目的。