風(fēng)險檢驗(yàn)技術(shù)在揚(yáng)子巴斯夫蒸汽裂解裝置的應(yīng)用和建議

蔡巍（揚(yáng)子石化巴斯夫有限責(zé)任公司 江蘇南京 210048）

引言

我國現(xiàn)行法規(guī)明確要求在役壓力容器和管道須定期檢驗(yàn)，目的是發(fā)現(xiàn)并消除超標(biāo)缺陷，采用的策略主要是定期停車檢驗(yàn)。而追求長周期安穩(wěn)運(yùn)行及降本增效是提升企業(yè)競爭力的根本途徑，受到企業(yè)高層越來越高的重視，這就要求企業(yè)高效使用檢驗(yàn)資金、盡量縮短停車時間，甚至必要時裝置能延期檢驗(yàn)，以滿足市場或者企業(yè)自身方面的需求。為此，基于風(fēng)險的檢驗(yàn)技術(shù)（RBI）應(yīng)運(yùn)而生，提供了有效解決這對矛盾的方法。近年來，安全和成本因素是推進(jìn)該技術(shù)迅速發(fā)展的主要動力。

一、基于風(fēng)險的檢驗(yàn)

1.基本原理

實(shí)踐中人們發(fā)現(xiàn)大部分的設(shè)備都存在缺陷，而大部分的缺陷卻不會導(dǎo)致設(shè)備失效，成套裝置中的80～90%風(fēng)險可能只是10～20%設(shè)備造成的。

基于風(fēng)險的檢驗(yàn)是在對系統(tǒng)中固有的或潛在的危險發(fā)生的可能性與后果進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，給出風(fēng)險排序找出薄弱環(huán)節(jié)，以確保本質(zhì)安全和減少運(yùn)行費(fèi)用為目標(biāo)，優(yōu)化檢驗(yàn)策略的一種管理方式[2]。

盡管預(yù)防性維修把維修的時間節(jié)點(diǎn)從事后提前到了事前，雖然降低了失效的可能性，但它仍然是撒胡椒面的思維模式，缺乏針對性，存在欠檢或過檢的問題，因此經(jīng)濟(jì)上提高設(shè)備可靠性和完整性方面不盡人意。傳統(tǒng)的維修理念認(rèn)為檢驗(yàn)力度越大越安全，而RBI將重點(diǎn)放在少數(shù)高風(fēng)險的環(huán)節(jié)上，有針對性的提出檢驗(yàn)策略。這是RBI檢驗(yàn)的核心所在。

2.風(fēng)險的定義和排序

風(fēng)險定義為失效可能性和失效后果的乘積[3]。失效可能性指的是每年可能泄漏的次數(shù)，失效后果是按照造成影響區(qū)域面積來確定的。風(fēng)險排序通常用5X5的風(fēng)險矩陣來表示，橫坐標(biāo)表示失效后果等級，縱坐標(biāo)表示失效可能性等級，后果和可能性的布置使最小風(fēng)險置于矩陣的左下方，最大風(fēng)險置于矩陣的右上方。

風(fēng)險的承受能力與一個國家的社會發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有關(guān)[4]，一旦識別出了風(fēng)險，就有可能找到降低風(fēng)險的方法。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)也可以降低一定的風(fēng)險，但不如RBI高效，RBI絕對不是要排除風(fēng)險，實(shí)際上也做不到。應(yīng)用RBI的風(fēng)險管理與傳統(tǒng)檢驗(yàn)風(fēng)險大小的對比參見圖一。

3.RBI標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)軟件

美國石油協(xié)會（API）分別與2000年和2002年發(fā)布的API581和API580標(biāo)準(zhǔn)是RBI最主要的評估標(biāo)準(zhǔn)，用于對設(shè)備狀態(tài)的定性、定量和半定量分析,風(fēng)險等級劃分與排序。之后于2008年，該協(xié)會更新發(fā)布了API 581標(biāo)準(zhǔn)。相比較2000版的API 581，新版對失效可能性和失效后果評估方法做了改變，擴(kuò)充了介質(zhì)數(shù)據(jù)庫，增加了損傷機(jī)理模型等。應(yīng)用新版標(biāo)準(zhǔn)，計算出的風(fēng)險低于老版本。需要強(qiáng)調(diào)的是API581及580本身并不能控制和降低風(fēng)險，需要配合其它檢驗(yàn)規(guī)范使用，如容規(guī)、定檢規(guī)、API510(容器檢驗(yàn)規(guī)范)、API570(管道檢驗(yàn)規(guī)范)、API653(儲罐檢驗(yàn)規(guī)范)等。

目前RBI應(yīng)用軟件還沒有國產(chǎn)化，主要的供應(yīng)商有：BV（法國船級社）的 RB.EYE，DNV(挪威船級社)的 ORBIT，TWI(英國焊接協(xié)會)的Risk Wise，TISCHUK公司（英國）的T-OCA等，其中以RB.EYE和ORBIT在國內(nèi)應(yīng)用較多。

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4.RBI的意義

對國家而言，實(shí)施RBI意義在于：推進(jìn)我國特種設(shè)備安全監(jiān)察方式的改革創(chuàng)新，有效預(yù)防和整治特種設(shè)備事故隱患，降低政府和企業(yè)安全管理成本，促進(jìn)大型石化企業(yè)安全發(fā)展和科技進(jìn)步[2]。對企業(yè)而言，實(shí)施RBI的意義在于：確保設(shè)備本質(zhì)安全；提供優(yōu)化檢驗(yàn)策略；降低業(yè)主的檢驗(yàn)費(fèi)用；延長設(shè)備的運(yùn)行時間。

中石油和中石化于2003年已陸續(xù)開展了石化裝置承壓設(shè)備風(fēng)險評估工作，取得了一些成效，例如茂名石化自2004年引入風(fēng)險管理的理念與RBI以來，維修費(fèi)占固定資產(chǎn)的比率由2002－2003年的4%左右下降到2007年的2%左右，而設(shè)備的安全可靠性并沒有降低[10]。

二、揚(yáng)子巴斯夫蒸氣裂解裝置RBI的應(yīng)用

根據(jù)國家質(zhì)檢總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局質(zhì)檢特函[2006]70號文的批復(fù)，揚(yáng)子石化巴斯夫委托合同通用機(jī)械研究所對申請延期檢驗(yàn)的壓力容器和相關(guān)裝置所有安全閥開展RBI工作，提出基于風(fēng)險的檢驗(yàn)計劃，為壓力容器和安全閥延期檢驗(yàn)提供依據(jù)。

1.蒸汽裂解裝置簡介

蒸汽裂解裝置主要由裂解單元，急冷單元，熱區(qū)單元，冷區(qū)單元四個部分組成。 由美國SW公司設(shè)計，2005年投用，石腦油處理能力為200萬噸/年，原料由金陵煉油廠提供。RBI評估時間為2005年，評估時間為2009年，評估周期為4年。通過RBI的評估為原本應(yīng)于2008年檢驗(yàn)的307臺設(shè)備和158個安全閥預(yù)延長檢驗(yàn)周期至2010年大修進(jìn)行。

2.項(xiàng)目實(shí)施過程與特點(diǎn)

此次RBI的實(shí)施主要步驟見表一。

該項(xiàng)目的風(fēng)險分析應(yīng)用了國內(nèi)最新科研成果，即采用剩余壽命為參量的失效概率修正系數(shù)對失效概率進(jìn)行修正。剩余壽命根據(jù)設(shè)備與管道的投用年限、運(yùn)行環(huán)境以及損失情況進(jìn)行了綜合評估。對于有設(shè)計壽命，剩余壽命按設(shè)計壽命減去已服役年限計算；對沒有設(shè)計壽命，一般統(tǒng)一按40年設(shè)計壽命計算剩余壽命；對于已發(fā)生劣化現(xiàn)象的設(shè)備和管道，按實(shí)際情況合理確定剩余壽命。這樣避免了API581方法中的局限性，較好地結(jié)合中國實(shí)際解決了超標(biāo)缺陷和長期超期服役狀況下的風(fēng)險評價問題[6]。

關(guān)于管理系統(tǒng)系數(shù)FM的取值問題，該數(shù)值一般在0.1～10變化。類比國內(nèi)外同類裝置的管理狀況和水平，本次評估取0.5計算。

3.RBI計算過程

項(xiàng)目采用定量風(fēng)險評估方法，依托RBI軟件，結(jié)合國內(nèi)最新RBI研究成果，參見圖二 RBI的計算過程簡圖[8]。

4.風(fēng)險分析結(jié)果

在本次共計307臺設(shè)備和158臺安全閥的評估周期內(nèi)，蒸汽裂解裝置的總體風(fēng)險水平還處理較低的水平。定量風(fēng)險分析表明，靜設(shè)備高風(fēng)險占0.7%左右，較高風(fēng)險占27%左右；不存在較高和高風(fēng)險的安全閥。參見圖三：裂解裝置設(shè)備和安全閥風(fēng)險分析結(jié)果統(tǒng)計。

5.失效機(jī)理分析

裂解裝置普遍存在的失效機(jī)理為：應(yīng)力腐蝕開裂、內(nèi)部減薄和外部腐蝕。應(yīng)力腐蝕開裂主要由濕硫化氫、碳酸鹽、堿應(yīng)力引起的；內(nèi)部減薄可以有局部和均勻腐蝕減薄，主要有分為高溫硫化物腐蝕；高溫硫化氫，H2腐蝕;濕硫化氫、CO2腐蝕；硫化氫和氨水腐蝕；高溫氧化；外部腐蝕可能是自然力引起的，如酸雨、溫度變化等綜合因素導(dǎo)致等，未保溫的設(shè)備管道及保溫層下都有可能發(fā)生。由于裂解裝置投用的年份還不是久遠(yuǎn)，本次風(fēng)險評估中，一些類似裝置常見的失效機(jī)理并未出現(xiàn)。裂解裝置設(shè)備失效機(jī)理統(tǒng)計詳見表二。裂解裝置高風(fēng)險設(shè)備的失效機(jī)理見表三。

6.檢驗(yàn)策略的制定

根據(jù)風(fēng)險檢驗(yàn)的結(jié)果，確定檢驗(yàn)對象，檢驗(yàn)方法及檢驗(yàn)部位。應(yīng)當(dāng)明確檢驗(yàn)不會改變失效后果，只影響失效的可能性。根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果制定的設(shè)備延期檢驗(yàn)的策略參見圖四。

根據(jù)安全閥風(fēng)險評估結(jié)果以及安全閥延期檢驗(yàn)的規(guī)定[11]，如果安全閥內(nèi)件耐介質(zhì)腐蝕；使用過程未發(fā)生開啟動作；閥體無明顯銹蝕；所在壓力容器或管道內(nèi)盛非黏性及毒性中等及以下的介質(zhì)，或者連續(xù)兩次運(yùn)行檢查未發(fā)現(xiàn)安全閥損壞及泄漏，并且企業(yè)有可靠的壓力控制與調(diào)整系統(tǒng)或超壓報警裝置，均為低風(fēng)險區(qū)，可以延期檢驗(yàn)；對于蒸汽介質(zhì)的安全閥，加強(qiáng)定期巡檢并經(jīng)定期在線啟跳動作的基礎(chǔ)上，作為中風(fēng)險區(qū)，也可以延期檢驗(yàn)。由于本次評估的不存在較高/高風(fēng)險的安全閥，結(jié)合安全閥延期檢驗(yàn)的策略，安全發(fā)可以延期效驗(yàn)。

7.降低風(fēng)險的措施

降低風(fēng)險的途徑主要有（1）通過降低失效可能性的途徑；（2）通過降低失效后果的途徑。第一種途徑可通過提高檢驗(yàn)的有效性實(shí)現(xiàn)，根據(jù)對缺陷失效識別的可能性，API 581把檢驗(yàn)活動分為5類，及高度有效、通常有效、一般有效、效果差和無效。此外還可以提高檢驗(yàn)的比例來實(shí)現(xiàn)，例如把RT檢驗(yàn)的比例從20%提高至100%，可有效地識別焊縫內(nèi)部缺陷，減低失效可能性；第二種途徑可增加在線檢測、報警裝置來實(shí)現(xiàn)。這樣可以防止易燃易爆、有毒有害物質(zhì)進(jìn)一步擴(kuò)散，從而達(dá)到降低失效后果的目的。

本次評估主要的目的是為延期檢驗(yàn)提供依據(jù)，提出了上述第一種途徑的降低風(fēng)險的措施。對C-230和C-530采取加強(qiáng)事故預(yù)防（檢測、隔離、消防措施）和監(jiān)控措施（包括加強(qiáng)現(xiàn)場巡檢、嚴(yán)格工藝條件等），來降低因延期檢驗(yàn)而可能導(dǎo)致的風(fēng)險。

總結(jié)與建議

風(fēng)險降低到什么程度與企業(yè)的風(fēng)險可接受程度密不可分，風(fēng)險可接受的程度越小，成本越大。合理的風(fēng)控對于控制企業(yè)運(yùn)行成本，提高市場競爭力有很大關(guān)系。RBI是風(fēng)控的一個很好的量化手段。在RBI項(xiàng)目完成實(shí)施后，有如下建議：

1.深入RBI理念

應(yīng)加強(qiáng)員工的RBI知識培訓(xùn)，將風(fēng)險管理的理念貫徹到每個裝置維修組，將風(fēng)險管理體系融合到原有的設(shè)備管理中。RBI追求系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟(jì)學(xué)相統(tǒng)一，風(fēng)險決定資金的方向，只有加強(qiáng)貫徹理念，做到心中有策略，才能自覺把RBI應(yīng)用到日常設(shè)備維護(hù)過程中去。

2.建立經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫

揚(yáng)子巴斯夫當(dāng)前還沒有建立自己的風(fēng)險經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫。風(fēng)險計算中，通用失效頻率（GFF）可以依靠外部，通過軟件的本身獲取，但設(shè)備修正系數(shù)（FE）只用通過自身的不斷積累才能有效地進(jìn)行風(fēng)險計算。因此應(yīng)借鑒雙方母公司可能已有的失效模式數(shù)據(jù)庫。RBI應(yīng)用的難點(diǎn)不在于應(yīng)用軟件的本身，而是缺乏支撐經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，建立這樣的數(shù)據(jù)庫并非短期能夠完成，而去多年的實(shí)踐總結(jié)，需要探索和驗(yàn)證，在實(shí)踐中不斷比對，從而完善該數(shù)據(jù)庫，為指導(dǎo)檢驗(yàn)策略提供可靠的依據(jù)。

3.培養(yǎng)RBI專業(yè)人員

揚(yáng)子巴斯夫是一家合資單位，人員與勞動負(fù)荷的矛盾較大，應(yīng)充分發(fā)揮其能力中心的作用，建議配備RBI專業(yè)人員，依靠專業(yè)外部檢驗(yàn)服務(wù)和本單位自己的技術(shù)力量，制定RBI檢測方案，充分發(fā)揮RBI的技術(shù)優(yōu)勢。

4.定檢和風(fēng)檢相結(jié)合

定期檢驗(yàn)是風(fēng)險檢驗(yàn)的支撐，而風(fēng)險評估的結(jié)果又要靠定期檢驗(yàn)來驗(yàn)證。只有踏實(shí)做好定期檢驗(yàn)，才能為風(fēng)險檢驗(yàn)提供真實(shí)的數(shù)據(jù)鏈。當(dāng)獲得了新的數(shù)據(jù)(例如檢測結(jié)果)或數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，要進(jìn)行RBI項(xiàng)目的再評估以便重新評價風(fēng)險。風(fēng)險管理計劃也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。實(shí)踐中，往往采用定檢和風(fēng)險相結(jié)合的方式降低裝置的開蓋率。

結(jié)束語

風(fēng)險管理是在效益、風(fēng)險和費(fèi)用之間尋求風(fēng)險最小，效益最大的一種策略。風(fēng)險評估與設(shè)備管理相結(jié)合，就是RBI技術(shù)。采用RBI技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險評估，能有效降低裝置運(yùn)行風(fēng)險，確保設(shè)備的安全可靠性，減少安全事故，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生有著重要意義，因大力推廣。

揚(yáng)子巴斯夫RBI項(xiàng)目的成功實(shí)施為企業(yè)延期檢驗(yàn)提供了技術(shù)上的依據(jù)，滿足了我國強(qiáng)制性檢驗(yàn)的法規(guī)要求，更重要的是讓裝置安全可靠運(yùn)行，給企業(yè)贏得了效益；參與實(shí)施的檢驗(yàn)服務(wù)單位在創(chuàng)效增收的同時又多了一次寶貴的實(shí)踐機(jī)會，為國內(nèi)RBI的進(jìn)一步研究收集到了一手的資料和經(jīng)驗(yàn)。項(xiàng)目的實(shí)施實(shí)現(xiàn)了雙贏的局面。

[1]Risk based Inspection API 580,First Edition 2002.

[2]關(guān)于開展基于風(fēng)險的檢驗(yàn)（RBI）技術(shù)試點(diǎn)應(yīng)用工作的通知 國質(zhì)檢特[2006]198號.

[3]Risk based Inspection Base Resource Document API 581,First Edition,2000.

[4]風(fēng)險分析與安全評價 化學(xué)工業(yè)出版社 羅云等2004.

[5]基于風(fēng)險的檢測（RBI）在實(shí)踐中若干問題討論 陳學(xué)東 楊鐵成等 壓力容器 2004/21卷（第8期）.

[6]基于風(fēng)險的檢測（RBI）中以剩余壽命為基準(zhǔn)的失效概率評價方法陳學(xué)東楊鐵成等.

[7]石化裝置開展RBI技術(shù)需關(guān)注的幾個問題 王勇 陳平等石油化工設(shè)備2001/39卷(第1期).

[8]揚(yáng)子石化巴斯夫有限責(zé)任公司風(fēng)險評估報告 合肥通用機(jī)械研究所 江蘇省特檢院2007/03.

[9]風(fēng)險檢驗(yàn)技術(shù)（RBI）在茂名石化的應(yīng)用 章湘武等 中外能源 2010/第 15卷.

[10]風(fēng)險檢驗(yàn)與定期檢驗(yàn) 林筱化 壓力容器 2008/25卷（第8期）.

[11]壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則 TSG R7001-2004.