基于R B I的苯乙烯/環氧丙烷裝置壓力管道在線檢驗研究

羅偉堅 楊景標（廣東省特種設備檢測研究院 廣州 510655）

基于R B I的苯乙烯/環氧丙烷裝置壓力管道在線檢驗研究

羅偉堅 楊景標
（廣東省特種設備檢測研究院 廣州 510655）

對苯乙烯/環氧丙烷裝置進行腐蝕回路劃分，并將腐蝕回路中的壓力管道按照管徑、材質及用途等因素劃分為不同的組別后進行RBI分析。根據風險評估結果，結合壓力管道的使用情況、失效機理及剩余使用壽命等確定下一個檢驗周期和檢驗策略。以腐蝕回路中的組別作為檢驗單元，根據其失效可能性及風險等級確定各檢驗單元的檢驗比例和檢驗方法進行在線檢驗。結果表明：基于RBI分析結果的壓力管道在線抽檢方法可以驗證風險評估的結果，同時還可以滿足使用單位對管道的風險控制要求。

苯乙烯/環氧丙烷裝置 腐蝕回路 風險等級 在線抽檢 RBI分析

風險分析是在系統安全性與經濟性的統一的理念上建立起來的優化檢驗策略的方法[1]。基于風險的檢驗(RBI)一般參考美國石油學會API 580和581所推薦的方法[2、3]。

某化工廠的苯乙烯/環氧丙烷（SMPO）裝置有1879條管道，如果按照《在用工業管道定期檢驗規則》全面檢驗方法進行檢驗，管道檢查比例、部位、項目及檢測方法的確定只有原則性規定[4]，針對性不夠強，重點不夠突出，檢驗時需要檢驗人員根據經驗去把握，往往出現檢驗比例偏高、問題嚴重的管道及部位漏檢、檢測方法選擇不當等情況，檢驗所需的時間及工作量很大，不能滿足企業的要求，檢驗成本增加，檢驗有效性不夠高。RBI允許通過檢驗進行調整風險[5]，而一些新的無損檢測技術：如高溫超聲測厚、高溫磁粉檢測、高溫超聲探傷等的發展及應用使在線檢驗進行風險調整成為可能[6]。RBI通過風險分析，確定每組壓力管道的風險等級，并據此制定出優化的檢驗策略，使檢驗更具針對性，更加科學有效。通過檢驗，發現一些在風險評估中考慮不周或認識不足的損傷影響因素，對風險評估進行修正，使RBI的分析結果更加準確，利于更好地指導以后的管道維護管理和檢驗。

1 RBI分析結果

1.1 裝置及管道基本情況

某化工廠的SMPO裝置，設計年產25萬噸環氧丙烷PO和56萬噸苯乙烯單體SM。裝置乙苯單元采用魯姆斯專利技術，其他單元采用殼牌的環氧丙烷和苯乙烯聯產技術，低能耗低污染。裝置于2010年3月份進行了停車檢修和擴能改造，將苯乙烯和環氧丙烷的產量分別提高到64萬噸和29萬噸。SMPO裝置按功能劃分為四大部分：乙苯 (EB) 部分，包括4900單元，主要將原料乙烯和苯轉化為中間產品乙苯；環氧丙烷(PO)部分，包括4100－4500單元，主要是通過乙苯做中間載體，將原料丙烯間接氧化為環氧丙烷，并付產中間產物MPC，用于生產苯乙烯。苯乙烯(SM)部分，包括4600、4700和4800單元，主要是生產苯乙烯單體。公用工程部分，包括5100、5300單元和中間管廊，主要是提供產品/原料/中間產品/化學品的儲存和水、汽、風、熱媒等公用能源。

該裝置2006年底投用，2010年初停車檢修時壓力容器已進行了首次檢驗，檢驗結果表明：壓力容器腐蝕速率正常，應力腐蝕開裂敏感性不高、材質劣化傾向性不大。由于檢修時間緊迫，壓力管道未進行停車全面檢驗。該裝置同一腐蝕回路的設備和管道具有相同或相似的工藝介質操作條件、材質和損傷機理。

1.2 腐蝕回路的劃分

RBI分析時將SMPO裝置管道劃分為11個工藝單元，各工藝單元的名稱、腐蝕回路數量、管道組數及管道條數見表1。

1.3 工業管道RBI分析結果

SMPO裝置壓力管道的主要損傷機理為有機酸腐蝕，此外，4100單元還有氯離子應力腐蝕開裂，4200單元有堿開裂以及氯離子應力腐蝕開裂，4400單元有CO2腐蝕，4800單元有高溫氫損傷。

RBI分析采用殼牌基于風險的檢驗軟件S-RBI進行。2011年底，根據腐蝕回路中管道的失效模式，參照定點測厚及壓力容器全面檢驗結果，利用S-RBI分析軟件完成了該裝置壓力管道的RBI分析工作，風險分析時不針對每一根管道來進行，而是按分組來對管道進行分析。每一腐蝕回路的管道按大管（管徑大于等于76.2mm）、小管（管徑小于76.2mm）及排凝管或注入管劃分為三種組別。裝置中管道按分組情況的風險分布見圖1。

表1 裝置的腐蝕回路及管道數量

圖1 壓力管道風險矩陣及分布

矩陣圖中橫坐標為失效后果，N、L、M、H、E分別代表無、低、中、高、極高；縱坐標為失效可能性，N、L、M、H分別代表無、低、中、高。從圖1可以看出，該裝置管道共分為386組，其中高風險1組，中高風險42組，中風險97組，低風險115組，極低風險131組。中高風險以上的壓力管道占總管道組數的11.1%，中風險以下的壓力管道占總管道組數的88.9%。

風險分析結果發現，共有40組管道的檢驗周期少于5年（含5年），占管道組總數的10.4%；其中有32組管道的檢驗周期為3年以下的，占管道組總數的8.3%。

2 基于RBI分析的管道檢驗方案

基于壓力管道腐蝕失效的機理，壓力管道的檢驗主要通過在線檢驗的方式進行，一些先進的無損檢測技術數字射線和超聲導波作為傳統檢測技術的補充。

2.1 根據檢驗周期確定的檢驗策略

對于中風險以下且推薦檢驗周期大于5年的壓力管道，制定以宏觀檢驗及在線測厚抽檢為主的檢驗方案。

對中高風險等級以上并且檢驗周期少于等于5年的管道，實施檢驗前要進行重點腐蝕監控，檢驗時全部進行宏觀檢驗和測厚，并要進行超聲無損探傷抽查，必要時進行數字射線探傷檢查。

2.2 根據風險等級確定的檢驗策略

檢驗有效性分為高度有效（80%～100%置信度）、通常有效（60%～80%置信度）、一般有效（40%～60%置信度）、差（20%～40%置信度）和無效（20%置信度以下）5個級別。選取原則，對高風險以上的設備，應采用高度有效、通常有效的檢驗方法，對低風險、中風險和中高風險的設備，采用通常有效、一般有效的檢驗方法。

風險為中高以上等級的管道組一般應進行宏觀檢驗、測厚及焊縫無損檢測抽查。風險為中及以下等級的管道組原則上只進行宏觀檢驗及測厚抽查。管道在線抽查比例按表2進行。各單元可能存在的腐蝕失效模式及抽檢的管道條數、使用的檢驗方法詳見表3。

2.3 測厚抽檢原則

優先選取下列管道進行檢查：

表2 壓力管道在線測厚抽檢比例

表3 各單元管道的失效模式及抽檢數量

1）如果腐蝕回路內管道組風險等級不同，優先選取風險等級高的管道組內的管道；

2）如果腐蝕回路內管道的級別不同，優先選取級別高的管道；

3）含注入點（指向工藝流體中注入相對少量的介質以控制化學反應或其他工藝參數的位置但不包括兩條工藝線交匯處）管段；

4）盲管段（管道系統中沒有明顯介質流動的組成部分，如堵塞的支管、帶有常閉截止閥的管道、一端堵塞的管道、耐壓管支架、停用的控制閥龐通管、備用泵管道、液位計接管、卸壓閥進出口總管、泵平衡旁路管、高位放空管、儀表連接管等）；

5）異常支吊架附近管道；

6）絕熱層或防腐層破損的管道；

7）與泵及壓縮機相連的管道；

8）相同條件下優先容易進行現場檢驗的管道。

3 檢驗結果及分析

3.1 檢驗結果

2012年，對該裝置管道進行了在線檢驗，表4是檢驗結果及與RBI分析結果的對比驗證。

表4 各工藝單元減薄管道數量在線抽檢前后對比

3.2 結果分析

抽檢的管道，宏觀檢查及無損檢測沒有發現裂紋類缺陷，發現的問題主要是減薄缺陷。共有22個腐蝕回路共26組管道發現減薄，其檢驗周期少于或等于4年，占總組數比例為6.7%，說明該裝置壓力管道減薄比例比較小，管道總體風險等級相對較低。實際減薄數量比RBI分析結果的40組減薄數略有下降，這是因為RBI分析時以最嚴重的減薄數據進行分析。因此RBI分析結果與實際的在線檢驗結果是基本相符的。

管道檢驗發現了個別減薄嚴重的管道，但在RBI分析中未體現出來，產生的偏差主要是對這些管道的使用情況和損傷因素認識不足造成的。在RBI分析認為沒有明顯腐蝕的4300、4400和4700單元發現有減薄嚴重的管道共10組，這主要是保溫層下腐蝕引起的外部減薄。4600單元的RBI分析結果有1組管道的風險為高風險，經過現場抽檢，其減薄并不嚴重，原因是該管道已進行了維修更換處理，但該單元的其他組管道中有減薄比較嚴重的情況。4700單元PL470050和PL470057兩根管道的壁厚小于2mm，需要更換。這類管道數量較少，可在檢驗時通過對同類管道進行擴大檢驗比例來降低風險。

在下一輪RBI分析中，需要結合現場抽檢的結果對風險分析結果進行修正和更新。

3.3 在線抽檢過程中存在的問題

在線抽檢過程中還存在兩類問題：一是在線高溫超聲測厚在一些特殊的條件下測量精度不高[7]。如當管道的公稱直徑小于76.2mm時，特別是測量彎管時，這是因為高溫測厚探頭尺寸相對管道尺寸來說較大，測厚是耦合不好導致；此外當溫度大于450 ℃以上時，耦合劑通常都會失效甚至著火。二是對材料的蠕變、滲碳、珠光體球化等材質劣化問題沒有有效的在線檢驗方法。

4 結論

1）根據SMPO裝置管道RBI分析結果得到的管道風險等級，通過在線檢驗重點關注風險高和檢驗周期短的管道，可達到控制總風險的目的，實現經濟性和安全性的統一，RBI可以為檢驗方案提供科學可靠的檢驗策略。

2）通過管道在線檢驗驗證了RBI分析的結果，同時識別了失效概率較高的管道，在RBI分析中認為沒有明顯腐蝕的3個工藝單元均發現有減薄嚴重的管道。這將為RBI的風險分析提供與實際相符的檢測數據和失效模式，通過RBI軟件可進行風險修正和更新，從而產生新的評估結果，進而指導以后的管道維護管理和檢驗。

3）RBI技術適用于大型成套設備的管理和檢驗，具有較高的可靠性，對于風險評估分析和實際情況的偏差，要根據具體情況分析處理，找出原因和改進措施，使風險降到企業可以接受的水平。

1 戴樹和. 工程風險分析技術[M]. 北京: 化學工業出版社, 2006.

2 American Petroleum Institute. Risk-based Inspection Base Resource Document API 581[S]. Second Edition, 2008.

3 American Petroleum Institute. Risk-based Inspection-Recommended Practice, API 580[S]. Second Edition, 2009.

4 關衛和,艾志斌,閻長周. 承壓設備基于風險檢驗的無損檢測技術[J]. 壓力容器, 2010, 27(4): 47～50.

5 黃新泉,崔軻龍,徐國良,等. DM4型超聲波測厚儀在高溫測厚過程中的應用[J]. 石油化工腐蝕與防護技術, 2008, 25(4): 48～50.

Research on the on-line Inspection of Styrene Monomer/Propylene Oxide Plant Pressure Piping with Risk-based Inspection

Luo Weijian Yang Jingbiao
( Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Guangzhou 510655 )

RBI analysis for styrene monomer/propylene oxide plant was carried out after finishing the corrosion loops division in which the pressure pipes were divided according to the diameter, material, function and other factors. According to the risk assessment results, service condition, failure mechanism and remaining life, the inspection intervals and strategy for the pressure piping of SMPO plant were confi rmed. On-stream inspection for each group in a corrosion loop as an inspection unit was carried out, and the inspection pro portion and method for each unit was determined by its failure probability and risk level. It is shown that pressure pipelines on-stream inspection can verify RBI analysis results and meet the risk adjustment requirement of user.

Styrene monomer/propylene oxide plant Corrosion loop Risk level Random inspection on-line RBI

X924.4；TH49

B

1673－257X(2014)07－13－04

羅偉堅(1965～),男，高級工程師，從事特種設備檢驗與管理。

2014－04－19）