基于風險的檢驗在壓力管道檢驗中的應用

李曉軍

（上海鑫特檢驗檢測有限公司）

基于風險的檢驗在壓力管道檢驗中的應用

李曉軍*

（上海鑫特檢驗檢測有限公司）

采用基于風險的檢驗（RBI）方法，對某石化公司裝置間壓力管道進行了風險評估。分析了各單元中管道主要的失效模式和損傷機理，通過計算其失效概率和失效后果，確定其風險值。最后，根據風險結果進行風險排序，提出降低風險的措施，制定優化檢驗策略，為裝置的定期檢驗提供參考和依據。

基于風險的檢驗 失效模式 管道 檢驗策略 壓力容器 腐蝕

0 引言

基于風險的檢驗（RBI）是一種先進的、科學的設備檢驗技術。與傳統的設備定期檢驗相比，RBI更具有針對性和靈活性，它是在風險分析的基礎上，對高風險設備進行重點檢驗，并按照設備失效機理選用相應的檢驗方法。其出發點是為了較科學地制定和優化設備檢查計劃，在確保設備安全的基礎上，延長裝置的運行周期、降低設備維護費用、增加企業效益。RBI是一種追求系統安全性與經濟性統一的優化檢維修策略的方法。

20世紀90年代，美國石油協會（API）將RBI技術移植到石化裝置的檢驗中，先后頒布了2個推薦標準API 580和API 581[1－2]，作為實施RBI項目的指導性文件。目前，RBI技術已在化工、油氣、核電等行業進行了應用，得到了業界的廣泛認同。自2000年起，國內開始引入RBI概念，經過幾年的研究試點工作，RBI技術在國內得到了全面的發展，并在多家石化企業得到應用[3]。2009年，國家質檢總局將基于風險的檢驗（RBI）技術應用納入TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》中，為RBI技術的進一步發展和廣泛應用提供了法規保障[4]。

本文基于API風險分析的基本原理，利用“通用中特石化裝置工程風險分析系統”，結合在設備檢驗檢測方面的技術優勢、豐富的檢驗數據以及對國內石化企業進行RBI工作所積累的經驗，對某石化公司裝置間壓力管道進行風險評估。通過分析、識別該壓力管道的失效模式和失效機理，計算其失效可能性與失效后果，確定裝置整體風險水平以及各工藝管線的風險大小和風險等級，制定檢驗策略，提出降低風險的措施，以實現裝置安全、穩定、長周期運行的目的。

1 RBI技術概述

RBI是一種系統和動態的檢驗方法。對承壓設備而言，RBI主要是以設備被破壞而導致的介質泄漏為分析對象，以設備檢驗為主要手段的風險評估和設備管理過程。它是在對所評估設備潛在損傷機理、失效模式、失效概率、失效后果等進行科學分析的基礎上，對設備風險進行排序，找出主要問題與薄弱環節，為制定合理的檢驗方案提供參考和依據。因此，RBI通過實施檢驗和一定的風險減緩措施，將設備風險降至可接受的期望水平，確保本質安全，降低運行費用。RBI分析中主要考慮的是由于材料損傷退化而引起的設備失效。

RBI是在分析設備失效風險的基礎上確定檢查方法和頻度。其中，失效風險定義為在一定時間內的失效可能性與失效后果的乘積。失效風險的計算可用式（1）表示：

失效風險=失效可能性×失效后果（1）其中失效可能性包括同類設備失效概率、管理系統評估因子等因素。失效后果主要是指裝置中介質泄漏所引起的或泄漏介質的不同特性（如毒性、易燃易爆性等）可能會造成的人員傷亡、設備損壞、環境破壞及事故停產等后果。在風險分析中，一般都將這些損失進行量化，最后合計為總的經濟損失費用。

2 裝置基本概況及腐蝕機理分析

2.1 管道概況

本文進行風險評估的管道主要為該公司第一聯合、第二聯合、芳烴事業部和1、2車間之間的原料和產品輸送管道。主要涉及的裝置包括催化裂化裝置、常減壓裝置、制氫裝置、MTBE裝置、C2裝置、預加氫重整裝置、硫磺回收裝置、變壓吸附（PSA）裝置、乙烯裝置、抽提裝置和脫硫加氫工藝（S-Zorb）裝置等。

2.2 管道腐蝕定性分析

腐蝕分析是RBI工作中的一個重要步驟，即根據工藝過程危害分析（PHA）的概念，分析物料含有的腐蝕介質類型，并對腐蝕介質對設備材料有可能的腐蝕機理做定性的分析。通過腐蝕分析盡可能找出有關的腐蝕機理，并與定量分析軟件的腐蝕機理分析結果進行對比。由于分析軟件能力有限，有些腐蝕機理就要靠定性分析作補充。本腐蝕分析所依據的資料為現有工廠資料，同時也參照其他工廠的經驗。分析時僅考慮原料與輔助原料的腐蝕介質，不考慮超過設計范圍的參數，也不考慮設計與建造過程存在的問題。定性腐蝕分析是腐蝕專家與工廠人員共同討論的合作過程。

此次所涉及到的管道分別來自不同的裝置，輸送的介質種類多，其主要的腐蝕分析如下。

（1）催化劑沖刷腐蝕

在管道組分分析時，發現有些管道介質涉及固體的催化劑（或吸附劑），當介質流速過高時就會對設備及管道造成吸附劑沖刷腐蝕，特別是在管道的進出口及彎頭處。

可能會產生催化劑沖刷腐蝕的設備主要是輸送催化劑的管道。

（2）保溫層下腐蝕

保溫層下腐蝕（CUI）是外部損傷中較為嚴重的一種破壞。CUI是由于保溫層與金屬表面間的空隙內水的集聚產生的，其集聚的水可能來自雨水的泄漏和蒸汽伴熱管的泄漏等。CUI可形成局部腐蝕，導致壁厚減薄。CUI常發生在-12～120℃溫度范圍內，在50～93℃區間內腐蝕尤為嚴重。CUI對于碳鋼和低合金鋼表現為腐蝕減薄，而對奧氏體不銹鋼則表現為應力腐蝕開裂。CUI主要發生在保溫層穿透部位或可見的保溫層破壞部位，以及法蘭和其它管件的保溫層端口等敏感部位。保持保溫層和涂層的完好可有效地減少CUI的發生。

2.3 管道運行狀況、檢驗歷史及評估對象

該公司本次評估的所有113條管道，由中國石化集團上海工程有限公司（絕大部分）和上海眾一石化工程有限公司（其中的5條管道）設計，中國石化集團第四建設公司施工建設，于2012年10月竣工并投產，于2015年10月份進行首檢。

在生產過程中，與這些管道有關的生產工藝總的來說比較平穩，設備運行狀況良好，期間沒有發生大的安全事故。

3 RBI分析過程

RBI評估具體工作內容包括以下幾個方面：

（1）原始數據收集、整理和錄入

對RBI分析范圍內的設備和管線進行基本數據的收集、整理，建立RBI數據庫。所需數據主要包括設備和管道的設計資料、竣工資料、工藝資料、檢驗資料、介質與組成、設備檢驗歷史及腐蝕損傷情況、設備維修與更換資料、停產損失費用、周邊環境受破壞后恢復所需費用等。

（2）物流回路的劃分

物流回路是根據裝置的工藝流程劃分的，即將裝置的工藝物料平衡圖（PFD）和管道儀表流程圖（PID）分成若干個流程回路。劃分物流回路的原則是當該回路中任一設備或管道失效時，只有此回路中的物料會泄出，而其它隔離段中物料不可能泄出。主要以自動關閉的閥、泵、壓縮機等作為關斷裝置。

（3）腐蝕回路的劃分

根據裝置中設備和管線的材質、介質和運行參數等因素，分析可能存在的損傷機理，并且以工藝流程的連續性來確定腐蝕回路。影響腐蝕回路的主要因素為介質成分、操作溫度和材料特性，其他次要因素包括操作壓力、介質流動速率、盲端等。

（4） 風險分析

根據錄入的數據、腐蝕回路和物流回路，利用“通用中特石化裝置工程風險分析系統”軟件計算各設備項的失效可能性、失效后果和風險，確定風險等級，并根據風險結果進行排序。

（5） 提出建議

主要是提出建議的檢驗策略。

4 RBI風險評估結果及分析

RBI風險評估結果采用風險矩陣來表示，風險矩陣是失效后果和失效可能性的組合。失效可能性分為5個等級：1、2、3、4、5，失效可能性依次增大。失效后果分為5個等級：A、B、C、D、E，后果嚴重程度依次增大。將失效可能性和失效后果的5個級別組合即可得到5×5的風險矩陣。在風險矩陣中，風險水平沿左下方到右上方對角線逐漸升高，分成4個風險等級：低風險、中風險、中高風險和高風險。

4.1 風險分布

裝置間管道的風險矩陣如圖1所示。

圖1 管道風險矩陣

4.2 風險統計

裝置間管道的風險統計如表1所示。

表1 管道風險統計

4.3 損傷機理統計

裝置間管道的損傷機理統計如表2所示。

表2 管道損傷機理統計

5 檢驗策略

制定優化的檢驗策略是RBI工作最終成果的體現。RBI檢驗策略的精髓集中體現為：

（1）根據損傷機理來確定應檢查的缺陷類型；

（2）根據損傷發生的部位來選擇檢驗部位；

（3）根據需檢測的缺陷類型選擇采用何種檢測方法；

（4）根據安全與經濟效益協調統一的原則來確定檢驗周期。

關于損傷機理，在風險分析結果描述中已詳細介紹，以下重點介紹RBI檢驗策略的其它要素。

5.1 基于風險分析的RBI檢驗策略

基于風險分析的RBI檢驗策略是依據RBI定量分析結果中風險等級和失效機理來制訂的。由于參考了國際上同類設備的失效可能性，同時又考慮到具體設備的特殊性與工廠的管理水平，因此基于風險分析的RBI檢驗策略更具有科學性。其優點主要包括以下幾個方面：

（1）整個過程由設備管理人員、安全管理人員、操作人員、工藝專家、材料專家、腐蝕專家、檢驗員和RBI技術人員組成工作小組，集中各方面的意見，避免由檢驗員個人行為造成的失誤。

（2）當工廠數據缺乏時，可參考腐蝕專家的建議或查詢腐蝕數據庫；在專家指導下確定檢驗部位和方法，檢驗的針對性更強。

（3）當一臺設備有多種腐蝕機理時，可劃分為多個設備項分別計算風險和排序。

（4）提供5個級別的檢驗有效性，根據不同失效機理選擇相應的檢驗方法和比例。

（5）通過調整或增加中間檢驗時間和檢驗比例來降低風險。

（6）RBI提供進入設備和不進入設備等同效果的檢驗方案。對裝置由于某些原因無法實現停車檢修的情況提供在線檢測方法，以便及時發現設備存在的問題，提出解決方案，以保證設備安全運行。

（7）檢驗的對象可以是單體設備，也可以是整個裝置；檢驗策略包括裝置所有的設備與管道，既包括國家法定要求檢驗的設備，也包括由用戶管理的其它設備，覆蓋范圍大。

（8）RBI制定的檢驗策略是推薦性的，可為工廠制定檢驗計劃和檢驗單位檢驗員制定檢驗方案提供參考，容易被用戶和檢驗員接受。

5.2 壓力管道檢驗策略

RBI分析給出的管道檢驗策略主要針對的是管道在運行過程中所發生的腐蝕損傷，而沒有涉及到整個管系可能存在的其他失效現象（如支吊架松動、變形以及管系振動導致的機械疲勞等）。鑒于我國石化企業管道安裝質量相對較差，焊接接頭中各類超標焊接缺陷較多等因素，建議采用以下檢驗方法：

（1）管道檢驗時應針對下述重點部位焊縫進行檢驗：①支吊架損壞部位附近的焊接接頭；②制造、安裝中返修過的焊接接頭和安裝時固定口的焊接接頭；③錯邊、咬邊嚴重超標的焊接接頭；④表面檢測發現裂紋的焊接接頭；⑤泵、壓縮機進出口第一道焊接接頭或相近的焊接接頭；⑥異種鋼焊接接頭。

（2）對下列管道一般應選擇有代表性的部位進行金相和硬度檢驗抽查：①工作溫度大于370℃的碳素鋼和鐵素體不銹鋼管道；②工作溫度大于450℃的鉬鋼和鉻鉬鋼管道；③工作溫度大于430℃的低合金鋼和奧氏體不銹鋼管道；④工作溫度大于220℃的輸送臨氫介質的碳鋼和低合金鋼管道。

（3）對僅存在腐蝕減薄損傷的管道，其檢查方式以宏觀檢查和超聲測厚為主，測厚點數根據減薄損傷因子的大小和管道長度適當考慮。

超聲測厚的重點部位主要有：補償器、三通、彎頭（彎管）、大小頭、支管連接及介質流動的盲端和死角等部位。

（4）對于剩余壁厚報警的管道應進行在線壁厚監測，當剩余壁厚小于允許壁厚但又不能及時更換的管道應進行安全評定分析。

（5）對存在外部腐蝕損傷機理且失效可能性等級大于3的管道，應拆除不少于20%管道長度的外保溫層進行保溫層下腐蝕檢查，檢查方式以宏觀檢查、超聲測厚為主，當有懷疑時應進行表面裂紋檢查。

按照以上原則，根據風險評估結果，制訂了每條管道下次檢驗中的檢驗策略。

6 生產管理建議

（1）增加介質的測試點。在介質組分的測試報告中，應詳細列出該介質的具體組分及相應比例，尤其是對一些易燃易爆的介質。

（2）一些介質對pH值非常敏感，不同的pH值可改變其腐蝕機理，應該增加對介質pH值的測試項目。例如硫化物腐蝕問題，當pH<6時，硫化物腐蝕很嚴重；當6＜pH＜9時，硫化物應力腐蝕開始顯著下降，但達到斷裂所需時間仍然很短；當pH＞9時，就很少發生硫化物應力腐蝕了。

（3）由于這些管道位于沿海地區，因此外腐蝕比較嚴重。尤其是管廊上靠近立柱的管道，在支撐部位容易發生腐蝕，應盡量采用活支撐，避免這些管道（或外包敷層）直接放在管廊上。

7 結論

本文采用基于風險的檢驗（RBI）方法，對某石化公司裝置間壓力管道進行了風險評估，有如下結論：

（1）RBI技術的目的是在保障設備安全的條件下，優化檢驗策略，同時對設備進行風險排序，以提高企業的風險管理水平。

（2）通過對該113條管道進行風險計算，得到管道的風險分布情況與統計結果。其中，中高風險管道9條，占總管道比例8%；中風險管道56條，占總管道比例50%；其余48條為低風險管道，占總比42%；無高風險設備及管道。

（3）本次管道為首檢，因此根據標準規定增加了對制造和安裝質量的抽查。

（4）報告中根據定量分析結果制定了管道的檢驗策略，該檢驗策略可作為制訂全面或再現檢驗方案的主要參考依據。

[1]American Petroleum Institute.Risk Based Inspection，API 580[S].2002.

[2]American Petroleum Institute.Risk-based Inspection Based Resource Document，API 581[S].2000.

[3]陳學東，楊鐵成，艾志斌，等.基于風險的檢測（RBI）在實踐中若干問題討論 [J].壓力容器，2005，22（7）：36-44.

[4]國家質量監督檢驗檢疫總局.固定式壓力容器安全技術監察規程：TSG R0004—2009 [S].北京：新華出版社，2009.

2017-02-09）

2020年我國環保裝備制造業產值有望達萬億元

2017 年8月23日，工信部公開對 《關于加快推進環保裝備制造業發展的指導意見》征求意見。

意見稿提出，到2020年，行業創新能力明顯提升，關鍵核心技術取得新突破，創新驅動的行業發展體系基本建成。先進環保技術裝備的有效供給能力顯著提高，市場占有率大幅提升。主要技術裝備基本達到國際先進水平，國際競爭力明顯增強。產業結構不斷優化，培育十家百億規模龍頭企業，創建百家具有示范引領作用的規范企業，打造千家“專精特新”中小企業，形成若干個帶動效應強、特色鮮明的產業集群。環保裝備制造業產值達到10 000億元。

2016年環保裝備制造業實現產值6200億元，比2011年翻一番。不過，目前環保裝備制造業創新能力不強，產品低端同質化競爭嚴重，先進技術裝備應用推廣困難等問題依然突出，與當前綠色發展的要求仍有較大差距。

為此，意見稿明確了強化技術研發協同化創新發展，推進生產智能化綠色化轉型發展，推動產品多元化品牌化提升發展，引導行業差異化集聚化融合發展，鼓勵企業國際化開放發展等五大重點任務。

意見稿提出在8大重點領域進行技術創新，包括大氣污染防治裝備、水污染防治裝備、固體廢物處理處置裝備、土壤污染修復裝備、環境污染應急處理裝備、環境監測專用儀器儀表、環境污染防治專用材料與藥劑、噪聲與振動控制裝備等。

為了保障先進環保技術裝備的發展，意見稿要求，充分利用現有資金渠道，發揮節能節水環保專用設備所得稅優惠政策和首臺（套)重大技術裝備保險補償機制，支持先進環保技術裝備產業化示范和推廣應用。（錢伯章）

中國石化與橫河電機達成煉油化工項目協議

日本橫河電機株式會社的子公司橫河電機中國（上海）公司與中國石化子公司中國石化工程公司簽署了為期三年的合作協議。根據協議條款，橫河電機將優先向中國石化工程公司的煉油和石化項目提供其生產控制系統、安全儀表系統、現場設施、監控和數據采集軟件、先進的過程控制包等服務。（禾火）

Application of Risk Based Inspection in Pressure Piping Inspection

Li Xiaojun

The risk assessment of the pressure piping between the installations of a petrochemical company was carried out using the RBI method.The main failure modes and damage mechanisms in the unit were analyzed.The risk value was determined by calculating the failure probability and the failure consequence.Finally,risk sequencing was carried out according to the risk results,and risk reduction measures were put forward.The optimization test strategy was formulated,which provided a reference and basis for the periodic inspection of the plant.

RBI;Failure mode;Piping;Inspection strategy;Pressure vessel;Corrosion

TQ 055.8+1

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.10.015

*李曉軍，男，1984年生，助理工程師。上海市，200062。