基于風險的檢驗(RBI)技術應用和研究進展*

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(合肥通用機械研究院 國家壓力容器與管道安全工程技術研究中心，安徽 合肥 230031)

基于風險的檢驗(Risk-Based Inspection，簡稱RBI)是一種針對材料損傷所引起的設備失效的風險評估和管理過程，這種風險主要通過設備的檢測來管理。作為一種先進的設備管理技術，RBI技術將定性分析和定量計算相結合，識別設備的損傷機理和失效模式，制定科學的檢驗時間和優化的檢驗策略，保障設備安全，提高經濟效益，廣泛應用于石油化工、電力、海洋平臺和船舶等領域。

1 RBI技術介紹

1.1 RBI技術追溯

美國機械工程師協會(American Society of Mechanical Engineers，簡稱ASME)是全球范圍內較早研究RBI技術，并最先出版RBI指導文件的專業機構。

1991年，ASME出版了RBI指導文件第一卷：通用文件(CRTD-Vol.20-1)；

1992年，ASME出版了RBI指導文件第二卷第一部分：輕水反應堆(LWR)核電站部件(CRTD-Vol.20-2)；1994年，ASME出版了RBI指導文件第三卷：火力發電廠應用(CRTD-Vol.20-3)；

1998年，ASME出版了RBI指導文件第二卷第二部分：輕水反應堆(LWR)核電站部件(CRTD-Vol.20-4)；在ASME推出RBI指導文件的同時，1993年5月，BP(英國石油公司),Shell(殼牌公司),Dow(陶氏化學公司),DSM(帝斯曼集團)和ExxonMobil(埃克森美孚)等23家歐美石油化工企業在保障安全的前提下為了降低檢維修費用，共同發起資助美國石油協會(American Petroleum Institute，簡稱API)開展RBI技術在石油化工領域的應用研究工作。與ASME主要側重于研究電力領域的RBI技術不同，API主要側重于研究石油化工領域的RBI技術。1996年，API公布了RBI基礎資源文件(Risk-based inspection base resource document)的草案(即API BRD581)；2000年5月，API公布了正式版的RBI基礎資源文件，也就是第一版API 581，這份文件對定性分析、失效可能性計算、失效后果計算等都做了詳細的闡述；

2002年5月，API公布了RBI推薦性標準，即第一版API RP 580，這份標準給出了石化行業進行RBI評估的詳細技術方案；

之后，API還陸續公布了API 510(壓力容器檢驗規范)、API 570(管道檢驗規范)、API RP571(煉油廠靜設備損傷機理)、API RP572(壓力容器檢驗細則)、API 579(合于使用評價)、API 653(儲罐檢驗、 維修、改造和重建)和API RP750(過程危害管理)，來完善和支撐RBI技術在實際工程中的應用。

此外，加拿大石油生產商協會(CAPP)、挪威船級社(DNV)、法國必維(BV)等機構和企業也都在20世紀90年代開始進行RBI技術的研究與應用推廣。

1993年5月， CAPP發布了管道系統風險評價技術標準CEC J2793，對風險評價和風險管理技術應用于加拿大管道運輸工業起了指導作用。BV公司開發了設備資產完整性管理方法(Asset Integrity Management)和RB-eye軟件。DNV公司最早將RBI技術應用于海洋平臺上，并開發了Orbit Onshore軟件。

2001年3月，BV,DNV和Solvay(索爾維集團)等歐洲16家研究機構和企業聯合成立了RIMAP(歐洲工業用的風險檢驗和維修程序,簡稱RIMAP)項目組來開發一套歐洲工業用的基于風險的檢驗和維修程序，并形成適合歐洲法律和企業實際狀況的風險評價標準。

2008年4月，法國標準協會和英國標準協會同時發布了RIMAP標準ANFOR CWA15740和BS CWA15740。

1.2 RBI技術國內應用情況

20世紀90年代，風險評估逐漸被國內的科技工作者所認識，RBI技術的研究和應用也漸漸在國內開展起來。

1999年，中國石油天然氣集團公司石油管道研究所張平生提出對油氣輸送管道進行風險管理和基于風險的檢測(RBI)[1]。

2000年，金陵石化煉油廠采用英國Marsh公司的風險評估技術，對南京煉油廠加氫裂化、重油催化及LPG(液化石油氣)罐區等關鍵裝置、重點部位進行了定性RBI評估，提出安全改進措施[2]。

2001年9月21日，南京工業大學戴樹和教授在第5屆全國壓力容器學術會議上作了“新興學科《風險工程學》梗概”的大會報告，首次對風險分析技術的原理、方法和工程應用進行了詳細闡述[3-4]。文獻[5]研究了工程風險評價方法在壓力容器風險評價中的應用。

2002年，天津石化公司化工廠芳烴聯合裝置預加氫單元采用DNV公司Orbit Onshore軟件進行了RBI評估，這是定量RBI技術在國內的首次應用[6]。

從2000年開始，合肥通用機械研究院(簡稱合肥通用院)和中國特種設備檢測研究院(簡稱中國特檢院)通過國際合作，引入石化裝置系統工程風險分析技術，并結合國情開展了一系列研究，在基于剩余壽命的風險計算、等風險原則確定可接受風險、失效機理數據庫完善、復雜失效機制、多種失效模式交互作用下主導失效模式判定等技術中取得突破，解決了國外技術與國內石化裝置相適應的難題[7-10]。

2001年，中國特檢院通過“十五”國家科技攻關專題“城市埋地燃氣管道重大危險源評價與風險評估技術研究”，首先對埋地管道開展風險評估的研究工作[11]。

2002年，合肥通用院承擔的國家科技部社會公益基金項目“基于風險的城市燃氣輸配系統安全保障(2002DIB30082)”，首先對城市燃氣輸配系統開展風險評估的研究工作。

同期，合肥通用院和中國特檢院在原國家經貿委科技項目“成套裝置風險評估技術研究與軟件開發”實施過程中，系統地對成套裝置的風險評估進行了研究。

2003年3月，合肥通用院、BV公司和茂名石化公司組成項目組，采用BV公司的RB-eye軟件對茂名石化公司乙烯裂解裝置和加氫裂化裝置進行RBI評估[9]，這是國內石化企業首次對完整的石化裝置開展定量RBI評估，拉開了RBI技術在國內石化企業廣泛應用的序幕。

此外，合肥通用院和中國特檢院還分別開發了擁有自主知識產權的石化裝置RBI評估軟件，不僅讓國內RBI評估擺脫了對Orbit Onshore軟件和RB-eye的依賴，還為RBI技術在國內的廣泛應用提供了技術支撐。

2 RBI技術法規與標準

隨著RBI技術的不斷發展與應用，在參考API標準體系的同時，充分考慮國內石化裝置的實際情況，建立了符合中國國情的RBI技術相關法規與標準。

2006年，國家質檢總局頒布國質檢特[2006]198號文“關于開展基于風險的檢驗(RBI)技術試點應用工作的通知”， 該文件不僅為RBI技術的應用提供了堅實的政策保障，還對提供RBI評估的機構和進行RBI評估的企業都提出了相應的要求，使RBI技術的應用更加規范與科學，這也意味著RBI技術在國內的應用進入了一個新階段。

2009年，《固定式壓力容器安全技術監察規程》(TSG R0004—2009)首次將RBI技術納入在內，對RBI技術的應用條件、實施和應用RBI技術時檢驗周期的確定給出了詳細闡述，標志著RBI技術成為一種法定的風險評估方法。

2011—2014年，GB/T 26610.1—GB/T 26610.5陸續頒布實施，對RBI評估的基本要求、實施程序、失效可能性的計算、失效后果的確定等給出了詳細的闡述，是國內RBI技術應用的指導文件，相當于美國的API 580和API 581。

2014年，GB/T 30579[12]頒布實施，進一步完善了RBI技術的標準體系。GB/T 30579給出了承壓設備主要損傷模式識別的損傷描述及損傷機理、損傷形態、受影響的材料、主要影響因素、易發生的裝置或設備內主要預防措施等，相當于美國的API571。

此外，GB/T 30578[13]規定了常壓儲罐基于風險的檢驗及評價要求。GB/T 27512[14]給出了埋地鋼制管道的風險評估方法，可用于長輸管道的風險評估。

至此，RBI技術在國內石油化工領域應用的法規和標準已經基本完善。法規和標準的頒布不僅為國內石油化工領域開展基于風險的檢驗奠定了基礎，也為國內石油化工領域開展基于風險的檢驗指明了方向。

3 RBI技術應用和研究進展

RBI技術應用在石油化工、煤化工、電力、船舶和海洋平臺等領域，尤其在石油化工領域得到了廣泛的應用和發展。

3.1 成套裝置

據不完全統計，中石化、中石油、中海油和中化等企業約1 600套石化裝置進行了RBI評估，基本上涵蓋了所有的煉油裝置、化工裝置以及倉儲運輸、公用工程等配套裝置。 成套裝置的RBI評估包括壓力容器、壓力管道和安全閥。

撫順石化聚乙烯裝置于2014年8月進行RBI評估，依據RBI評估結果和裝置生產運行情況，對風險較高的壓力容器和管道進行在線檢驗，并根據在線檢驗結果對聚乙烯裝置進行RBI再評估，確定聚乙烯裝置2016年9月和2017年12月的風險水平都處于可接受風險水平范圍之內，并以此為依據來制定更加科學的檢驗時間和優化的檢驗策略。

陳煒等[15]根據近十幾年對700余套石化裝置開展RBI評估工作的經驗，提出以“4年—8年—12年”的三段式長周期運行模式制定檢修周期，滾動循環推進基于風險的評估與再評估，將法定檢驗周期與企業長周期運行相結合，既能避免石化企業承壓設備超期不檢，又能利用先進技術將低風險設備檢驗周期延長，從而解決石化裝置定期檢驗與長周期運行的矛盾，提升石化企業設備管理水平。

風險分布圖是成套裝置RBI報告的重要組成部分，可以直觀顯示成套裝置的設備風險情況，不足之處在于現有的二維風險分布圖只能顯示設備主要組成部分(如封頭、筒體)的風險，卻無法顯示設備主要組成部分各個方位因為介質變化等因素而產生的風險差異，也無法顯示壓力管道的風險，為了解決這一問題，合肥通用機械研究院特種設備檢驗站進行了壓力容器與管道的三維風險可視化研究。

為了解決安全閥在進行RBI評估時數據庫和實際情況的不匹配性，劉強等[16]采用貝葉斯估計方法，利用企業收集的樣本信息對數據庫中的安全閥失效可能性進行修正，獲得了更加符合企業實際情況的失效可能性。安全閥實際運行情況和檢驗情況也間接證實了貝葉斯估計方法的可靠性。

3.2 儲 罐

RBI技術可以應用于球罐、常壓儲罐和液化天然氣儲罐。與球罐和常壓儲罐不同，現階段，國內尚未頒布LNG儲罐進行RBI評估的相關法規與標準。

Jian Shuai等[17]對原油儲罐進行RBI評估，將罐底板和罐壁板進行風險對比，發現儲罐的風險主要決定于罐底板。將中國行業標準、美國標準和英國標準進行比較發現，中國行業標準關于儲罐檢驗周期的規定最為保守(油罐的修理周期一般為5～7 a，新建油罐第一次修理周期不宜超過10 a)。

郭冰等[18]采用DNV公司的ASTRBI軟件對20臺大型常壓儲罐進行風險評估，并選取1臺中高風險儲罐和1臺中風險儲罐進行了開罐檢驗，檢驗結果與RBI評估結果比較吻合，并以此來制定這20臺大型常壓儲罐的下次檢驗時間。

錢林[19]以16×104m3LNG全容儲罐為研究對象，研究RBI技術在LNG儲罐上的應用。利用RBI技術可以制定優化的LNG儲罐的檢驗方法和檢驗周期。閥門是LNG儲罐智能監控系統的重要組成部分，采用RBI技術可優化閥門的檢修方案，提高LNG儲罐智能監控系統的可靠性。

LNG全容儲罐內罐為金屬罐，外罐為混凝土罐，不能完全依據API 581來計算LNG全容儲罐的失效可能性。為此，Ma Xin等[20]提出如下公式：

Pf=Pfi·Pfe

式中:Pf為LNG全容儲罐的失效可能性;Pfi為內金屬罐的失效可能性;Pfe為外混凝土罐的失效可能性。Pfi采用API 581中失效可能性的計算方法進行計算，而Pfe則采用模糊數學理論進行計算。

3.3 長輸管道

TSG D7003—2010 《壓力管道定期檢驗規則：長輸(油氣)管道》指出長輸(油氣)管道應當采用完整性管理理念中的檢驗檢測評價技術，開展基于風險的檢驗檢測。長輸管道的風險評估方法有專家評估法、相對評估法、場景評估法和概率評估法。

GB/T 27512—2011 《埋地鋼質管道風險評估方法》適用于輸送腐蝕性液體介質的工業管道中的埋地鋼質管道，用于其埋地部分、跨越部分和露管部分在可行性論證階段和設計審查階段、竣工驗收階段及在用階段的風險評估。GB/T 27512—2011給出了埋地管道失效可能性和失效后果的詳細計算方法，但是這種方法需要劃分管道區段，而管道區段劃分需要考慮管道沿線人口密度、管道沿線土壤工程地質條件及管道沿線附近建筑物的密集程度等因素，導致很難按照這種方法來進行定量計算。

Jung Kwan Seo等[21]提出了一種用于海底管道風險評估的簡化計算方法，這種方法采用腐蝕損傷可能性(probability of corrosion defect)來計算失效可能性，采用爆炸強度容量(burst strength capacity)來計算失效后果。

3.4 其他領域

RBI技術還被應用于海洋平臺[22]和長輸管道壓氣站[23]的壓力容器、壓力管道的風險評估，也用于煤化工裝置[24]的風險評估。

4 總結與展望

(1)自RBI技術引入中國至今，先后經歷了技術轉化、試點應用和廣泛應用3個階段，伴隨著越來越多的企業進行RBI評估，并且采用RBI評估結果來指導檢維修，RBI技術已經進入到了第四個階段——實質應用階段。在這個階段，由于RBI評估人員和檢驗人員不一定為同一個人或者來自同一個機構，需要RBI評估人員和檢驗人員進行充分溝通與合作，才能讓RBI評估結果更加科學高效地指導檢驗。同時，RBI評估人員也要根據檢驗結果對RBI評估工作中存在的問題進行思考和修正。

(2)RBI技術被廣泛應用于在役設備的風險評估，并根據風險評估結果對設備進行針對性的檢驗，從而降低設備風險。但是，RBI技術卻無法降低設計缺陷所導致的風險，因此，需要對設備進行基于風險的設計(RBD)，降低設計缺陷所導致的風險。

(3)RBI技術對設備在制造和安裝過程中導致的原始缺陷考慮較少，而原始缺陷往往是造成設備失效的重要因素，因此，需要對設備在制造和安裝過程中導致的原始缺陷進行研究，從而更好地評估設備風險。

(4)將RBI技術與以可靠性為中心的維修(RCM)、儀表連鎖控制系統(SIL)等結合起來，進行設備完整性管理，更好地保障設備本質安全，是未來RBI技術發展的方向。

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(編輯 張向陽)