基于風險的檢驗技術(shù)(RBI)在某化工廠乙烯管道風險評估中的應(yīng)用

韓 濤

(中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300456)

1 項目背景

本管道建于1996年，全長32km，管道運輸?shù)慕橘|(zhì)為氣態(tài)乙烯，年最大運輸能力為2.5萬t。管道管徑為6inch，材質(zhì)為20﹟無縫鋼管，設(shè)計壁厚8mm，設(shè)計壓力3MPa。操作壓力首站1.75MPa，末站1.55MPa。在近期開展的管道隱患整治活動中，發(fā)現(xiàn)該管道的管理存在很大的問題。計劃采用基于風險的檢測技術(shù)(RBI)，對乙烯管道進行風險分析，得到管道的量化風險，并根據(jù)風險提出合理的建議措施和日常維保策略，為乙烯管道的安全平穩(wěn)、長周期的運行提供技術(shù)保障。

2 乙烯管道的RBI風險計算

2.1 管道分段

為了便于分析管道風險，基于管道中設(shè)有6個閥門，將該管道系統(tǒng)劃分為7段，見表1。

表1 管道分段情況

2.2 失效可能性分析

管線的失效概率是指單位長度(km)、單位時間(a)內(nèi)發(fā)生泄漏事故的次數(shù)，實質(zhì)上就是管線泄漏事故率。RBI失效概率的計算通過設(shè)備修正因子和管理系統(tǒng)評價因子兩個因素來對設(shè)備平均失效概率進行修正。其計算公式如下：

Frequencyadjusted=Frequencygeneric×FE×FM

式中：Frequencygeneric—通用失效概率

FE—設(shè)備修正因子(FE=T+U+M+P+D)

FM—管理系統(tǒng)修正因子(FM=0.1～10.0)

1)RBI中各種設(shè)備及管道的通用失效概率有一個推薦值，經(jīng)查詢，該管道的公稱直徑為6inch，1/4 inch小孔泄漏的通用失效概率為4×10-7，1 inch小孔泄漏的通用失效概率為4×10-7，斷裂的通用失效概率7×10-8，故，管道通用失效概率為8.7×10-7。

2)設(shè)備修正因子FE是根據(jù)設(shè)備運行的特定環(huán)境，為每一設(shè)備制定的設(shè)備修正系數(shù)。結(jié)合輸氣管道系統(tǒng)的失效特點對設(shè)備修正因子FE進行了修正，增加了輸氣管道的第三方破壞子因子D。設(shè)備修正系數(shù)由下面五個子系數(shù)組成：技術(shù)因子T，通用子因子U，機械因子M，工藝子因子P，第三方破壞子因子D。

a、技術(shù)因子T主要涉及到腐蝕減薄T1、應(yīng)力腐蝕開裂(SSC、HIC/SOHIC-H2S)T2與外部腐蝕T3三種失效模式。T值為各種失效模式下?lián)p傷系數(shù)的總和：T=T1+T2+T3。

技術(shù)子因子T的計算結(jié)果見表2所示。

表2 技術(shù)子因子T的計算結(jié)果

b、通用因子U：通用子因子對工業(yè)設(shè)施中的所有設(shè)備的影響是相同的。通用子因子包括下列三個因素：工廠條件、低溫環(huán)境下的操作、地震活動。經(jīng)調(diào)查計算，通用子因子U的取值結(jié)果見表3所示。

表3 通用子因子U的取值結(jié)果

c、機械子因子M：機械子因子取決于設(shè)備設(shè)計與制造的最初狀況。由以下4個要素組成：復(fù)雜度、建造規(guī)范、設(shè)備壽命周期、安全系數(shù)。

經(jīng)調(diào)查計算，機械子因子M的取值結(jié)果見表4所示。

表4 機械子因子M的取值結(jié)果

d、工藝子因子P：工藝子因子包括對設(shè)備影響嚴重的工藝條件，以及設(shè)備自身的工藝條件。該因子包括兩個因素：計劃停車和非計劃停車。

經(jīng)調(diào)查計算，工藝子因子P的取值結(jié)果見表5所示。

表5 工藝子因子P的取值結(jié)果

e、第三方破壞子因子D，主要是指由于非管道員工的行為而造成的所有的管道意外損害。文中考慮影響第三方風險的因素有以下6方面：管線最小埋深、活動程度、管線地面設(shè)施、公共教育、管線用地標志、巡線頻率。

表6 第三方破壞子因子D取值結(jié)果

經(jīng)調(diào)研得知，該管線的巡線方式為每日巡線，該數(shù)值取0。第三方破壞子因子D取值結(jié)果見表6所示。

通過a～e的分析計算，可以得到設(shè)備修正因子F_E的結(jié)果，見表7所示。

表7 設(shè)備修正因子FE的計算結(jié)果

3)管理系統(tǒng)修正因子FM。

風險評估程序根據(jù)與通用工藝安全管理系統(tǒng)的比較而得出管理系統(tǒng)修正系數(shù)來對通用失效概率進行調(diào)整。因為整個廠區(qū)都遵守同樣的管理規(guī)則，所以管理系統(tǒng)修正系數(shù)不會改變設(shè)備項之間的基于風險值的順序排列。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該工廠的管理水平屬于平均水平，F(xiàn)M=1。

根據(jù)通用失效概率、設(shè)備修正因子、管理系統(tǒng)修正因子的結(jié)果，各段管道失效可能性的計算結(jié)果如表8所示。

表8 各段管道失效可能性的計算結(jié)果

表8(續(xù))

2.3 失效后果分析

對于乙烯管道，其代表性流體是RBI基本資源文件中模擬的物質(zhì)C1-C2。對于6 inch的管道，泄漏孔尺寸有：l/4 inch、l inch和破裂。泄漏率取決于物質(zhì)的物理性質(zhì)、初始相以及工藝條件。對于輸氣系統(tǒng)，它的初始相為氣體。計算氣體泄漏率分為兩步，首先根據(jù)轉(zhuǎn)換壓力Ptrans確定流動狀態(tài)，然后使用對應(yīng)流動狀態(tài)方程計算泄漏率。乙烯的轉(zhuǎn)換壓力Ptrans=0.183MPa。乙烯管道內(nèi)氣體壓力大于轉(zhuǎn)變壓力時，氣體流動屬于音速流動。計算得乙烯氣體的泄漏率及泄漏類型，見表9所示。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該管道沒有安裝專門的探測系統(tǒng)，探測分類屬于C：肉眼檢查、覆蓋整個需要監(jiān)視的區(qū)域的照相機。隔離系統(tǒng)靠手動閥，屬于C類：靠手動操作閥啟動的隔離系統(tǒng)。通過核算，管道內(nèi)的乙烯總質(zhì)量為3561kg，在瞬時泄漏情況下，這些氣體能在3min內(nèi)釋放到大氣內(nèi)。考慮管道內(nèi)剩余壓力，泄漏量為2547kg。根據(jù)計算，每段管道的加權(quán)失效后果為1413.5 m2。

綜上所述，乙烯管道的風險計算結(jié)果如表10所示。

表10 乙烯管道的風險計算結(jié)果

3 乙烯管道風險評估

3.1 風險分布

圖1 API 581規(guī)定的風險矩陣

圖1為API 581規(guī)定的風險矩陣，其中橫坐標為失效后果等級，從低到高依次為A、B、C、D、E；縱坐標為失效概率等級，從低到高依次為1、2、3、4、5。四個不同的顏色將風險劃分為四個不同等級，從低到高依次為低風險、中風險、中高風險、高風險。

根據(jù)第二節(jié)的計算結(jié)果，該管道整體居于中高風險。這是由于管道閥門為手動閥，無自動關(guān)閉功能，當發(fā)生瞬時泄漏時，短時間內(nèi)，整個管道內(nèi)的氣體會泄漏出來，從而導(dǎo)致失效后果等級高。7段管道中，3段管道的失效概率較高。這是由于這3段管道的地面活動較為頻繁，第三方破壞的可能性較大。日常巡檢中應(yīng)特別注意這3段管道的地方活動情況。

3.2 剩余壽命

式中，y為剩余壽命，yr；

tr為實測壁厚，mm；

CR為計算腐蝕速率，mm/yr。

該管道的內(nèi)外部腐蝕總速率為0.06 mm/y。

經(jīng)計算，各段管道的剩余壽命計算結(jié)果如表11所示。

表11 各段管道的剩余壽命計算結(jié)果

從表11可以看出，該管道腐蝕較慢，還有非常長的剩余壽命。但還要注意到，這是沒有考慮防腐層破損的計算結(jié)果。當防腐層破損之后，外部腐蝕速率可以達到0.16 mm/y。防腐層的壽命與地面活動有很大關(guān)系，地面活動劇烈，防腐層受損的可能性就大一些。維修記錄顯示，6#管道曾由于管道接口位置發(fā)生破損從而造成砂眼泄漏，從而可以說明接口存在傾向，這是后期檢測的一個重點。

3.3 檢修策略

1)建議進行定期檢驗。管道的檢測以超聲波測厚為主，針對可能出現(xiàn)的砂眼，可以采用超聲波C掃描技術(shù)進行局部全面檢測。檢測的位置應(yīng)優(yōu)先考慮地面活動頻繁的管段及焊縫位置。

2)建議對養(yǎng)雞場附近裸露管段進行及時填埋，以滿足規(guī)范要求。

3)建議砂眼處理過程中嚴格控制收縮帶施工質(zhì)量。

4 結(jié)論

通過對乙烯管道存在的各方面危險、有害因素進行系統(tǒng)、全面的辨識和分析，定量計算該管道的失效后果及失效可能性，得到該管道的風險等級。基于相關(guān)法律法規(guī)、技術(shù)標準，結(jié)合失效機理分析的結(jié)果，預(yù)測該管道的剩余壽命，并提出合理可行的檢維修措施。在預(yù)測剩余使用期限內(nèi)，企業(yè)應(yīng)正確操作，并采取評估提出的各項安全對策措施及建議，可最大程度降低泄漏事故發(fā)生的可能性，使隱患的風險在可控制范圍內(nèi)。