石化企業特種設備檢驗的策略與方法

張 健 樊亞軍

（中國石油蘭州石化公司）

石化企業的特種設備是其日常管理的主要風險點，尤其是煉化工藝流程中的壓力容器和管道管件。 現有的檢驗規程規定對容器焊縫和管道管件在全面檢驗時按需抽查，適度擴探。 檢驗結果的準確性往往由檢驗人員的經驗與業務水平的高低來決定，不確定因素很多，導致檢驗后的壓力容器和管道管件在未抽查部位可能存在缺陷和風險。 為此，筆者認為在現有法規要求和貫徹執行的銜接、落實過程中，有必要在檢驗時引入基于風險的檢驗（RBI）技術，來完善過程控制和檢驗效果。

1 現有設備檢驗中的不足

1.1 檢驗過程無法達到全覆蓋

根據法規要求： 壓力容器定期檢驗項目，以宏觀檢查、壁厚測定、表面缺陷檢測和安全附件檢驗為主，必要時增加埋藏缺陷檢測、材料分析、密封緊固件檢驗、強度校核、耐壓試驗及泄漏試驗等項目［1］；工業管道的全面檢驗項目以宏觀檢驗、壁厚測定和安全保護裝置的檢驗為主，必要時增加表面缺陷檢測、埋藏缺陷檢測、材料分析、耐壓強度校核、應力分析、耐壓試驗及泄漏試驗等項目［2］。 同時，法規對檢驗項目、檢驗方法及抽檢比例等均有明確的要求。 但是，在實際執行過程中，受現場條件、選點代表性、覆蓋面、檢驗員的經驗及其責任心等因素的影響，在一次甚至數次檢驗過程中均未達到真正的全覆蓋。

1.2 過度檢驗仍無法避免突發事件

石化企業的日常管理和檢驗，通常采取增加巡檢頻次、分級分批提高檢驗標準及擴大檢驗抽檢比例等方法，但實踐中仍不能有效避免突發事故（件）的發生。 以某石油化工廠為例，壓力容器基本可實現3～4 年全覆蓋檢驗，管道管件尤其是互供管道檢驗周期甚至縮短到了半年至一年全覆蓋檢驗， 使得管理難度和檢驗費用不斷增加，也沒有實現真正意義上的百分之百杜絕異常泄漏。 表1 為2014～2016 年間某乙烯裝置管道泄漏故障統計。

表1 某乙烯裝置管道泄漏故障統計

據統計，工業管道事故原因受設計、制造、管理、安裝及腐蝕等因素影響（圖1），較為復雜［3］。現實中，裝置存在的原始缺陷與運行中的新生缺陷相互疊加，管件、螺栓等元件選材錯誤導致的外部腐蝕和強度降低，部分管件標準規范執行前存在安裝施工、更新更換及技術改造等不規范問題。

圖1 石化企業管道事故原因各因素的占比

1.3 檢驗方案缺乏針對性

相關法規要求特種設備檢驗前，檢驗機構應根據壓力容器的使用情況、 損傷模式和失效模式，依據規則要求制訂檢驗方案，檢驗方案由檢驗機構授權的技術負責人審查批準并嚴格執行，對于有特殊情況的壓力容器檢驗方案，檢驗機構還應征求使用單位的意見。 檢驗前，檢驗人員一般需要審查設計、制造（含現場組焊）、壓力容器安裝竣工、改造（或重大維修）及使用管理的資料等［1，2］。

實際檢驗過程中發現，檢驗單位制訂的檢驗方案在合規合法方面較全面、細致，尤其是通用條件下的檢驗適用性較好。 但是，對于裝置上一周期的運行情況、現場實際條件以及介質特性等的了解，檢驗人員在短時間內無法達到裝置維護人員同等的熟知程度，因此該檢驗方案對于現場實際的檢測方法、選點的針對性均有欠缺。

1.4 使用風險評價與檢驗過程脫節

特種設備的全過程管理當中，使用單位側重于使用管理、安全管理、合規操作和日常檢查，它是使用安全管理的主體責任單位，過分強調合規管理，但在檢查記錄、異常分析和檢驗參與度方面均有不足； 檢驗單位則受委托以資料審查、依規檢驗為主。 兩者缺乏信息共享和互動交流，沒有形成特種設備的日常管理、風險防控、定期檢驗和監控運行的全過程共同管理機制。

1.5 監護運行風險管控不到位

對于容器管道檢驗，即使發現缺陷，風險管控也存在一定的管理缺失。 《壓力管道安全技術監察規程——工業管道》中規定，壓力管道安全狀況等級是Ⅳ級的，應當對缺陷進行處理后才能繼續使用，但因工業生產的連續性，往往會出現Ⅳ級管線沒有及時切出消除缺陷而實施短期監控運行的情況，而現行的管理制度并未對監控內容和風險削減措施做出相關規定，以致于各單位編寫的監控方案內容差別較大，有的甚至無法滿足管線監控風險的實際作用，使得監護運行風險的管控不到位。

2 在役特種設備常見失效模式

經故障統計與現場年度檢查發現，壓力容器和管道外腐蝕造成的強度降低或減薄泄漏，構成了焊縫原始缺陷以外的主要失效形式。

2.1 碳鋼材料保溫層下腐蝕泄漏風險

保溫層下腐蝕主要腐蝕形態為均勻減薄和點蝕凹坑，發生腐蝕的原因普遍是防腐保溫層和金屬保護層施工質量和選材不達標所致［4］。 甚至有些在使用過程中發生變形或保溫破損，導致水分滲入保溫材料，在金屬和保溫材料間形成薄層電解質溶液，為電化學腐蝕提供了條件：陽極反應生成的Fe2+與陰極反應生成的OH-生成次生反應產物Fe（OH）2，Fe（OH）2在氧氣的作用下繼續發生反應，生成最終腐蝕產物Fe（OH）3和Fe3O4，這些腐蝕產物比較疏松，缺乏保護性，腐蝕介質很容易通過腐蝕產物繼續腐蝕金屬本體，所以金屬本體一旦發生了腐蝕，就會持續不斷地進行下去。 同時，大氣和保溫材料的腐蝕介質溶解到薄層水膜中也促進了腐蝕狀態的發展。

2.2 容器管道上小接管缺陷

過去，由于小接管在設計、施工、檢驗和運行維護管理中常常被忽略， 現場臨時增加較多，小接管根部沒有支管臺或厚壁管，直接在主管道上開孔焊接。 由于原始防腐層破壞，局部更換的管件未做防腐處理，運行過程中這些部位均易發生腐蝕（圖2）。

2.3 管托處的局部腐蝕缺陷

現場發現，管托處由于焊接、防腐處理及積水等原因， 使用中易產生腐蝕凹坑或鋼材減薄（圖3），常規檢測難于發現，因而危害性較大，很多故障因此而引起的。

2.4 碳四類管道露點腐蝕

圖2 小接管根部腐蝕形貌

圖3 管托處腐蝕形貌

丙烯、丁二烯及丁烯-1 等碳四類介質溫度在0～15℃，管壁表面常年有凝結水，保溫棉里Cl-和O2溶解濃縮發生嚴重的外壁整體腐蝕。圖4 所示的腐蝕泄漏發生在主管線的分支處，明顯看到支管前后約300mm 的范圍內發生了嚴重的保溫層下腐蝕。 現場勘察發現金屬保護層遇障礙的開口處未采取任何密封防水措施， 在0℃附近運行導致大量水分沿開口處進入保溫層，為保溫層下的露點腐蝕提供了充分的條件。

圖4 丙烯管線保溫層下腐蝕形貌

2.5 高低溫交變的再生管線外表腐蝕

部分反應器相連管道在低溫正常運行和高溫再生切換過程中，空氣中的氧氣不斷地被吸附和釋放在管道表面， 發生嚴重的表面氧化腐蝕。圖5 所示的管線處于典型的保溫層腐蝕環境的操作區間，正常操作過程中，水分通過破壞的金屬保護層滲入保溫材料，在金屬表面成膜并產生腐蝕。 再生過程中溫度升高金屬表面的水分被蒸干后，腐蝕介質得到濃縮和積聚，當正常操作溫度降到50℃， 水分再次進入并浸濕保溫層后，該處的腐蝕速率最大，腐蝕最嚴重。 經過反復的升溫和降溫最終導致該處腐蝕減薄嚴重，強度下降而遭到破壞。

圖5 再生管線外表腐蝕形貌

2.6 特殊部位腐蝕

保溫層與防腐層局部脫落的部位，如管道的低點部位、管道穿平臺部位等，檢測過程中容易被忽略或因檢測困難而不常被選點，加之常年受雨水的侵蝕和空氣中的氧氣濃縮而發生局部腐蝕（圖6）。

圖6 特殊部位腐蝕形貌

3 檢驗策略與方法

3.1 吸收基于風險的檢驗（RBI）核心思想

RBI 技術是以風險評價為基礎， 對檢測程序進行優化和管理的方法。 通過有效的基于風險的檢驗使得在當前檢測水平下有利于風險降低。RBI 根據設備風險等級，從經濟、健康、安全和環境的角度，給出一個明確的檢測程序，使檢測和管理行為更加集中且有效。 在很多情況下，除了降低風險和過程安全改進措施外，RBI 檢測程序可以節約大量成本。 筆者引用基于RBI 風險評估的3 個要素——RBI 危險的辨識、RBI 失效概率的評估（LOF）和RBI 失效后果評估（COF），用以確定容器（包括管道）的運行風險點，為檢驗單位制訂“檢驗什么”和“什么時候檢驗”的建議-風險提示。

3.2 引入個性化檢驗的理念制訂實施細則

針對以上失效模式分析，結合RBI 的核心理念，將使用單位的現場風險排查的提示與檢測單位的針對性檢測相結合，有效利用使用單位對現場狀況和操作過程熟悉的優勢與檢測單位專業技術的優勢，采取個性化定制的策略，引入個性化檢驗的理念制訂實施細則。 《細則》針對管道檢驗前的準備工作到檢驗后期處理的全過程都提出了詳細的要求，內容涉及設備、生產工藝及安全環保等各專業領域，以提高每臺特種設備檢驗的針對性和實效性，既減少失檢漏檢現象與突發泄漏風險，又避免過度檢驗和高額檢測費用的發生；既克服了以前檢驗過程中存在的不足，又達到了強專業強基礎的目的。

3.3 形成“四檢一護”管理創新工作方法

為適應國家法律、風險受控和企業經營業績的要求， 筆者在總結以上經驗做法的基礎上，制訂了“四檢一護”管理創新工作方法，形成了日常管理、風險防控、定期檢驗和特護運行的全過程管理機制。

“四檢一護”管理體系中，“四檢”是指工藝操作人員日常巡檢+設備管理人員月檢+在線年檢+檢測單位全面檢驗，“一護”是指Ⅳ級容器和管線的特級維護管理。

4 結束語

結合特種設備管理和檢驗相關法規的要求，分析石化企業在役特種設備管理現狀、共性原因和失效模式，吸收基于風險的檢驗（RBI）核心思想，在定期檢驗規則的基礎上引入個性化檢驗的理念，將使用單位的現場風險提示與檢測單位的針對性檢測相結合，以提高特種設備檢驗的針對性和實效性， 減少失檢漏檢現象和突發泄漏風險，并通過歸納總結形成了“四檢一護”管理創新工作方法。

“四檢一護”管理體系的創建與實施，彌補了原有檢驗和管理中的漏洞，現已成為石化企業特種設備全過程管理的重要組成部分，形成了全員參與和群策群力的良好氛圍，并使石化企業特種設備的運行風險得到有效管控，專業管理水平明顯提升，在解決實際問題中堅持“問題思維、缺陷管理、持續改進”管理理念的同時，實現了應用技術的突破和管理創新。