基于RBI的站場完整性評價技術研究

楊洪麗賈明德陳文賢王宏武梁昌晶

1.中海油石化工程有限公司 （山東 青島 266101）2.中國石油管道局工程有限公司 第四分公司 （河北 廊坊 065000）3.中石油管道有限責任公司 西部塔里木輸油氣分公司 （新疆 庫爾勒 841000）4.中國石油青海油田分公司 管道輸油處 （青海 格爾木 816000）5.河北華北石油港華勘察規劃設計有限公司 （河北 任丘 062552）

目前，油氣管道和站場的經濟性、安全性越來越受到關注，我國對長輸管道、油氣田集輸管道完整性管理開展較早，檢測和評價手段也比較完善，形成了一整套管道完整性管理模式。但對于油氣站場的完整性管理尚處于初級階段，一些管道和油氣田企業還沒有開展相應的技術研究和現場應用。同時站場與管道相比，具有設備種類繁多、自動化程度不一致、系統繁雜、管理難度大等特點，站內設備和管道失效后可能在短時間內造成較大影響，因此有必要對站場完整性的相關檢測評價技術進行研究。

1 RBI技術

RBI（基于風險的檢驗）技術是目前國外發達國家通用的一種滿足經濟性和安全性的評價管理手段[1-2]。RBI技術最早由英國原子能協會提出，初期主要用于核工業相關設備的安全評價，后來經挪威船級社（DNV）的深入研究，頒布了API580和API581兩個RBI標準，總結了風險計算、流體泄漏量計算、常見設備失效概率以及各類工況下（應力腐蝕開裂、高溫氫腐蝕、機械疲勞、脆性斷裂等）的定量計算等，是建立RBI模型的基礎。RBI評價技術的作用主要體現在兩方面，一是對檢驗周期的調整優化，二是對維護策略的制定優化。根據28原則可知，80%的高風險點存在于20%的設備上，但常規的檢測手段（宏觀檢查、超聲波壁厚檢查、磁粉探傷等）通常采用周期性檢查，易存在過度檢測或檢測不足，對站場內的設備和管道進行RBI評價后，可有針對性地制定維護維修策略，重點檢測高風險點，優化檢測周期，使下次檢測時設備和管道正好處于風險可接受的最高水平[3-4]。

2 RBI風險評價

整個RBI風險評價的技術流程包括：建立RBI數據庫、物流回路和腐蝕回路劃分、損傷機理分析、風險計算、風險減緩措施等。由于RBI適用于靜設備失效模式明顯（內部腐蝕、外部損傷、應力腐蝕開裂、疲勞損傷等）、工藝較復雜的場站，因此評估對象主要為靜設備和站內管道。

以某天然氣處理站為例，處理工藝為來氣進入冷卻器及分離器分離出輕油。分離后的天然氣通過干氣復熱器、氨冷卻器、液烴冷卻器、主換熱器降溫，進入第一低溫分離器，分離出的天然氣經膨脹機進一步降溫，進入第二低溫分離器分離，第一低溫分離器、第二低溫分離器分離出的混合輕烴經主換熱器、液烴冷卻器回收冷量后進入儲罐，分離后的天然氣經主換熱器、干氣復熱器冷量回收后，進膨脹機加壓后進入外輸系統。本文主要評價站內的工藝系統和部分輔助工藝系統（如排污系統和放空系統等）內的工藝管道、壓力容器等，不包括緊急關斷系統、發電機、消防水系統、儀表風等系統，最終確定評價對象為工藝管道143條、壓力容器57臺，安全閥74個，共計274個設備項。

2.1 建立RBI數據庫

RBI評價過程要經過大量計算，每個基礎數據的完整性和準確性直接影響到風險的計算和評價結果，因此該步是整個評價體系的基礎。數據包括但不限于表1中所列，在數據錄入的過程中要不斷核對和補充相關數據，保證數據的真實可靠。

2.2 物流回路和腐蝕回路劃分

根據設計圖紙說明和工藝流程圖，將物料發生泄漏時兩個切斷閥之間的管線或設備劃分為一個物流回路。該回路內的泄漏不會影響其他回路。根據歷史檢測數據及專家判斷結果，按照腐蝕因素將失效機理一致的回路劃分為一個腐蝕回路，根據物流回路和腐蝕回路綜合判斷各設備項的失效后果。其中，失效后果跟泄漏量和泄漏速率有關，而泄漏量和泄漏速率與泄漏孔徑的大小、物料的性質（主要是黏度和密度）、運行壓力、運行溫度等有關。依據API 581相關規定，分別對小、中、大和破裂的泄漏孔徑的泄漏量和泄漏速率進行計算，再根據泄漏類型（瞬時或持續），將計算結果按照發生概率的不同進行加權平均后得到失效后果，從失效后的傷亡影響面積、人員傷亡數量、經濟損失3個方面對后果等級進行劃分，具體見表2。

表1 RBI數據庫

表2 失效后果等級的劃分

2.3 損傷機理分析

根據介質分析報告，原料氣中含有少量CO2，質量分數在1.66%～4.51%之間，未檢測到H2S有效含量。因此，結合天然氣處理站裝置工藝和站內腐蝕情況，并參考同類裝置的失效分析資料，聽取相關專家的意見，經綜合分析后確定站內可能的損傷類型有以下幾個方面。

1）內部腐蝕減薄包括均勻腐蝕和局部腐蝕[5]。內部腐蝕減薄是指流程中腐蝕介質所引起的壁厚均勻減薄或局部減薄。由于處理站物料中含CO2，因此工藝管線和設備可能發生以CO2、H2O腐蝕為主的均勻腐蝕，在有水、雜質積聚的部位可能發生局部腐蝕。

2）外部損傷。處理站的外部損傷主要包括大氣腐蝕，埋地管道外腐蝕和架空管道部分保溫層浸水后造成的外腐蝕。

3）應力腐蝕開裂。硫化物應力腐蝕開裂，由于處理站除凝析油含有少量酸質不含H2S，因此發生SSC的可能性極低。

4）此外，還存在內部出砂沖蝕，地基下沉引起的應力破壞，特殊工藝高低溫溫差引起的應力疲勞等損傷類型。

根據損傷機理，可以修正損傷因子Df，由此計算設備項的失效概率：

式中：gf為設備項的通用失效概率；Df為損傷因子；Fms為企業管理系數，國內一般取1.0～1.5。

DNV在搜集了大量的失效數據和案例后，建立了4種泄漏尺寸下的常見設備通用失效概率，該數據代表數個行業的真實失效概率，具有一定的可靠性，見表3。

表3 API 581中設備項每年通用失效概率

2.4 風險計算

將失效概率和失效后果數據導入DNV開發的專業計算軟件Orbit Onshore后，可以得到風險的大小[6]。根據失效后果的不同，風險的單位不同。運用5×5的風險評價矩陣表示識別到的設備項風險，風險矩陣分為高風險、中高風險、中風險和低風險4個級別，計算結果如圖1所示。

圖1 靜設備評價風險矩陣圖

由圖1可知，該處理站的失效概率評價結果為：165個設備項處于第1類（低）失效可能性，36個設備項處于第2類（較低）失效可能性，30個設備項處于第3類（中）失效可能性，43個設備項處于第4類（較高）失效可能性。

失效后果評價結果為：80個設備項處于B（較低）類失效后果，51個設備項處于C（中）類失效后果，138個設備項處于D（較高）類失效后果，5個設備項處于E（高）類失效后果。

根據該處理站的設計、檢測、維修數據，對各設備項進行評價，總的風險分布如圖1所示。通過風險評價結果可知，低風險的設備項有62個，占22.63%；中風險設備項有170個，占62.04%；中高風險設備項有42個，占15.33%；無高風險設備項。

2.5 風險減緩措施

由上述風險矩陣結果知，中高風險的設備只占總設備項的15%左右，但卻集中了近90%的風險，因此可重點針對風險較高的設備項加密檢測周期，并使用合適的檢測方法。

對于壓力容器的定期檢驗，由國家授權具有相應資質的檢驗單位按照TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》、TSG R7001—2004《壓力容器定期檢驗規則》并結合壓力容器定期檢驗報告規定的檢驗周期進行。其中檢驗方法以宏觀檢查和超聲波壁厚測定為主，必要時采用表面無損檢測、漏磁檢測。宏觀檢查應以容器本體，對接焊縫，接管角焊縫的裂紋、變形、泄漏以及排污裝置的檢查為重點；測厚部位以液位波動處、進出口接管對應筒壁、排污裝置處筒壁為重點；表面無損檢測、漏磁檢測以宏觀檢查有問題的部位及錯邊量和棱角度超過制造標準的部位為重點。

對于工藝管道的定期檢驗由管理部門自行組織，檢驗周期根據其風險等級和失效概率確定。檢驗方法選擇：①對風險等級為高、中高的管線以宏觀檢查、壁厚測定、無損檢測、安全保護裝置檢驗為主，必要時進行材料表征分析、應力分析計算等；②對風險等級為中、低的管線以宏觀檢查、壁厚測定、安全保護裝置檢驗為主，必要時進行無損檢測；③外部宏觀檢查以管道和管件的損傷、變形、腐蝕，管道與管架連接部位的局部腐蝕，焊接接頭的表面裂紋檢查為重點；④無損檢測以外部宏觀檢查有問題、長期承受明顯交變載荷、支架損壞部位附近焊接接頭為檢測重點。

3 應用效果

通過技術應用，降低了安全環保的風險隱患。通過資料分析、檢測、風險評估等工作，掌握了集中處理站的機泵、管道、儲罐、壓力容器、閥門等設備設施運行狀況及高風險管控點，科學制定了檢測、監測、維護維修計劃，使風險受控，為高效安全運行提供保證?；陲L險點的檢測、以可靠度為中心的維護，使今后的檢測和設備維護更有針對性，可以降低后續生產成本，單個站點每年檢測費用約節省120萬元。

4 結束語

通過對某天然氣集中處理站站內設備和工藝管道的RBI評價分析，發現損傷機理與長輸管道有明顯不同。除常規的主要腐蝕因素外，還可能存在內部出砂沖蝕、地基下沉引起的應力破壞、特殊工藝高低溫溫差引起的應力疲勞等。此外，RBI數據庫中數據的可靠性和完整性是進行RBI評價的基礎，但大部分站場壓力容器和工藝管道數據不全，存在數據臺賬缺失、檢測報告資料不全、檢測周期未按計劃實施、抽檢比例和內容無法保障等問題。因此應建立常態化機制，一是建立設備項的定點超聲波測厚機制，二是建立在線腐蝕監測機制。將多種腐蝕監測技術（腐蝕掛片、電阻探針、FSM等）有機結合在一起，根據相關數據及時對數據庫進行更新和完善，進行RBI再評價，優化檢測、維護、維修方案，實現科學檢測、合理投入，為站場完整性的管理提供理論和實踐依據。