海上平臺壓力容器RBI評估技術

陳剛，張充霖 (中海石油技術檢測有限公司，天津 300452)

0 引言

海上壓力容器是海洋油氣生產、處理和儲存的重要設備，由于外部環境及容器內部介質的雙重作用，海上壓力容器在生產使用過程中面臨腐蝕減薄及應力集中開裂等運行風險，一旦發生泄漏或斷裂極有可能釀成火災、爆炸及環境污染等重大事故，使生命及財產遭受嚴重損失，因此定期開展海上壓力容器檢驗和評估已成為迫切需求。

1 RBI評估技術

基于風險的檢驗技術，即Risk based Inspection技術，是以可能發生介質泄漏而損壞的設備為分析對象，以設備檢驗檢測為主要手段的風險評估和管理過程。對比傳統的檢驗檢測方法，RBI技術通過計算評價對象的經濟、安全方面潛在的風險，根據不同的失效機理確定相應的檢驗策略以指導檢驗。統計數據表明：設備的失效風險平均分配，約80%～90%的風險由10%～20%的設備承擔[1-2]。

傳統的檢驗技術和RBI檢驗技術的比較如圖1所示。

圖1 傳統檢驗和RBI的比較

從上圖可以看出：

(1)完成同等程度的檢驗，RBI的風險要小于傳統檢驗；

(2)在同等風險水平上，RBI的檢驗量要小于傳統檢驗。

傳統檢驗方法對于檢查設備使用狀況和確保設備的完整性而言至關重要，但對于準確估計后續檢驗工作量來說難度很大。RBI技術將設備在使用期間可能發生的風險與設備在役檢驗相聯系。采用風險分析方法，將流程中全部的設備按風險高低進行排序，在此基礎上，針對計算發現的高風險設備，按照其損傷的特點，采用針對性檢驗方法進行檢驗，從而顯著降低設備風險。

2 應用實例

以某海上平臺為例進行RBI評估分析。平臺容器共7臺(如表1所示)，評估軟件為Synergi Plant RBI Offshore軟件。

表1 容器清單

2.1 建立RBI數據庫

建立RBI數據庫包括資料搜集與數據采集。資料收集主要包括以下資料：

(1)設計、竣工資料：主要包括容器竣工圖、計算書、質量證明書、檢驗資料、現場銘牌及設備和中控流程圖照片等；

(2)工藝資料：主要包括容器的操作壓力、操作溫度、工藝流程圖、PID圖、出口及入口的介質、流速、取樣處化學分析報告等；

(3)操作資料：包括操作規程與操作運行記錄；

(4)腐蝕調查：包括關鍵設備、潛在失效模式和以往發生事故及事故原因；

(5)后果相關資料：包括設備資產明細、平臺結構設計圖紙、平臺人數、維修成本和停產損失等。

數據采集是指從搜集到的資料中進行提取和整合，即依據PFD圖，了解和掌握整個裝置的工藝流程和關斷設置，進行RBI分析的設備將根據PID輸入，按照工藝流程順序輸入到數據采集表中，數據錄入前須審核數據的準確性以及相關數據的一致性，并整理成RBI計算專用數據庫。

2.2 可疑區劃分

對于可疑區劃分，原則如下：當某隔離段的容器或接管失效泄漏時，只有此存量組中的物料會泄漏，其它隔離段中物料由于緊急切斷裝置的作用而不會泄漏。因此，任意隔離段中容器或接管發生失效時，其失效后果按照該段內的物流泄漏量及泄漏速率進行計算。

2.3 后果區劃分

海洋平臺作為一個龐大的油氣生產系統可實現一系列完整的生產過程，而各個分系統又可獨立劃分為單獨的生產系統。海洋平臺平面圖為進行后果區域劃分的基礎，防爆墻的防爆等級和設置位置決定了后果區域的劃分方式，一般做法是將防爆等級為A60以上的防爆墻當作后果區域的劃分依據。

2.4 腐蝕回路劃分

腐蝕回路的劃分原則是將腐蝕機理相同 (材料、介質相同，溫度在同一腐蝕機理范圍內、保溫情況相同) 且彼此相連的設備劃分為一個腐蝕回路。根據海上平臺容器腐蝕機理及腐蝕機理識別方法，結合物流數據和相關流程、最新介質取樣化驗數據、腐蝕分析報告、設備的材質和介質、操作壓力和操作溫度，最終判斷壓力容器的腐蝕類別并劃分腐蝕回路。

2.5 風險計算

2.5.1 風險計算原理

容器的風險有兩部分組成：一個是評價單元的失效概率；另一個是評價單元的失效后果。風險R(t)的計算公式如下所示：

式中：Pf(t)為失效概率，反映了容器預期的失效可能性大小；C(t)為失效后果。

以上可見，風險是時間累積的函數，隨著壁厚減薄、裂紋或其它損傷機理在運行時間上的積累，損傷因子逐漸增大。當設備或單元存在多個損傷機理時，各損傷機理分別計算，得到一個與時間相關的風險。通過對比各損傷機理對應的風險，選取最高的風險作為該設備或單元的風險。

文章利用Synergi Plant RBI Offshore軟件進行定量分析時，從經濟損失大小和安全水平高低對容器進行風險分析，結果以經濟風險和安全風險的形式體現。

2.5.2 可能性計算

RBI分析對失效可能性的計算是設定設備的損傷速度超過預期值即可能發生未預料的災難性事故，并根據檢驗方法對檢出各種不同形式損傷及損傷速率的有效性來確定置信度。失效可能性采用極限狀態分析與可靠性指數法求得。

損傷速率模型可分為四類，即可忽略模型、未知模型、速率模型和敏感性模型。

2.5.3 失效后果計算

失效后果按照泄漏流體物料的性質與數量進行計算，物料泄出量與泄出速率的影響因素為失效孔徑大小、操作壓力以及流體粘度與密度。設備常見的失效機理易導致在每一設備中發生泄漏，中等孔或大孔的失效、或發生破裂，須分別對各種失效形式進行計算，分析失效后果，再根據不同失效形式所造成后果的加權影響計算總的后果大小。

2.5.4 風險可接受準則

文章風險可接受準則如下所示：

——安全可接受風險準則以PLL表示，每年每部件0.000001；

——經濟可接受風險準則以經濟損失表示，每年每部件USD3000。

2.5.5 風險矩陣

風險排序，采用了5×5矩陣圖的方法，縱向失效可能性按失效可能性系數劃分1、2、3、4、5五個等級，橫向失效后果按失效后經濟損失或安全影響劃分為A、B、C、D、E五個等級。經過計算，得到容器的經濟和安全風險矩陣如圖2和3所示。

圖2 當前經濟風險

圖3 當前安全風險

2.5.6 風險分析結果

經過計算分析及匯總，得到每臺容器最嚴重的經濟風險等級和安全風險等級。平臺容器中不存在極高風險、低風險和極低風險設備；風險為高風險的設備有3臺，分別為計量加熱器EH-1301、生產加熱器EH-2001、生產分離器V-2001；風險為中風險的設備有4臺。

3 結語

(1)文章共詳細分析了7臺壓力容器，共劃分為109個評價單元。

(2)基于安全和經濟風險分析結果，容器中不存在極高風險、低風險和極低風險設備；風險為高風險的設備有3臺，分別為計量加熱器EH-1301、生產加熱器EH-2001、生產分離器V-2001；風險為中風險的設備有4臺。

(3)平臺容器的驅動風險水平變化的主要腐蝕機理是外部腐蝕、水腐蝕和微生物腐蝕。針對外部腐蝕，應加強日常巡檢檢查設備的保溫覆蓋情況，發生破損應對外部涂層進行檢查并將設備恢復到完全保護的狀態。此外還應定期對重點部位的外涂層進行開孔監測，保證外部涂層隨時處于完整的狀態。針對微生物腐蝕，應加強對設備內流速較低區域和死角的監測，通過在確認存在微生物腐蝕的流程中添加殺菌劑來控制微生物的繁殖。針對水腐蝕，建議控制碳鋼材質容器內海水、閉排水的流速在合理范圍，并在容器內表面涂敷內部涂層，使被保護表面與介質機械隔離而控制水腐蝕。