基于風險評估的檢驗在成套裝置檢驗中的應用

李趙

上海市特種設備監督檢驗技術研究院（上海 200062）

基于風險評估的檢驗（RBI）是以設備破壞引起的介質泄漏為分析對象，以無損檢驗為主要手段的風險評估和設備管理過程[1]，主要關注材質劣化導致的設備損壞，通過針對性的檢驗控制相應設備的風險，可以兼顧設備的安全性與經濟性。

傳統的檢驗主要是從保證壓力容器安全的角度來制定相適應的檢驗方法、確定檢驗周期，雖然在制定壓力容器的檢驗計劃時也考慮了失效機理，但由于檢驗人員技術水平的差異，所制定檢驗方法的有效性、針對性、完整性并不理想[2]。而傳統的檢修計劃通常是停機后對壓力容器進行100%的檢驗，重點也不突出。同傳統的檢驗方法和檢修計劃相比，RBI技術綜合考慮了被評估對象的安全性、經濟性和潛在的失效風險，并根據不同容器的失效機理確定相應的檢驗策略。RBI風險分析對容器的風險進行分類排序，識別高風險容器，并根據風險驅動因素提出針對性的檢驗策略[3]。

某能源企業丙烷脫氫（PDH）及地面火炬、產品罐區聯合裝置，因實際生產及工藝方面的原因，無法對承壓設備進行100%停車檢驗，因此釆用基于風險評估的檢驗方法。該項目采用“通用中特石化裝置工程風險分析系統”，結合在RBI檢驗工作中所積累的經驗，以容器中介質腐蝕流為主線，分析介質中有害相可能對容器造成的損害，計算壓力容器的失效可能性和后果，確定壓力容器的風險等級，分析產生風險的因素，找出可能發生失效的部位和原因，提出有針對性的預防措施。

1 裝置概況

1.1 裝置簡介

該能源有限公司對PDH及地面火炬、產品罐區聯合裝置開展安全管理評價工作，滿足相關法規中RBI應用條件的要求，申請進行RBI檢驗。本次RBI評估工作范圍為該聯合裝置11臺壓力容器，容器基礎數據見表1。

表1 容器基礎數據表

1.2 倉儲單元

（1）工藝流程

倉儲單元共涉及壓力容器5臺，評估容器為丙烯產品儲罐TK704E，丙烯產品儲罐TK704G，蒸發氣體（BOG）冷凝液緩沖罐V23002，分液罐V1311，水封罐V1312。TK704E與TK704G用于成品丙烯儲存，設計相同，正常液體溫度范圍為10～25℃，飽和蒸汽壓為0.68～1.07 MPa，球罐內溫度超過30℃，會手動打開噴水系統使其冷卻。高壓丙烯氣體和火炬氣經過分液罐V1311進行分液，氣相部分進入水封罐，液相部分排出。壓縮BOG進入BOG冷凝液緩沖罐V23002。

（2）評估對象可能損傷機理

壓力容器可能損傷機理為制造缺陷、機械疲勞、硫化氫應力腐蝕開裂、保溫層下腐蝕、大氣腐蝕、沖刷腐蝕、未知腐蝕等。

1.3 PDH一期單元

（1）工藝流程

PDH一期單元共涉及壓力容器4臺，評估容器為濕火炬分液罐V1301，干火炬分液罐V1302，氯化物處理器V107，廢堿液儲罐V115。氯化物處理器V107用于吸附反應器流出物中的氯化物。廢堿液儲罐V115用來收集堿洗塔堿洗脫氣后的廢堿液，定期送至公用工程堿液處理單元。濕火炬系統帶有分液罐V1301，排入V1301的物料經低壓蒸汽加熱后，分離的液相由凝液泵送至罐區，氣相排入火炬總管。干火炬系統帶有分液罐V1302，經過甲醇汽化器加熱汽化后，氣相經過熱器過熱后，排入火炬總管。

（2）評估對象可能損傷機理

壓力容器可能損傷機理為機械疲勞、大氣腐蝕、堿應力腐蝕開裂、未知腐蝕等。

1.4 公用工程單元

（1）工藝流程公用工程單元涉及壓力容器2臺，評估容器為緩沖罐V1832，儀表空氣增壓罐V1805。緩沖罐V1832主要用于儲存液氮儲罐中的液氮經汽化器汽化后的氮氣，儀表空氣增壓罐V1805主要用于儲存儀表風增壓機來的壓縮空氣，給生產用氣動設備提供動力。

（2）評估對象可能損傷機理

壓力容器可能損傷機理為機械疲勞、大氣腐蝕、未知腐蝕等。

2 定量風險分析結果

2.1 風險分布

采用“通用中特石化裝置工程風險分析系統”進行分析，結合在RBI檢驗工作中所積累的相關經驗,該裝置所包含的壓力容器在2021年度定期檢驗之前的風險矩陣圖如圖1所示。

圖1 壓力容器風險矩陣圖

2.2 風險統計

壓力容器風險統計見表2。從表2可以看出，裝置所包括的壓力容器在2021年定期檢驗之前，有2臺壓力容器處于中高風險，應列為重點檢驗設備。

表2 壓力容器風險統計 個

2.3 重點設備失效分析

2臺丙烯產品球罐TK704E，TK704G依據JB 4732—1995《鋼制壓力容器分析設計標準》、GB 12337—2014《鋼制球形儲罐》設計，設計容積均為4 000 m3，容器內徑為19 700 mm，工作壓力為1.65 MPa，工作溫度為-20～50℃，介質為丙烯，材料為07MnCrMoVR，厚度為47 mm，腐蝕裕量為1.5 mm，最大允許充裝系數為0.9，設計使用年限為20年，現場組焊而成，2013年12月投入使用，運行至檢驗時未發生重大安全事故。根據GB 12337—2014，厚度大于38 mm的07MnCrMoVR鋼需要進行565℃±20℃的熱處理，以消除焊接殘余應力。現場熱處理溫度過高很容易產生再熱裂紋，而熱處理溫度過低無法有效消除焊接殘余應力，因此，該材料現場施工難度較大，焊接過程也容易產生缺陷。查詢安裝資料時，發現這兩臺球罐現場組焊后對埋藏缺陷的無損檢測并未采用傳統的射線檢測方法，而是采用100%超聲波衍射時差法（TOFD）。TOFD檢測雖然操作簡單、掃查速度快、檢測效率高，但其對容器表面粗糙度要求較高，對環境的清潔度也有一定要求，近表面存在檢測盲區，且對圖像判讀需要較為豐富的經驗。同傳統的射線探傷相比，雖然TOFD靈敏度更高，但對缺陷的顯示卻不夠直觀，對操作人員的技術和責任心有較高的要求。此外，球罐外部接觸大氣，且距離海邊較近，外部防腐層發生破損若不及時修復容易發生大氣腐蝕。丙烯球罐充裝較為頻繁，容易在幾何不連續及結構不連續處發生交變載荷變化，可能產生機械疲勞，介質中若H2S含量增多，還易產生H2S應力腐蝕開裂。經評估，該球罐可能存在制造缺陷、機械疲勞、H2S應力腐蝕開裂、大氣腐蝕。因此，建議在檢驗過程中對容易發生腐蝕的區域進行測厚抽查，并在埋藏缺陷檢驗中重點檢查容易發生缺陷的區域，發現問題及時處理，在具備條件時及時開罐檢驗；使用單位應加強日常巡查和維護保養，發現問題立即停用。

3 檢驗策略

（1）根據損傷機理和失效概率確定檢驗項目和比例。

（2）壁厚是每次風險再評估的關鍵數據，一般情況下，宏觀檢查和測厚是必做項目，測厚點數可根據減薄損傷系數和容器規格作適當考慮。

（3）有應力腐蝕開裂傾向的容器部件應盡可能進入容器內對焊縫部位進行熒光磁粉探傷，不能進入容器內部的應在外壁進行聲發射和超聲波(或射線)檢測。檢驗有效性（比例）根據敏感性評價指標的高、中、低水平，分別選擇高效、中高效、中度有效3種類型。

（4）對于只有減薄可能的容器，主要進行宏觀檢查和厚度測量。

（5）對于有外部腐蝕可能的容器，應根據損傷因子的大小適當去除保溫層，進行外部宏觀檢查和壁厚測定。

（6）對于存在剩余壁厚報警的容器部件，必須進行在線壁厚監測，剩余壁厚小于允許壁厚又無法及時更換時，應對容器進行安全分析。

4 檢驗結果

現場檢驗結果與前期的風險評估結果較為一致，由現場檢驗可知：

（1）11臺壓力容器的壁厚減薄均未超過腐蝕裕度，且未發現局部減薄問題。

（2）在外表面宏觀檢驗過程中，發現TK704E存在一處7 mm×7 mm的表面凹坑，使用單位已對機械損傷部位進行返修處理。

（3）外表面磁粉檢測發現2臺球罐外表面都存在表面裂紋，球罐TK704E表面裂紋問題尤其突出。針對球罐的表面裂紋問題，增加了球罐外表面的檢測比例，進行了對接焊縫的擴檢；針對球罐外表面裂紋較多的問題，對2臺球罐進行聲發射檢測，檢測結果顯示，球罐TK704E存在3處信號定位源。因3處信號源附近的對接焊縫外表面已進行檢測，為降低球罐的使用風險，提高安全運行水平，對球罐TK704E進行開罐內表面檢測，對3處信號定位源附近的對接焊縫，內表面打磨后進行熒光磁粉與超聲波檢測，未發現相關缺陷。

（4）超聲波檢測發現2臺球罐都存在一定數量的埋藏缺陷。球罐TK704E的部分埋藏缺陷超出相應產品標準，依據TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》，該臺球罐安全狀況等級評定為4級，監控使用，建議下次檢驗時對埋藏缺陷部位進行重點檢測。

后續使用過程中，對2臺丙烯球罐要加強巡檢力度，特別是檢驗中發現問題的部位，巡檢過程中發現異常應立即停止使用；加強對壓力容器工藝參數的控制，嚴禁不正常的工藝波動，降低對壓力容器安全運行的影響。

5 結語

RBI技術區別于傳統的檢驗，它從整套裝置出發，以損傷模式入手，對承壓設備的風險進行全面系統的分析，重點關注風險較高的承壓設備，通過有針對性的檢驗，降低裝置運行風險，延長裝置運行周期，降低檢驗成本，進而達到提高生產效益的目的。