成套裝置承壓設(shè)備完整性管理

馬 磊賈國(guó)棟王 輝

成套裝置承壓設(shè)備完整性管理

馬 磊1賈國(guó)棟2王 輝2

本文介紹了成套裝置承壓設(shè)備完整性管理架構(gòu)和國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀，并結(jié)合國(guó)內(nèi)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，闡明了各部分的具體內(nèi)容和作用，指出了未來工作重點(diǎn)。

成套裝置 承壓設(shè)備 完整性管理

1 成套裝置承壓設(shè)備完整性管理國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

成套裝置承壓設(shè)備完整性管理適用于化肥、煤化工、合成材料、公用工程、油氣集輸場(chǎng)站、天然氣處理、煉油與石油化工等，其主要內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)管理（RBD）、工藝管理（IOW+HAZOP）、腐蝕管理（CCD）、檢修維護(hù)管理（RBI+FA）、壽命管理（FFS）和數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理（DB）。其體系架構(gòu)如圖1所示。設(shè)計(jì)管理中基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)（RBD）國(guó)內(nèi)還處在探索階段；工藝管理中的HAZOP在國(guó)內(nèi)企業(yè)設(shè)計(jì)制造階段開始有應(yīng)用，IOW和HAZOP國(guó)內(nèi)外資企業(yè)應(yīng)用更多些；腐蝕管理（CCD）國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用是腐蝕在線監(jiān)測(cè)、在線或離線定點(diǎn)測(cè)厚，沒有涉及到腐蝕回路這樣的系統(tǒng)管理方法；檢修維護(hù)管理的RBI檢驗(yàn)國(guó)內(nèi)三大能源公司應(yīng)用的比較好，失效分析不夠重視；壽命管理限于出了問題后的解決，如剩余壽命預(yù)測(cè)和合于使用評(píng)價(jià)，不同壽命期的設(shè)備如何分級(jí)管理尚沒有成熟做法。從支撐標(biāo)準(zhǔn)看，如工藝管理和腐蝕管理采用國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)如IEC、NACE，檢修維護(hù)管理和壽命管理采用國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，但仍存在標(biāo)準(zhǔn)缺失如設(shè)計(jì)管理中基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)制造缺乏標(biāo)準(zhǔn)支撐。

圖1 成套裝置承壓設(shè)備完整性管理架構(gòu)

2 成套裝置非計(jì)劃停車原因及系統(tǒng)解決方案

圖2為成套裝置非計(jì)劃停車原因及其對(duì)應(yīng)解決方案，可以清楚的看到承壓設(shè)備完整性管理在解決成套裝置非計(jì)劃停車所起的作用。以及當(dāng)發(fā)生破壞時(shí)應(yīng)該采取的措施，便于制定合適的應(yīng)急預(yù)案；

圖2 成套裝置非計(jì)劃停車原因及其對(duì)應(yīng)解決方案

4)向壓力容器用戶提供足夠的信息，保證容器的安全使用。根據(jù)我國(guó)的基礎(chǔ)，目前僅僅在第Ⅲ類壓力容器中實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，具體做法將在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定。

GB150-2011《壓力容器》附錄F.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告內(nèi)容中規(guī)定：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告應(yīng)至少包括：

1）壓力容器的基本設(shè)計(jì)參數(shù)：壓力、溫度、材料、介質(zhì)性質(zhì)和外載荷等；

2）操作工況條件的描述；

3）所有操作、設(shè)計(jì)條件下可能發(fā)生的危害，如：爆炸、泄漏、破損、變形等；

4）對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有規(guī)定的失效模式，說明采用標(biāo)準(zhǔn)的條款；

5）對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定的失效模式，說明設(shè)計(jì)中載荷、安全系數(shù)和相應(yīng)計(jì)算方法的選取依據(jù)；

6）對(duì)介質(zhì)少量泄漏、大量涌出和爆炸狀況下如何處置的措施；

7）根據(jù)周圍人員的可能傷及情況，規(guī)定合適的人員防護(hù)設(shè)備和措施；

8）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告應(yīng)具有與設(shè)計(jì)圖紙一致的簽署。

因此，設(shè)計(jì)管理將圍繞《固容規(guī)》和GB150的要求進(jìn)行，其主要內(nèi)容包括：主要設(shè)備類型的失效形式、失效可能性、選材的適用性、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、密封可靠性預(yù)評(píng)估、制造檢測(cè)要求合理性以及使用風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)控制措施等。

3 設(shè)計(jì)管理（RBD）

設(shè)計(jì)管理核心是基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)，也是法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求。《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第3.6 條 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中規(guī)定：對(duì)第Ⅲ類壓力容器，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)出具包括主要失效模式和風(fēng)險(xiǎn)控制等內(nèi)容的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告。標(biāo)志著設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)向基于失效模式、考慮風(fēng)險(xiǎn)因素。設(shè)計(jì)階段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目的如下：

1)全面分析壓力容器在使用過程中可能出現(xiàn)的失效，提出規(guī)避這些失效的方法和措施，保證容器的本質(zhì)安全；

2)依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)工程的理論，評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)的水平，采取措施來控制風(fēng)險(xiǎn)水平；

3)告訴容器的用戶，容器可能出現(xiàn)的破壞形式，

4 工藝管理（IOW+HAZOP）

工藝管理主要用于工藝偏離設(shè)計(jì)的管理。

4.1 IOW（完整性操作窗口）

IOW用于工藝偏離設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)。各工況下操作邊界設(shè)定：

1）物理邊界：壓力、溫度；

2）化學(xué)邊界：腐蝕性組分含量、含水量、流速、pH；

考慮以下工況：正常負(fù)荷、超負(fù)荷、減負(fù)荷、計(jì)劃開停工、非計(jì)劃停工、工藝變更。

標(biāo)準(zhǔn)邊界：超出此邊界會(huì)造成操作波動(dòng)，如腐蝕、蠕變等損傷加劇：

1）加氫餾出物氨鹽濃度；

2）加熱爐爐管蠕變溫度；

3）脫鹽罐脫后含鹽；

4）常壓塔頂pH 。極限邊界：超出則迅速破壞，例如：

1）鍋爐進(jìn)水水位；

2）反應(yīng)器壁溫低于MDMT；

3）加熱爐爐管壁溫過熱。

4.2 HAZOP（危害性和可操作性分析）

HAZOP主要用于工藝偏離設(shè)計(jì)的分析，采用IEC61882標(biāo)準(zhǔn)。分析內(nèi)容包括：工藝偏離節(jié)點(diǎn)、工藝偏離原因及后果、整改措施建議及效果評(píng)估。其分析流程如圖3所示。

圖3 HAZOP分析流程

5 腐蝕管理（CCD）

損傷識(shí)別及量化分級(jí)。考慮開停工工況，按腐蝕回路確定損傷模式、發(fā)生位置、損傷敏感性和速率。腐蝕回路定義：一段流程中的固定設(shè)備和管道，具有：相同物流組分；相似操作壓力和溫度（溫度差小于13℃，壓力差小于0.4MPa）；相同材料；相同相態(tài)（液、汽等）。材質(zhì)普查，防止材料誤用。材質(zhì)適應(yīng)性評(píng)價(jià)。管道流場(chǎng)分析實(shí)現(xiàn)沖蝕檢測(cè)部位。以上輸出結(jié)果用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)及定點(diǎn)測(cè)厚布點(diǎn)、RBI策略和方案優(yōu)化以及IOW建立。

6 檢修維護(hù)管理（RBI+FA）

6.1 RBI評(píng)估

CCD結(jié)果完善失效模式，基于HAZOP結(jié)果完善后果及整改措施，完成RBI評(píng)估，制定RBI檢驗(yàn)策略，優(yōu)化RBI檢驗(yàn)方案。

6.2 RBI檢驗(yàn)

基于損傷部位分析確定檢驗(yàn)部位，基于損傷敏感性和速率確定檢驗(yàn)頻次或周期，設(shè)備結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)條件確定檢驗(yàn)類型。RBI檢驗(yàn)策略制定方法參見國(guó)標(biāo)GB/ T 26610.2《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則》第2部分：基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)策略。

6.3 失效分析（FA）

失效分析也是檢維修管理中重要一環(huán)，是有效降低事故率的重要手段，管理層應(yīng)給予足夠重視。

7 壽命管理（FFS）

壽命管理核心是剩余壽命預(yù)測(cè)及缺陷合于使用評(píng)價(jià)，采用GB/T 19624《含缺陷壓力容器安全評(píng)定》、API 579、《承壓設(shè)備合于使用評(píng)價(jià)》（編制中）；缺陷既有制造缺陷，也有使用中產(chǎn)生的缺陷。剩余壽命預(yù)測(cè)及缺陷合于使用評(píng)價(jià)針對(duì)的可以是單一損傷模式，也可以是多種模式共同作用。目前能夠處理的損傷模式包括：腐蝕減薄（均勻、局部、點(diǎn)蝕）、環(huán)境開裂（氫鼓包、氫致開裂、應(yīng)力導(dǎo)向的氫致開裂）、機(jī)械損傷（變形、凹坑、溝槽、蠕變、疲勞）、材質(zhì)劣化（限于過火）等。剩余壽命預(yù)測(cè)及缺陷合于使用評(píng)價(jià)的結(jié)論包括：剩余壽命預(yù)測(cè)、安全運(yùn)行周期、報(bào)廢厚度、TML、CML基準(zhǔn)厚度。壽命管理就是基于以上工作，確定不同的維修更換周期和檢驗(yàn)等級(jí)和檢驗(yàn)周期。

8 數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理（DB）

1)建立檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，可用于計(jì)算腐蝕速率，預(yù)測(cè)腐蝕趨勢(shì)；2)建立材料數(shù)據(jù)庫(kù)，可用于選材、材質(zhì)升級(jí)或替代、壽命計(jì)算，包括選材庫(kù)、牌號(hào)對(duì)照數(shù)據(jù)庫(kù)、性能數(shù)據(jù)庫(kù)。

3)建立失效案例庫(kù)，可用于企業(yè)內(nèi)部共享，通過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)避免同類失效發(fā)生。

9 未來工作

成套裝置承壓設(shè)備完整性管理是實(shí)現(xiàn)成套裝置承壓設(shè)備運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性的有效方法。但如前文所述，這些完整性管理方法國(guó)內(nèi)只得到部分應(yīng)用，其他部分或者沒有成熟應(yīng)用，或者深度不夠。另外，所有這些完整性管理方法依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)體系尚有缺失。因此，下一步工作除了需要繼續(xù)宣傳推廣完整性管理這個(gè)先進(jìn)理念方法，還需要不斷完善完整性管理所依賴的標(biāo)準(zhǔn)體系。

1 黃煥東,等.石化裝置壓力管道的全面檢查[J].中國(guó)特種設(shè)備安全,2013,29(6):40～42.

2 陳珊珊,等.大型常壓儲(chǔ)罐的完整性管理[J].中國(guó)特種設(shè)備安全,2011,27(1):34～36.

3 趙敏珍,等.RBI技術(shù)在煉化企業(yè)設(shè)備管理中的應(yīng)用[J].中國(guó)特種設(shè)備安全,2010,26(2):65～66.

4 李淑娟.RBI技術(shù)在燕山石化中的應(yīng)用[J].中國(guó)特種設(shè)備安全,2010,26(9):50～52.

5 劉萬(wàn)朋,等.基于風(fēng)險(xiǎn)和AHP的壓力容器維護(hù)策略[J].中國(guó)特種設(shè)備安全,2013,29(5):47～49.

6 王華明,等.RBI技術(shù)在煤代油配套裝置的應(yīng)用[J].中國(guó)特種設(shè)備安全,2011,27(5):49～50.

Integrity Management of Pressure Equipment in Process Plant

Ma Lei1Jia Guodong2Wang Hui2
( 1.Liaoyang Mechanic, Electric,Instrument Research & Repair Center,PetroChina Liaoning Liaoyang 111003)
(2.China Special Equipment Inspection and Research Institute,Beijing 100029)

This paper introduces the integrity management framework and application of pressure equipment in process plant in China. It also clarifi es the specifi c content and function of each part combined with the domestic laws and standards, and fi nally points out the focus of the future.

Process Plant Pressure Equipment Integrity Management

X924.4

B

1673－257X(2014)10－01－03

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.10.001

馬磊（1981～),男,本科，工程師，從事機(jī)電儀表等專業(yè)方面的優(yōu)化與研究工作。

2014-08-15)