安全閥RBI評估技術的應用

郭 磊 劉天勇 解晉輝

（中國石油獨山子石化公司乙烯廠，新疆 獨山子 833600）

安全閥RBI評估技術的應用

郭 磊 劉天勇 解晉輝

（中國石油獨山子石化公司乙烯廠，新疆 獨山子 833600）

針對獨山子石化公司乙烯廠聚乙烯裝置安全閥檢驗存在的問題，介紹了安全閥RBI分析技術，對聚乙烯裝置287個安全閥進行了RBI評估，建立了聚乙烯裝置RBI風險數據庫。

安全閥；RBI分析；評估

獨山子石化公司乙烯廠聚乙烯裝置是乙烯廠重要的生產裝置。裝置于1992年開始建設，1995年建成投產，2002年完成擴建。裝置生產能力由12萬t躍至22萬t，采用的是英國BP公司Innovene氣相流化床技術，共有兩條生產線。

一、聚乙烯裝置安全閥校驗存在的問題

聚乙烯裝置共計287臺安全閥，按照《TSGR7001-2004壓力容器定期檢驗規(guī)則》，安全閥一般每年校驗一次。對于彈簧直接載荷式，當滿足定期檢驗規(guī)則第十七條時，經過屬地單位技術負責人批準可以適當延長校驗周期。由于聚乙烯裝置連續(xù)生產的性質，4年才可以停工進行大修，進行全部安全閥檢驗，除去少量帶前后手閥可以隔離的安全閥外，存在大量安全閥到期無法檢驗的情況。為了解決這一問題，聚乙烯裝置對2014年到期安全閥進行風險評估，通過聚乙烯安全閥RBI評估的實施以達到如下目的。

（1）通過RBI分析，根據安全閥潛在失效風險的大小，并結合法規(guī)要求給出適宜的校驗周期的建議。

（2）提高設備管理水平，指導裝置檢修、維修及安全生產管理。

（3）通過RBI項目的實施，建立聚乙烯裝置RBI風險數據庫，為裝置今后全面推進RBI打下基礎。

二、聚乙烯裝置安全閥RBI分析技術

1.1RBI技術

RBI就是基于風險的檢驗，即以設備破壞而導致的介質泄漏為分析對象，以設備檢驗為主要手段的風險評估和管理過程。

傳統(tǒng)的檢驗規(guī)程主要從保障安全閥安全的角度出發(fā)，來確定相應的檢驗方法和檢驗時間。在確定檢驗時間時，安全閥校驗周期一般為1年，個別情況可延長到3～5年。與傳統(tǒng)的檢驗方法和大檢修計劃相對比，RBI技術全面考慮了評價對象的經濟性、安全性以及潛在的失效風險，根據不同設備的失效機理確定相應的檢驗計劃。RBI風險分析對設備進行風險排序，確定高風險設備，通過評估三個主要參數及失效可能性、失效后果，可較為準確地確定出檢驗的范圍和要求，是一種制定先進檢驗計劃的方法。

RBI定義的風險由兩個部分組成，即危險事件發(fā)生的可能性和危險事件發(fā)生所產生的后果。風險的大小可以用下面公式描述：

風險=失效可能性×失效后果

聚乙烯裝置安全閥RBI評估項目采用由DNV開發(fā)的ORBITONSHORE軟件進行風險評價計算，ORBITONSHORE是以定量風險評價技術為基礎的RBI軟件，該軟件的一大優(yōu)勢在于內置的安全閥模塊。該模塊考慮了安全閥的使用時間、工作壓力、尺寸、腐蝕情況、清潔情況等諸多因素，可以對安全閥進行獨立評估，并可根據結果制訂安全閥的定期檢驗、校驗策略。

2.安全閥失效機理

安全閥作為承壓設備的超壓保護裝置，在使用中必須滿足準確開啟、穩(wěn)定排放、及時關閉、密封可靠的要求。安全閥在使用過程中，介質溫度、壓力、物性對安全閥的準確開啟、及時關閉、可靠密封產生影響，造成安全閥使用一段時間后性能達不到要求，導致安全閥失效。

從安全閥開啟準確性方面來看，安全閥在使用中，存在著3種可能的失效模式。

（1）安全閥由于運動件粘死，或進出腔堵塞無法開啟。

（2）安全閥超壓開啟。介質壓力達到安全閥整定壓力而安全閥未開啟，超過整定壓力一定值后才開啟。

（3）安全閥提前開啟。安全閥開啟壓力低于整定壓力。

從安全閥動作后及時關閉性能來看，安全閥存在著彈簧斷裂,不能回座這一失效模式。從安全閥可靠密封性能來看，安全閥在使用中存在著泄漏這一失效模式。

上述安全閥在使用中可能的失效模式簡化為6種形式:安全閥粘死不能開啟；安全閥堵塞不能開啟；安全閥超壓開啟；安全閥提前開啟；安全閥啟跳后彈簧斷裂無法關閉；安全閥泄漏。

對石化企業(yè)近年安全閥失效模式的比率統(tǒng)計如表1所示。

由表1中可以看出安全閥不能準確開啟在安全閥失效模式中占很大比率。聚乙烯裝置評估的安全閥類型主要為彈簧式安全閥，造成彈簧式安全閥不能準確開啟的原因總結為以下幾條。

表1 安全閥各失效模式的比率

（1）因介質原因對安全閥造成堵塞、粘結或腐蝕。

（2）彈簧質量有問題，如彈力不足、工藝粗糙受熱后易產生塑性變形、長短不一和端面不平等。

（3）校驗存在誤差。

（4）彈簧壓力級別選定錯誤。

除安全閥本身質量、維修和校驗等非運行原因，彈簧安全閥的失效主要與介質的物性、腐蝕性、工況條件有關。聚乙烯裝置評估安全閥數量大，介質參數廣，介質壓力從低壓到高壓，溫度從低溫到常溫再到高溫將近500℃；介質物性差異大，有腐蝕介質、非腐蝕介質，有環(huán)境溫度下可自流介質，也有不可自流介質；有環(huán)境溫度下易結晶、結焦、含雜質介質，也有潔凈介質。因此聚乙烯裝置本次評估針對安全閥存在環(huán)境中的介質進行綜合分析，并結合評估結果確定合理的安全閥延期檢驗年限。

依據多年的使用經驗，在介質溫度不超過200℃時安全閥彈簧性能在3～5年的使用周期內是穩(wěn)定的；在介質溫度不超過200℃且開啟壓力不超過4.0MPa的安全閥密封性在3～5年的使用周期內是穩(wěn)定的。基于此，聚乙烯裝置本次評估對安全閥的操作溫度和開啟壓力進行綜合考慮。

三、聚乙烯裝置安全閥的RBI評估

1.安全閥風險確定

利用ORBITONSHORE軟件進行定量分析時，可以從安全性和經濟性兩個方面對裝置進行風險分析。由于聚乙烯裝置RBI分析項目涉及到的評價對象為安全閥，因此，以安全風險結果的形式體現其風險水平。

（1）失效可能性的確定。據石化企業(yè)在役安全閥的運行性能分析和失效案例統(tǒng)計,安全閥失效涉及諸多復雜因素,它的可靠度指標對裝置穩(wěn)定運行有很重要的影響。對于安全閥評價單元的失效可能性，以安全閥中彈簧的失效、安全閥的操作條件、履歷和管理水平4個指標來評價安全閥的失效可能性。其中安全閥彈簧失效是根據不同類型的安全閥型式在大型石化企業(yè)失效的統(tǒng)計，進行整理分析而得到的概率值；安全閥的操作條件包括操作壓力、操作溫度、操作介質的腐蝕性、操作介質的黏度、操作介質的清潔程度等子因素；履歷包括運行歷史、校驗情況等子因素；管理水平因素的分級采取API581對各個管理指標打分的方法綜合確定。

（2）失效后果的確定。失效后果方面主要考慮操作介質的特性以及泄放量和泄放速率等參數，以與其相連的壓力容器或壓力管道周圍的破壞影響面積為指標來確定后果。

根據風險的定義，風險是由失效可能性和失效后果兩部分組成的，安全閥的風險等級可以通過風險矩陣進行表征。風險矩陣圖中的縱坐標1～5表示失效可能性從低到高的5個等級，橫坐標A～E表示失效后果從低到高的5個等級。

2.安全閥評估結果

根據《壓力容器使用管理規(guī)則》規(guī)定,對滿足相關條件的安全閥可適當延期3～5年,企業(yè)為了滿足市場的需求,同時自身能夠安全快速發(fā)展，要求壓力容器長期穩(wěn)定運行。開展基于RBI的在役安全閥裝置的風險評價,可以根據安全風險的大小,對安全閥進行合理分類,按照風險等級確定其校驗周期:對于風險高的重點檢查,校驗周期短；風險低的安全閥采取適當延長其停機校驗周期的檢驗策略，這樣可以滿足聚乙烯裝置“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行的要求。

獨山子石化公司乙烯廠聚乙烯裝置安全閥評估數量為287個，風險評估結果如表2及圖1所示。

表2 安全閥2014年風險等級結果

從本次安全閥的評估結果可以看出，當前時間點獨山子石化公司乙烯廠聚乙烯裝置安全閥總體安全風險水平不高，高風險比例僅為0.69%，中高風險比例為15.33%，中風險和低風險的比例為83.98%。

綜合評估安全閥的風險情況及參照《壓力容器使用管理規(guī)則》的相關規(guī)定，對本次評估中有腐蝕情況、有微漏情況或高風險的安全閥不能進行延期，除此以外的安全閥均滿足安全運行到2015年12月的要求；有腐蝕情況、高風險不能進行延期的安全閥經聚乙烯車間工藝分析，不會因為操作壓力升高發(fā)生起跳，該部分安全閥也可延長下次校驗周期到2015年12月，對于有微漏可能性的安全閥不建議進行延期。

圖1 2014年安全閥的安全風險矩陣圖

四、結語

通過對獨山子石化公司乙烯廠聚乙烯裝置的安全閥進行定量風險評估分析，得到如下結論。

（1）本次評估對象為獨山子石化公司乙烯廠聚乙烯裝置的安全閥共計287只。

（2）當前評估時間點安全閥總體安全風險水平不高，高風險比例僅為0.69%，中高風險比例為15.33%，中風險和低風險的比例為83.98%。

（3）預測獨山子石化公司聚乙烯裝置2014年未檢驗時安全閥的安全風險評估結果見表2，從評估結果可以看出，高風險單元為2個，中高風險單元數量187個，整體風險水平與2013年評估結果相比變化不大。

（4）綜合評估安全閥的風險情況及參照《壓力容器使用管理規(guī)則》的相關規(guī)定，對本次評估中有腐蝕情況、有微漏情況或高風險的安全閥不能進行延期，除此以外的安全閥均滿足安全運行到2015年12月的要求。

（5）有腐蝕情況、高風險不能進行延期的安全閥經車間工藝分析，不會因為操作壓力升高發(fā)生起跳，該部分安全閥也可延長下次校驗周期到2015年12月，對于有微漏可能性的安全閥不建議進行延期。

[1]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程.北京：新華出版社，2009.9.

[2]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.壓力容器定期檢驗規(guī)則.北京：新華出版社，2004.9.

[3]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.安全閥安全技術監(jiān)察規(guī)程.北京：新華出版社，2006.9.

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1671-0711（2015）03-0038-03

2014-05-05）