RBI技術在三元乙丙橡膠裝置上的應用*

宋耀民1，李海濤1，項 忠，周洪忠

(1.中國特種設備檢測研究院，北京 100029；2.上海中石化三井彈性體有限公司，上海 201507)

基于風險的檢驗(RBI)是以設備單元的失效破壞可能性和失效后果為分析對象，通過對裝置中設備固有的或潛在的失效模式導致的后果進行分析，確定設備的風險水平，并施以針對性的風險評估和管理的技術[1]。

目前，RBI技術已在國內一些化工裝置上進行了運用[2-4]，取得了較好的效果。上海某石化公司為了實現生產裝置長周期安全穩定運行，降低生產成本，增加經濟效益，提高企業競爭力，委托中國特檢院于2017年6月對其所屬的三元乙丙橡膠裝置的97臺壓力容器和61條壓力管道實施了RBI技術。

1 裝置基本概況

該裝置位于上海化學工業區，于2014年8月1日建成投產，是工藝最先進，同時也是全球規模最大的三元乙丙橡膠(EPT)生產裝置，年產量750 kt。裝置基本工藝流程包括化學品制備、聚合作用、相態分離、干燥和造粒、成品包裝、單體回收、己烷處理、二烯烴回收及公用工程等幾個工段。三元乙丙橡膠是全球范圍內僅次于丁苯橡膠和順丁橡膠而具有第三大市場規模的通用合成橡膠品種，具有優越的耐氣候性、耐臭氧性、耐熱、耐寒、耐電壓特性及耐化學性，廣泛用于汽車零部件、電線電纜護套、防水保溫材料及家電部件等。

2 評估過程及裝置損傷機理分析

2.1 風險評估過程

(1)對RBI評估范圍內容器和管道的原始資料進行審查、整理及錄入，建立數據庫。所需的原始資料包括設備的設計資料、工藝資料、檢驗資料及維護資料等。

(2)97臺容器和61條管道分別劃分了132個和864個評估單元，共996個。另外，根據對裝置情況及腐蝕情況的了解，結合專家數據庫的實際情況，經綜合分析,劃分了12條腐蝕回路和32條物流回路。

(3)該項目采用的是中國特檢院自主開發的石化設備風險評估軟件，用軟件中對應的材料替代裝置中容器和管道的材料進行評估，見表1。

(4)由于一些基礎資料不夠齊全，關鍵條件的設定，可以根據實際情況提出合理假設，主要如下：以中國特檢院提供的專家腐蝕速率數據庫為基礎進行風險評估，所有涂層、保溫層狀況均設定為一般，采用潮濕性氣候的腐蝕環境來計算外部腐蝕速率。

表1 原材料與軟件替代材料對照

2.2 裝置損傷機理分析

根據裝置容器、管道的操作工況、材質的腐蝕敏感性，綜合分析存在以下損傷模式：腐蝕減薄、環境開裂、機械損傷和其他損傷。各損傷模式下對應的損傷機理見表2。

表2 潛在損傷機理

3 RBI風險評估結果

3.1 風險分析結果

根據上海某石化公司的停車檢修計劃，該項目以2017年6月30日作為評估時間點，安全風險評估結果見圖1。由圖1可見，評估單元中沒有高風險評估單元；中高風險評估單元管道有10個，容器有8個，分別占整個評估單元的比例為1.0%和0.8%；中風險評估單元管道有230個，容器有49個，分別占整個評估單元的比例為23.09%和4.92%；低風險評估單元管道有624個，容器有75個，分別占整個評估單元的比例為62.65%和7.53%。失效可能性為4的有15個評估單元，其余評估單元的失效可能性都小于等于3。

3.2 風險分布

壓力容器和壓力管道的風險分布見圖2。從容器的風險分布可以看出,中高風險主要集中在反應器，中風險主要集中在換熱器，低風險主要集中在存儲罐；從管道的風險分布可以看出，71.29%的管道為低風險。建議對中高風險的容器、管道進行在線降險處理。

3.3 風險排序

表3列出了風險居前的壓力容器和壓力管道單元，這些設備在年度檢查、日常維護和監控過程中應給予重點關注。

3.4 高風險設備原因分析

壓力容器高風險的主要原因是己烷失效。己烷遇明火、高熱極易燃燒，與空氣可形成爆炸性混合物，而且有毒，一旦泄漏會使人中毒，甚至致人昏迷或死亡。壓力管道失效可能性導致的高風險單元居多，主要原因是這些管道材質為奧氏體不銹鋼，容易發生奧氏體不銹鋼的保溫層下應力腐蝕開裂。

圖1 安全風險矩陣

圖2 壓力容器和壓力管道的風險分布

設備編號設備名稱可能性等級損失度等級風險等級D-201反應釜3D中高風險D-705A加氫罐1E中高風險D-705B加氫罐1E中高風險D-811A二烯烴精制罐1E中高風險D-811B二烯烴精制罐1E中高風險D-821A二烯烴精制罐1E中高風險D-821B二烯烴精制罐1E中高風險E-321循環己烷冷卻器1E中高風險20701D-201進出口管線4C中高風險20702D-201進出口管線4C中高風險20704D-201進出口管線4C中高風險30201P-301出口管線3D中高風險30202P-301出口管線3D中高風險30301D-301己烷管線1E中高風險

4 降險措施

根據中國特檢院RBI技術應用的經驗以及上海某石化公司的風險可接受準則，建議在該次計劃停機檢驗時間點之前，對中高風險的容器和管道進行在線降險處理。降險措施如下

4.1 在線檢測

對于風險水平不可接受的設備，實施在線檢驗是降低其風險水平的有效手段。對于失效可能性大的設備,采用宏觀檢查和測厚抽查的方法進行在線檢驗，必要時增加焊縫無損檢測。

4.2 腐蝕監測

通過腐蝕流監測可以預測設備的腐蝕情況以及腐蝕變化趨勢，對裝置物料中腐蝕流進行監控及分析，及時掌握腐蝕流分布情況，可以降低設備的運行風險。

4.3 提高檢驗有效性

針對高風險設備的失效模式，采用提高檢驗有效性的方法進行降險處理。比如，一般的檢測技術無法滿足檢測條件時，可采用脈沖渦流測厚、超聲波導波檢測、高溫電磁超聲檢測及在線聲發射等技術方法來降低設備的風險水平。

5 檢驗原則

5.1 RBI檢驗原則

RBI評估的最終目的是指導和優化檢驗，制定的檢驗計劃和檢驗方案必須有效可行，不同的失效模式會導致設備發生不同形式的破壞。RBI檢驗策略的制定，主要依據風險評估結果及相關標準[5-6]。然后確定設備的檢驗方式、檢驗比例及檢驗方法。

5.2 壓力容器的檢驗原則

壓力容器的宏觀檢查主要包括外觀、結構及幾何尺寸等，超聲測厚應當選代表性的位置。如果可以進入設備內部，優先選擇內部檢驗，以容器的頂部、底部、進料及接管等部位為重點。對于失效模式為均勻或局部腐蝕減薄的容器，檢驗方法以宏觀檢查與超聲測厚為主;失效模式為應力腐蝕開裂的容器，應進行超聲波探傷或聲發射檢測。失效可能性大于3的壓力容器，檢驗比例按文獻[7]中列出的“高度有效”或“中高度有效”選擇;失效可能性小于或等于3的壓力容器，按“中高度有效”或“中度有效”選擇。

5.3 壓力管道的檢驗原則

壓力管道的宏觀檢查主要包括絕熱層、防腐層、泄漏、閥門及法蘭等;壁厚測定選擇彎頭、三通和直徑突變處。有絕熱層的管道，優先按照比例拆除絕熱層進行檢驗。失效模式為均勻或局部腐蝕減薄或外部腐蝕的，檢驗方法以宏觀檢查與超聲測厚為主;失效模式為應力腐蝕開裂的，焊縫部位應安排一定比例的射線探傷檢查或超聲波探傷檢測。失效可能性大于3的壓力管道，檢驗比例按文獻[7]中列出的“高度有效”或“中高度有效”選擇;失效可能性小于或等于3的壓力管道，按“中高度有效”或“中度有效”選擇。

6 結 語

(1)該次評估對象為三元乙丙橡膠裝置的97臺壓力容器和61條壓力管道，所涉及的失效機理主要有堿腐蝕、冷卻水腐蝕、沖刷腐蝕、大氣腐蝕、鍋爐冷凝水腐蝕、氯化物應力腐蝕開裂、機械疲勞、振動疲勞及襯里失效。

(2)該次評估結果中未發現高風險評估單元,中高風險評估單元共有18個，中風險評估單元共有279個，低風險評估單元共有699個。建議對中高風險的設備管道進行在線降險處理。

(3)該項目給出了每臺設備的失效后果和失效可能性，列出了風險較高的壓力容器、壓力管道單元，分析了設備高風險的原因，提出了降險措施，制定了壓力容器和壓力管道的檢驗原則，為后續的定期檢驗提供參考。

(4)建議上海某石化公司三井按《特種設備使用管理規則》[8]等相關法規要求做好年度檢查及日常巡檢，并制訂好對突發事故的應急預案與搶險措施，降低設備的風險。