RBI風險評估及在線檢驗技術在石化企業的應用

(中海油東方石化有限責任公司，海南 東方 572600)

現代煉油工業生產逐漸向規模集中化、設備大型化、生產連續化的方向發展，生產過程發生事故的可能性增大，特別是承壓類設備所具有的高溫、高壓等特點，使其具有很嚴重的破壞后果。近年來，隨著煉油行業設備管理水平的提升以及經濟效益驅動，裝置停工大檢修周期逐漸延長。從以前的“兩年一修”到“三年一修”、“四年一修”，甚至到“五年一修”、“六年一修”。裝置停工大檢修周期和國家規定的承壓類特種設備法定檢驗周期以及裝置安全運行周期三者之間的矛盾日益突出。若要延長裝置停工檢修周期，部分承壓類特種設備勢必需要進行延期檢驗。RBI技術可以滿足三者之間的協調關系，在確保設備風險可控、安全運行的前提下，實現了承壓類特種設備合法合規延期檢驗的目標。

1 項目背景及基本情況

按國家質檢總局頒布的TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》和TSG D0001—2009《壓力管道安全技術監察規程—工業管道》規定，壓力容器和壓力管道的首次定期檢驗周期不超過3 a[1-2]。按此規定，某石化公司汽油加氫、乙苯和苯乙烯3套裝置的壓力容器和壓力管道需在2018年6月安排進行首次定期檢驗。但裝置停工大檢修計劃安排在2020年，所以在2018年無法按要求實施檢驗。

因為該地區以旅游產業為主導，近期主推自貿港經濟建設，所以對安全環保方面監管非常嚴格。對于承壓類特種設備的首次檢驗，地方質監部門明確不允許辦理常規延期。裝置長周期運行與特種設備法定檢驗之間存在很大矛盾。如何在確保設備運行安全和可靠性的基礎上，合法合規地延長承壓類特種設備的首次檢驗時間，成為該公司急需解決的問題。

為此，該公司提前1年就開始策劃3套裝置特種設備首次檢驗時間合法合規延期事宜。通過與國內多家具有RBI檢驗資質的特種設備研究院開展技術交流，就3套裝置在不停工狀態下進行特種設備整體延期檢驗的技術可行性進行討論。最終該公司同國內某特種設備檢測研究院聯合制定出RBI風險評估及在線檢驗的方案。同時，該公司多次與地方質監部門溝通，協商RBI風險評估及在線檢驗的裝置整體延期檢驗方案，并征得地方質監部門同意。

延期檢驗范圍涉及汽油加氫、乙苯和苯乙烯3套裝置,共有壓力容器181臺,壓力管道1 473條(計62.924 km)。此外，還對該公司總計993臺安全閥開展RBI評估工作。

2 RBI技術介紹

基于風險的檢驗(Risk-based Inspection，RBI)技術，其基本思路是采用系統論的原理和方法，對系統中固有的或潛在的危險及其程度進行定量分析和評估，找出薄弱環節，優化檢驗的效率和頻率，在保證設備安全的前提下，減少運行檢維修費用[3]。

RBI技術以追求設備安全性與經濟性統一為理念。RBI技術經過實踐證明是一種高效的風險分析方法。

RBI能指出設備可能發生什么樣的失效，發生失效的概率有多大，失效的后果有多嚴重。通過RBI評估，可以掌握各裝置設備總體風險狀況及各設備之間風險水平 (找出哪些設備的風險高，并找出風險高的影響因素)。找出具體設備的相對危險項(風險水平較高或失效可能性較高) ,分析原因并制定合理的降險或控制風險的措施。找出應優先或重點檢驗的設備項，確定可延長檢驗周期的設備，優化檢驗方案(時機、方法、項目、比例和部位等)，提出安全管理的措施建議。RBI檢驗工作的基本流程見圖1。

圖1 RBI檢驗工作的基本流程

傳統常規檢驗未將經濟性、安全性以及可能存在的失效風險有機結合起來，檢驗的頻率和程度與受檢設備的風險不對稱。RBI通過風險排序，可以識別檢驗重點對象，達到優化檢驗資源的目的。兩種檢驗方式對比見表1。

表1 常規檢驗和RBI對比

3 項目實施情況

3.1 裝置整體RBI評估實施情況

2018年3月，該公司召開RBI風險評估項目啟動會。項目由國內某特種設備檢測研究院、地方鍋檢所與該石化公司合作共同承擔，對3套裝置整體開展基于風險的評估。

項目團隊人員包括管理層、檢驗人員、材料和腐蝕專家 、風險評估專家、工藝專家和設備管理人員。

3.1.1 資料收集分析

(1)設備技術資料，包括設備和壓力管道臺賬、設備竣工圖、壓力管道單線圖、質量證明書、壓力管道表及壓力管道材料等級表。(2)工藝技術資料，包括操作與維護手冊、PFD/PID流程圖、最新DCS系統數據、物料平衡表等。(3)檢驗資料。(4)維護資料，包括：維修、更換記錄、 改造記錄。(5)腐蝕調查,包括以往的腐蝕調查報告、現場技

術人員調查。收集原始資料需要注重 “準確性”。

3.1.2 失效機理分析和風險評估

失效機理分析也是風險識別的過程，利用腐蝕回路可系統地分析所有壓力容器和壓力管道的潛在失效模式。根據收集的資料和腐蝕調查報告，分析出裝置主要存在兩大失效機理：減薄機理和開裂機理。汽油加氫裝置具體的失效機理有：沖刷、大氣腐蝕、濕硫化氫應力腐蝕、高溫硫化氫/氫氣腐蝕、高溫氫腐蝕、連多硫酸應力腐蝕開裂、氯化物應力腐蝕開裂、酸性水腐蝕、胺腐蝕和胺應力腐蝕開裂。乙苯和苯乙烯裝置具體的失效機理有：沖刷、大氣腐蝕、冷卻水腐蝕、氯化物應力腐蝕開裂、汽蝕、高溫水應力腐蝕開裂、σ相脆化、高溫氫腐蝕和回火脆化。

風險是失效可能性(發生的概率)與失效后果的乘積。風險等級按照大小分為低風險、中風險、中高風險。風險評估結果見圖2至圖5。

圖2 汽油加氫裝置壓力容器評估結果

圖3 汽油加氫裝置壓力管道評估結果

圖4 乙苯、苯乙烯裝置壓力容器評估結果

圖5 乙苯、苯乙烯裝置壓力管道評估結果

3.1.3 制定檢驗策略

(1)確定檢驗范圍：根據風險等級確定必檢和抽檢設備;(2)確定檢驗方法：根據損傷機理和發生部位確定檢驗方法和檢驗部位;(3)確定檢驗比例：根據風險等級和失效可能性等級確定檢驗比例;(4)確定檢驗周期：根據風險水平調整檢驗周期，或根據RBI檢驗結果確定剩余壽命，根據剩余壽命確定檢驗周期[4]。

通過評估失效可能性、失效后果，失效可能性和后果組合的風險3個主要參數，能夠準確地制定出檢驗策略。項目檢驗策略統計詳見表2。

表2 檢驗策略統計

通過RBI評估，壓力管道檢驗數量由1 473條減少到285條，工作量減少80%。壓力容器檢驗數量由181臺減少到133臺，工作量減少27%(見圖6)。總工作量最多減少75%。

3.1.4 在線檢驗

對于評估風險較高的設備和壓力管道，需要通過檢驗的方法來降低設備風險等級，確保其風險位于可接受水平。因該公司近期沒有停工檢修計劃，所以采用了在線檢驗的方式進行檢驗。

圖6 常規檢驗和RBI工作量對比

除了常規檢測方法(射線、超聲、磁粉和滲透)外，常用的在線檢驗方法還有：高溫測厚、高溫磁粉、聲發射和超聲導波等,其特點見表3。

通過RBI風險評估和在線檢驗，由結果可知3套裝置的壓力容器和壓力管道總體風險可控，首次檢驗時間可延長至2020年裝置停工大檢修。

表3 常用的在線檢驗方法特點

3.2 安全閥RBI評估實施情況

傳統的安全閥校驗規程主要從保障安全的角度出發，安全閥校驗周期一般為1 a[5]，個別情況可延長到3 a到5 a。與傳統的校驗方法相比，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，根據不同的失效機理制定相應的校驗策略。RBI風險分析對安全閥進行風險排序，確定高風險安全閥，通過定量評估3個主要參數(失效可能性、失效后果，失效可能性和后果組合的風險)可較為科學地確定出安全閥的校驗周期。

全公司993臺安全閥定量風險評估分析情況如下。

(1)常見的安全閥失效模式主要有：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以及安全閥泄漏。

(2)失效可能性的確定：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。失效后果的確定：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。風險=失效可能性×失效后果。

(3)結合風險評估結果和延期校驗原則，安全閥的校驗周期可延長至2 a到5 a。延期校驗結果見圖7。

通過RBI分析，根據在用安全閥潛在失效風險的大小給出科學合理的校驗周期，由此建立基于風險的校驗策略，同時滿足該公司安全生產和經濟性需要，并指導安全閥校驗、降低風險，合理調配和使用檢驗資源。同時，提高安全閥管理水平，指導安全閥校驗、維修及安全生產管理。

圖7 安全閥RBI評估延期結果

4 項目效益

4.1 經濟效益

4.1.1 節省大量檢驗相關的費用

檢驗相關費用包括檢驗費用和輔助工程費用。RBI檢驗費用與常規檢驗相比基本持平。輔助工程費用主要包括腳手架費用、油漆打磨費用、保溫拆裝費用以及保溫損耗更新費用。輔助工程費用根據檢驗總工作量，可降低75%。檢驗費用約300萬元，輔助費用按檢驗費的50%計算，節省的輔助費用為112.5萬元。

4.1.2 節省大量設備檢修費用

設備檢修費用主要包括設備拆裝檢修費用和更換易損件材料費用。181臺設備檢修費用估算大約70萬元。

4.1.3 節省大量開停工損失費用

開停工損失費用主要包括排放至火炬燃燒物料損失以及設備置換用蒸汽、氮氣的費用。此項費用估算大約50萬元。

4.1.4 裝置不停產大幅增加經濟效益

停工時間按照20 d計算(停工加吹掃7 d，開工4 d，檢修加檢驗9 d)。苯乙烯產量按照每天360 t計算，苯乙烯利潤按照4 000元/噸(2018年2季度)計算。柴油產量按照每天900 t計算，柴油利潤按照200 元/噸(2018年2季度)計算。裝置不停產增加經濟效益為3 240萬元。經濟效益總計為3 472.5萬元。

4.2 其他成效

(1)實現了3套裝置首次檢驗時間延期至2020年的目標。

(2)裝置實現不停工檢驗，將大幅增加經濟效益。

(3)大幅降低檢驗量、輔助工程量。特種設備檢驗工作量最多可減少75%。

(4)可降低檢維修過程出現諸多安全事故的風險成本。

(5)利用RBI分析結果，指導制訂大修期間的設備檢查策略，使計劃準確性、可執行性得到提高。

(6)逐步建立裝置及承壓設備失效機理數據庫，為今后全面推進RBI打下堅實的技術基礎。

(7)通過RBI風險評估，可推動設備管理向風險管理和完整性管理方向發展。

5 結 語

該石化公司通過實施基于風險的檢驗(RBI)，將汽油加氫、乙苯和苯乙烯3套裝置的承壓類特種設備首次檢驗時間從2018年6月整體延期至2020年停工大修期間，解決了裝置停車檢修周期與特種設備檢驗周期沖突的問題，為該公司其余生產裝置提供了借鑒經驗。

本次RBI項目的實施，能夠提高設備管理水平，促進設備安全管理向著風險管理、完整性管理的方向發展。RBI技術是理論和經驗的結合，經過實踐證明是一種高效的風險分析方法。RBI技術能夠系統的管理設備失效風險，減少維修檢驗成本，實現設備運行的可靠性、安全性與經濟性的統一。RBI技術能夠為企業提供正確評價并有效控制設備風險的決策依據，從而延長裝置運行周期，降低經營成本，提升企業效益。