海上平台承压设备基于风险的检验

于步江(江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏 南京 210000)

随着人类从陆地走向海洋的步伐越来越快，人们对占全世界油气储量的三分之一的海洋油气资源的开发也越来越重视。在发展海洋科技的过程中，研究开发海洋油气工程成为一个重要组成部分。与此同时，油气储运设备数量急剧增长。油气在没有经过处理的情况下，自身具有很高的腐蚀性，再加上海上平台周围的海洋气候含盐量高、湿度大，因此承压设备的内部和外部都会受到一定的破坏。另外海上平台上的压力容器和压力管道在制造过程中，材料损伤或焊接损伤，都会造成设备损坏的潜在风险。海上平台采油的成本高，一旦设备由于腐蚀或操作工况的异常造成停机，所带来损失十分巨大。因此需要对海上平台承压设备进行检验，以及时发现设备的缺陷[1]。

1 海上平台承压设备传统检验方法

海上平台作为一个结构紧凑的完整系统，承压设备的安全运行关系到整个海上平台系统的安全和稳定。海上压力容器和压力管道的检验已经是海上平台工作人员日常工作的一大部分，通过定期检验可以加强生产安全，消除安全隐患，降低设备发生故障或损坏的潜在风险。

海上平台承压设备传统的检验方法包括计划检验和工况检验。计划检验就是参照标准和根据以往经验进行定期检验；工况检验就是根据设备的服役情况来制定针对性的检验计划[2]。传统检验方法的局限性主要表现在以下3 个方面：

①造成检验不足或过多检验。检验不足导致设备的失效，需要更换设备或管道，增加了成本；检验过剩指进行全面检验，生产全部中断，会给企业带来较大的经济损失。②为了满足生产需求，在有限的检验时间内，对低风险的设备和高风险的设备采取“一视同仁”的检验策略，不利于高风险设备的降险。③传统的检验方法缺乏对每次平台检验结果进行分析和研究，检验方法老套陈旧，效率低下，不利于现代化企业的建设。

2 基于风险的检验技术

(1)RBI 技术简介 RBI(RiskBasedInspection)即基于风险的检验，它通过对承压设备的潜在损伤机理、失效模式、失效概率、失效后果等方面进行科学分析，对风险状况进行排序，找出薄弱环节，通过实施检验等降险措施，将风险降低到可接受的水平，在确保承压设备安全运行的同时，延长检验周期，降低检修费用，优化检验策略[3]。

20 世纪90 年代，在API 的组织下，欧美以炼油厂为主的约二十余家石化企业共同参与RBI 发展计划及应用研究工作，期望在安全的前提下降低运行成本。2000 年5 月公布API581 正式文件，2008 年颁布新版API581。十多年来，RBI 技术的科学性与实用性已逐步得到业界认可，各主要发达国家石化炼油厂广泛应用了RBI 方法进行了成套装置中的承压设备的检验与维修，大幅降低了设备风险和检验维修费用。

(2)国内外RBI 技术在海上平台承压设备的应用 20 世纪80 年代，挪威颁布了适用于海上平台承压设备的风险管理要求，要求对在用的海上平台承压设备进行定性和定量的风险评估。经过研究和应用后，再次更新了海上平台承压设备的风险评估规范管理[4]。

20 世纪90 年代初，美国开始重视海上平台承压设备的损坏。美国石油协会(API)和挪威船级社(DNV)合作，把RBI 技术引进美国，并且逐渐应用到美国海上石油平台中。美国的各大石油公司对RBI 的技术和过程早已十分认可，因此RBI 技术在海上石油平台的推广应用变得顺理成章[5]。

2000 年5 月美国石油协会(API)公布了API581 正式文件，并在2008 年进行了更新，对物流数据进行了扩充，调整了部分失效可能性、失效后果的评估方法，添加了一些新的设备模型和损伤机理模型。RBI 从西方发达国家被推广到全世界各国，准确地对海上平台上的承压设备进行了评估和检修，使设备的风险水平和管理成本都大幅度下降[6]。

对比国外的发展现状，目前在我国的海上平台承压设备上，采用的基本还是传统的计划检验模式，并且事后检验依然占有很大比例，难以做到根据风险分布状况来进行实时检验。参照国外经验，引进RBI 技术可以带动我国海上平台上承压设备的检验水平向世界一流水平发展。由于思维的局限性和企业管理者的支持力度不足导致了RBI 技术在中国没有得到广泛推广和应用。再加上RBI 技术人员的缺乏，海上平台的检验人员往往凭经验或目测进行定性分析，确定承压设备是否失效，没有对设备按照风险情况进行筛选和分类。这样就造成了检验资源的浪费，同时并没有重点检验高风险的设备，降低其风险，造成安全隐患。因此，开展海洋平台基于风险的检验在我国有很大的发展空间和应用前景[7]。

目前海上平台上的承压设备由于检验不及时而引起的生产中断造成的损失占到生产成本的30%左右，所以企业管理者在设备可以继续使用的基础上，实施一系列可以提高海上平台承压设备检验状况的方法来最大范围的降低海上平台的安全隐患[8]。

3 海上平台承压设备主要损伤模式

海上平台承压设备处于复杂的海洋环境，相比于陆地环境而言使用条件更加严苛，因此在对海上平台承压设备进行风险分析时，需考虑更多的损伤模式以更准确的分析和计算设备的风险等级，进而制定检验策略。

海上平台承压设备的损伤模式主要包括腐蚀减薄和环境开裂。

3.1 腐蚀减薄

(1)外部腐蚀釆外部腐蚀按照腐蚀部位可分为裸管腐蚀和保温层下的腐蚀。

海上平台所处的复杂多变的海洋环境决定了海上承压设备很容易遭受来自外部环境的腐蚀。海上承压设备大部分都由碳钢制成，电化学腐蚀敏感性较大，伴有电化学腐蚀的大气腐蚀会对设备造成均匀腐蚀。另外，大气中的酸雨、海上平台的各种生活污水、大气中的微生物和霉菌都是造成裸管腐蚀减薄的不可忽略的因素。

含有氯离子的海洋大气和含有污染的潮湿大气易导致严重保温层下腐蚀。此外，电化学腐蚀也是保温层下腐蚀的主要类型。保温层遭到破坏后，层下腐蚀性物质得不到发挥，保温层与设备之间形成腐蚀。这种腐蚀常见部位多位于保温层破坏的地方和其他侧漏的部位以及保温层接头处。

(2)内部腐蚀釆内部腐蚀主要分为物理和电化学腐蚀两大类，承压设备内主要存储和输送的是原油和天然气，其主要的腐蚀因子为含硫化物释放出的H2S 和天然气中的CO2。介质的压力、温度、酸度、流速，以及介质的成分和缓蚀剂的使用与否都会影响腐蚀的速率。

①物理腐蚀：流速很高的介质冲刷设备内表面，造成表面材料脱落。当冲刷腐蚀和电化学腐蚀都存在的时，会使内表面的腐蚀更为严重。

②电化学腐蚀主要包括电偶腐蚀和微生物腐蚀：由于电位不同，造成同一介质中异种金属接触处的局部腐蚀，就是电偶腐蚀。该两种金属构成宏电池，产生电偶电流，使电位较低的金属(阳极)溶解速度增加，电位较高的金属(阴极)溶解速度减小。也叫做接触腐蚀和双金属腐蚀。海上平台的承压设备，尤其是压力管道上，许多金属构件由螺栓、铆钉连在一起，它们之间互为异种金属，在连接处或大或小有一定的缝隙(大概0.025～0.1mm)易腐蚀的电解液渗入其中会形成原电池，造成电化学腐蚀。

微生物腐蚀也是海上平台承压设备上一种比较常见的腐蚀，与介质中的细菌、藻类或真菌等相关，平台上主要的微生物有硫酸盐还原菌，硫氧化菌、腐生菌以及铁细菌等。微生物腐蚀通常表现为局部垢下腐蚀或微生物簇团处腐蚀。

3.2 环境开裂

环境开裂主要包括氯化物开裂和湿硫化氢破坏。

海上平台所处环境含有大量的氯离子，是造成平台上承压设备中奥氏体不锈钢管道或容器氯化物开裂的主要因素。氯离子会吸附在奥氏体不锈钢设备表面的钝化膜上，取代氧原子后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物，导致钝化膜破坏，在设备表面形成蚀坑，直至穿孔开裂。

海上平台承压设备原油中含有的硫化氢和水会造成设备的湿硫化氢破坏，在含水和硫化氢环境中碳钢和低合金钢发生损伤，包括氢鼓泡、氢致开裂、应力导向氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂四种形式。

4 RBI实施过程

海上平台承压设备的RBI 分析流程和陆地承压设备基本相同，基本流程如下：

(1)收集设备的基本资料，资料包括设备的初始资料，操作手册、规格书以及工艺流程图等。

(2)根据收集的设备资料以及过往的检验记录和失效记录，对设备的风险高低做一个定性的分析。在分析的过程中，特别应注意一些重要的损伤机理，比如管道的内部腐蚀、外部腐蚀、疲劳开裂等，或者其他设备失效时对人员、生产成本和周围环境造成的伤害，依据这些内容对设备的风险进行粗略排序。

(3)利用RBI 软件对设备进行详细分析，得出每一个失效机理的可能性，还有其他可能性，同时也计算出每个失效机理可能带来的失效后果，属于定量分析。

(4)根据设备的定量分析结果，列出各设备的详细失效可能性等级、后果等级以及风险等级，并根据分析结果确定检验周期和检验策略。

对于海上平台FPSO 上的承压设备，也可以利用RBI 来进行分析，对诸如压力容器和压力管道等承压设备的检验策略，检验部位以及检验方法做出详细的计划，以达到节约资源和人力的目的。

5 结语

海上平台基于风险的检验(RBI)的运用，是为了克服传统检验方法的盲目性、无序性、投入大和准确性低等弊端。在海上平台承压设备的检验中运用RBI 技术有以下好处：

(1)RBI 技术通过分析海上平台承压设备的基本资料、使用状况、以及工况变化，计算出设备的失效概率和失效后果，再综合评估其风险等级，有利于企业对高风险设备进行优先检验或重点检验，提高平台可靠性。

(2)RBI 把风险的大小转换成经济成本，可以将人员伤亡、设备检验、失效后果造成的损失量化成经济成本，有利于企业根据成本进行筛选和排序，安排检验工作。

(3)运用RBI 检验可以生成一个数据库，有利于后续检验的进行，同类企业之间可以共享RBI 数据，使RBI 技术更加科学和成熟。

(4)对海上平台中的承压设备运用RBI 技术时，可以根据承压设备的实际工况对其的检验频率和检验方法进行修正，从而可以更加合理和科学的实施检验。

[1]谭开忍.基于全生命周期的海底管道缺陷评估系统研究[D].上海交通大学，2006.

[2]黄贤滨，姜春明，兰正贵,等.基于风险的检测技术及其软件[J].安全健康与环境，2004,4(3)：37-40.

[3]张永山.海上平台工艺管线的腐蚀与检测[J].无损检测，2012,(05)：67-70.