安全阀RBI评估技术的应用

郭 磊 刘天勇 解晋辉

（中国石油独山子石化公司乙烯厂，新疆 独山子 833600）

安全阀RBI评估技术的应用

郭 磊 刘天勇 解晋辉

（中国石油独山子石化公司乙烯厂，新疆 独山子 833600）

针对独山子石化公司乙烯厂聚乙烯装置安全阀检验存在的问题，介绍了安全阀RBI分析技术，对聚乙烯装置287个安全阀进行了RBI评估，建立了聚乙烯装置RBI风险数据库。

安全阀；RBI分析；评估

独山子石化公司乙烯厂聚乙烯装置是乙烯厂重要的生产装置。装置于1992年开始建设，1995年建成投产，2002年完成扩建。装置生产能力由12万t跃至22万t，采用的是英国BP公司Innovene气相流化床技术，共有两条生产线。

一、聚乙烯装置安全阀校验存在的问题

聚乙烯装置共计287台安全阀，按照《TSGR7001-2004压力容器定期检验规则》，安全阀一般每年校验一次。对于弹簧直接载荷式，当满足定期检验规则第十七条时，经过属地单位技术负责人批准可以适当延长校验周期。由于聚乙烯装置连续生产的性质，4年才可以停工进行大修，进行全部安全阀检验，除去少量带前后手阀可以隔离的安全阀外，存在大量安全阀到期无法检验的情况。为了解决这一问题，聚乙烯装置对2014年到期安全阀进行风险评估，通过聚乙烯安全阀RBI评估的实施以达到如下目的。

（1）通过RBI分析，根据安全阀潜在失效风险的大小，并结合法规要求给出适宜的校验周期的建议。

（2）提高设备管理水平，指导装置检修、维修及安全生产管理。

（3）通过RBI项目的实施，建立聚乙烯装置RBI风险数据库，为装置今后全面推进RBI打下基础。

二、聚乙烯装置安全阀RBI分析技术

1.1RBI技术

RBI就是基于风险的检验，即以设备破坏而导致的介质泄漏为分析对象，以设备检验为主要手段的风险评估和管理过程。

传统的检验规程主要从保障安全阀安全的角度出发，来确定相应的检验方法和检验时间。在确定检验时间时，安全阀校验周期一般为1年，个别情况可延长到3～5年。与传统的检验方法和大检修计划相对比，RBI技术全面考虑了评价对象的经济性、安全性以及潜在的失效风险，根据不同设备的失效机理确定相应的检验计划。RBI风险分析对设备进行风险排序，确定高风险设备，通过评估三个主要参数及失效可能性、失效后果，可较为准确地确定出检验的范围和要求，是一种制定先进检验计划的方法。

RBI定义的风险由两个部分组成，即危险事件发生的可能性和危险事件发生所产生的后果。风险的大小可以用下面公式描述：

风险=失效可能性×失效后果

聚乙烯装置安全阀RBI评估项目采用由DNV开发的ORBITONSHORE软件进行风险评价计算，ORBITONSHORE是以定量风险评价技术为基础的RBI软件，该软件的一大优势在于内置的安全阀模块。该模块考虑了安全阀的使用时间、工作压力、尺寸、腐蚀情况、清洁情况等诸多因素，可以对安全阀进行独立评估，并可根据结果制订安全阀的定期检验、校验策略。

2.安全阀失效机理

安全阀作为承压设备的超压保护装置，在使用中必须满足准确开启、稳定排放、及时关闭、密封可靠的要求。安全阀在使用过程中，介质温度、压力、物性对安全阀的准确开启、及时关闭、可靠密封产生影响，造成安全阀使用一段时间后性能达不到要求，导致安全阀失效。

从安全阀开启准确性方面来看，安全阀在使用中，存在着3种可能的失效模式。

（1）安全阀由于运动件粘死，或进出腔堵塞无法开启。

（2）安全阀超压开启。介质压力达到安全阀整定压力而安全阀未开启，超过整定压力一定值后才开启。

（3）安全阀提前开启。安全阀开启压力低于整定压力。

从安全阀动作后及时关闭性能来看，安全阀存在着弹簧断裂,不能回座这一失效模式。从安全阀可靠密封性能来看，安全阀在使用中存在着泄漏这一失效模式。

上述安全阀在使用中可能的失效模式简化为6种形式:安全阀粘死不能开启；安全阀堵塞不能开启；安全阀超压开启；安全阀提前开启；安全阀启跳后弹簧断裂无法关闭；安全阀泄漏。

对石化企业近年安全阀失效模式的比率统计如表1所示。

由表1中可以看出安全阀不能准确开启在安全阀失效模式中占很大比率。聚乙烯装置评估的安全阀类型主要为弹簧式安全阀，造成弹簧式安全阀不能准确开启的原因总结为以下几条。

表1 安全阀各失效模式的比率

（1）因介质原因对安全阀造成堵塞、粘结或腐蚀。

（2）弹簧质量有问题，如弹力不足、工艺粗糙受热后易产生塑性变形、长短不一和端面不平等。

（3）校验存在误差。

（4）弹簧压力级别选定错误。

除安全阀本身质量、维修和校验等非运行原因，弹簧安全阀的失效主要与介质的物性、腐蚀性、工况条件有关。聚乙烯装置评估安全阀数量大，介质参数广，介质压力从低压到高压，温度从低温到常温再到高温将近500℃；介质物性差异大，有腐蚀介质、非腐蚀介质，有环境温度下可自流介质，也有不可自流介质；有环境温度下易结晶、结焦、含杂质介质，也有洁净介质。因此聚乙烯装置本次评估针对安全阀存在环境中的介质进行综合分析，并结合评估结果确定合理的安全阀延期检验年限。

依据多年的使用经验，在介质温度不超过200℃时安全阀弹簧性能在3～5年的使用周期内是稳定的；在介质温度不超过200℃且开启压力不超过4.0MPa的安全阀密封性在3～5年的使用周期内是稳定的。基于此，聚乙烯装置本次评估对安全阀的操作温度和开启压力进行综合考虑。

三、聚乙烯装置安全阀的RBI评估

1.安全阀风险确定

利用ORBITONSHORE软件进行定量分析时，可以从安全性和经济性两个方面对装置进行风险分析。由于聚乙烯装置RBI分析项目涉及到的评价对象为安全阀，因此，以安全风险结果的形式体现其风险水平。

（1）失效可能性的确定。据石化企业在役安全阀的运行性能分析和失效案例统计,安全阀失效涉及诸多复杂因素,它的可靠度指标对装置稳定运行有很重要的影响。对于安全阀评价单元的失效可能性，以安全阀中弹簧的失效、安全阀的操作条件、履历和管理水平4个指标来评价安全阀的失效可能性。其中安全阀弹簧失效是根据不同类型的安全阀型式在大型石化企业失效的统计，进行整理分析而得到的概率值；安全阀的操作条件包括操作压力、操作温度、操作介质的腐蚀性、操作介质的黏度、操作介质的清洁程度等子因素；履历包括运行历史、校验情况等子因素；管理水平因素的分级采取API581对各个管理指标打分的方法综合确定。

（2）失效后果的确定。失效后果方面主要考虑操作介质的特性以及泄放量和泄放速率等参数，以与其相连的压力容器或压力管道周围的破坏影响面积为指标来确定后果。

根据风险的定义，风险是由失效可能性和失效后果两部分组成的，安全阀的风险等级可以通过风险矩阵进行表征。风险矩阵图中的纵坐标1～5表示失效可能性从低到高的5个等级，横坐标A～E表示失效后果从低到高的5个等级。

2.安全阀评估结果

根据《压力容器使用管理规则》规定,对满足相关条件的安全阀可适当延期3～5年,企业为了满足市场的需求,同时自身能够安全快速发展，要求压力容器长期稳定运行。开展基于RBI的在役安全阀装置的风险评价,可以根据安全风险的大小,对安全阀进行合理分类,按照风险等级确定其校验周期:对于风险高的重点检查,校验周期短；风险低的安全阀采取适当延长其停机校验周期的检验策略，这样可以满足聚乙烯装置“安、稳、长、满、优”运行的要求。

独山子石化公司乙烯厂聚乙烯装置安全阀评估数量为287个，风险评估结果如表2及图1所示。

表2 安全阀2014年风险等级结果

从本次安全阀的评估结果可以看出，当前时间点独山子石化公司乙烯厂聚乙烯装置安全阀总体安全风险水平不高，高风险比例仅为0.69%，中高风险比例为15.33%，中风险和低风险的比例为83.98%。

综合评估安全阀的风险情况及参照《压力容器使用管理规则》的相关规定，对本次评估中有腐蚀情况、有微漏情况或高风险的安全阀不能进行延期，除此以外的安全阀均满足安全运行到2015年12月的要求；有腐蚀情况、高风险不能进行延期的安全阀经聚乙烯车间工艺分析，不会因为操作压力升高发生起跳，该部分安全阀也可延长下次校验周期到2015年12月，对于有微漏可能性的安全阀不建议进行延期。

图1 2014年安全阀的安全风险矩阵图

四、结语

通过对独山子石化公司乙烯厂聚乙烯装置的安全阀进行定量风险评估分析，得到如下结论。

（1）本次评估对象为独山子石化公司乙烯厂聚乙烯装置的安全阀共计287只。

（2）当前评估时间点安全阀总体安全风险水平不高，高风险比例仅为0.69%，中高风险比例为15.33%，中风险和低风险的比例为83.98%。

（3）预测独山子石化公司聚乙烯装置2014年未检验时安全阀的安全风险评估结果见表2，从评估结果可以看出，高风险单元为2个，中高风险单元数量187个，整体风险水平与2013年评估结果相比变化不大。

（4）综合评估安全阀的风险情况及参照《压力容器使用管理规则》的相关规定，对本次评估中有腐蚀情况、有微漏情况或高风险的安全阀不能进行延期，除此以外的安全阀均满足安全运行到2015年12月的要求。

（5）有腐蚀情况、高风险不能进行延期的安全阀经车间工艺分析，不会因为操作压力升高发生起跳，该部分安全阀也可延长下次校验周期到2015年12月，对于有微漏可能性的安全阀不建议进行延期。

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.固定式压力容器安全技术监察规程.北京：新华出版社，2009.9.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.压力容器定期检验规则.北京：新华出版社，2004.9.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.安全阀安全技术监察规程.北京：新华出版社，2006.9.

TQ050.1

B

1671-0711（2015）03-0038-03

2014-05-05）