基于风险的检验在压力管道检验中的应用

李晓军

（上海鑫特检验检测有限公司）

基于风险的检验在压力管道检验中的应用

李晓军*

（上海鑫特检验检测有限公司）

采用基于风险的检验（RBI）方法，对某石化公司装置间压力管道进行了风险评估。分析了各单元中管道主要的失效模式和损伤机理，通过计算其失效概率和失效后果，确定其风险值。最后，根据风险结果进行风险排序，提出降低风险的措施，制定优化检验策略，为装置的定期检验提供参考和依据。

基于风险的检验 失效模式 管道 检验策略 压力容器 腐蚀

0 引言

基于风险的检验（RBI）是一种先进的、科学的设备检验技术。与传统的设备定期检验相比，RBI更具有针对性和灵活性，它是在风险分析的基础上，对高风险设备进行重点检验，并按照设备失效机理选用相应的检验方法。其出发点是为了较科学地制定和优化设备检查计划，在确保设备安全的基础上，延长装置的运行周期、降低设备维护费用、增加企业效益。RBI是一种追求系统安全性与经济性统一的优化检维修策略的方法。

20世纪90年代，美国石油协会（API）将RBI技术移植到石化装置的检验中，先后颁布了2个推荐标准API 580和API 581[1－2]，作为实施RBI项目的指导性文件。目前，RBI技术已在化工、油气、核电等行业进行了应用，得到了业界的广泛认同。自2000年起，国内开始引入RBI概念，经过几年的研究试点工作，RBI技术在国内得到了全面的发展，并在多家石化企业得到应用[3]。2009年，国家质检总局将基于风险的检验（RBI）技术应用纳入TSG R0004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》中，为RBI技术的进一步发展和广泛应用提供了法规保障[4]。

本文基于API风险分析的基本原理，利用“通用中特石化装置工程风险分析系统”，结合在设备检验检测方面的技术优势、丰富的检验数据以及对国内石化企业进行RBI工作所积累的经验，对某石化公司装置间压力管道进行风险评估。通过分析、识别该压力管道的失效模式和失效机理，计算其失效可能性与失效后果，确定装置整体风险水平以及各工艺管线的风险大小和风险等级，制定检验策略，提出降低风险的措施，以实现装置安全、稳定、长周期运行的目的。

1 RBI技术概述

RBI是一种系统和动态的检验方法。对承压设备而言，RBI主要是以设备被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设备管理过程。它是在对所评估设备潜在损伤机理、失效模式、失效概率、失效后果等进行科学分析的基础上，对设备风险进行排序，找出主要问题与薄弱环节，为制定合理的检验方案提供参考和依据。因此，RBI通过实施检验和一定的风险减缓措施，将设备风险降至可接受的期望水平，确保本质安全，降低运行费用。RBI分析中主要考虑的是由于材料损伤退化而引起的设备失效。

RBI是在分析设备失效风险的基础上确定检查方法和频度。其中，失效风险定义为在一定时间内的失效可能性与失效后果的乘积。失效风险的计算可用式（1）表示：

失效风险=失效可能性×失效后果（1）其中失效可能性包括同类设备失效概率、管理系统评估因子等因素。失效后果主要是指装置中介质泄漏所引起的或泄漏介质的不同特性（如毒性、易燃易爆性等）可能会造成的人员伤亡、设备损坏、环境破坏及事故停产等后果。在风险分析中，一般都将这些损失进行量化，最后合计为总的经济损失费用。

2 装置基本概况及腐蚀机理分析

2.1 管道概况

本文进行风险评估的管道主要为该公司第一联合、第二联合、芳烃事业部和1、2车间之间的原料和产品输送管道。主要涉及的装置包括催化裂化装置、常减压装置、制氢装置、MTBE装置、C2装置、预加氢重整装置、硫磺回收装置、变压吸附（PSA）装置、乙烯装置、抽提装置和脱硫加氢工艺（S-Zorb）装置等。

2.2 管道腐蚀定性分析

腐蚀分析是RBI工作中的一个重要步骤，即根据工艺过程危害分析（PHA）的概念，分析物料含有的腐蚀介质类型，并对腐蚀介质对设备材料有可能的腐蚀机理做定性的分析。通过腐蚀分析尽可能找出有关的腐蚀机理，并与定量分析软件的腐蚀机理分析结果进行对比。由于分析软件能力有限，有些腐蚀机理就要靠定性分析作补充。本腐蚀分析所依据的资料为现有工厂资料，同时也参照其他工厂的经验。分析时仅考虑原料与辅助原料的腐蚀介质，不考虑超过设计范围的参数，也不考虑设计与建造过程存在的问题。定性腐蚀分析是腐蚀专家与工厂人员共同讨论的合作过程。

此次所涉及到的管道分别来自不同的装置，输送的介质种类多，其主要的腐蚀分析如下。

（1）催化剂冲刷腐蚀

在管道组分分析时，发现有些管道介质涉及固体的催化剂（或吸附剂），当介质流速过高时就会对设备及管道造成吸附剂冲刷腐蚀，特别是在管道的进出口及弯头处。

可能会产生催化剂冲刷腐蚀的设备主要是输送催化剂的管道。

（2）保温层下腐蚀

保温层下腐蚀（CUI）是外部损伤中较为严重的一种破坏。CUI是由于保温层与金属表面间的空隙内水的集聚产生的，其集聚的水可能来自雨水的泄漏和蒸汽伴热管的泄漏等。CUI可形成局部腐蚀，导致壁厚减薄。CUI常发生在-12～120℃温度范围内，在50～93℃区间内腐蚀尤为严重。CUI对于碳钢和低合金钢表现为腐蚀减薄，而对奥氏体不锈钢则表现为应力腐蚀开裂。CUI主要发生在保温层穿透部位或可见的保温层破坏部位，以及法兰和其它管件的保温层端口等敏感部位。保持保温层和涂层的完好可有效地减少CUI的发生。

2.3 管道运行状况、检验历史及评估对象

该公司本次评估的所有113条管道，由中国石化集团上海工程有限公司（绝大部分）和上海众一石化工程有限公司（其中的5条管道）设计，中国石化集团第四建设公司施工建设，于2012年10月竣工并投产，于2015年10月份进行首检。

在生产过程中，与这些管道有关的生产工艺总的来说比较平稳，设备运行状况良好，期间没有发生大的安全事故。

3 RBI分析过程

RBI评估具体工作内容包括以下几个方面：

（1）原始数据收集、整理和录入

对RBI分析范围内的设备和管线进行基本数据的收集、整理，建立RBI数据库。所需数据主要包括设备和管道的设计资料、竣工资料、工艺资料、检验资料、介质与组成、设备检验历史及腐蚀损伤情况、设备维修与更换资料、停产损失费用、周边环境受破坏后恢复所需费用等。

（2）物流回路的划分

物流回路是根据装置的工艺流程划分的，即将装置的工艺物料平衡图（PFD）和管道仪表流程图（PID）分成若干个流程回路。划分物流回路的原则是当该回路中任一设备或管道失效时，只有此回路中的物料会泄出，而其它隔离段中物料不可能泄出。主要以自动关闭的阀、泵、压缩机等作为关断装置。

（3）腐蚀回路的划分

根据装置中设备和管线的材质、介质和运行参数等因素，分析可能存在的损伤机理，并且以工艺流程的连续性来确定腐蚀回路。影响腐蚀回路的主要因素为介质成分、操作温度和材料特性，其他次要因素包括操作压力、介质流动速率、盲端等。

（4） 风险分析

根据录入的数据、腐蚀回路和物流回路，利用“通用中特石化装置工程风险分析系统”软件计算各设备项的失效可能性、失效后果和风险，确定风险等级，并根据风险结果进行排序。

（5） 提出建议

主要是提出建议的检验策略。

4 RBI风险评估结果及分析

RBI风险评估结果采用风险矩阵来表示，风险矩阵是失效后果和失效可能性的组合。失效可能性分为5个等级：1、2、3、4、5，失效可能性依次增大。失效后果分为5个等级：A、B、C、D、E，后果严重程度依次增大。将失效可能性和失效后果的5个级别组合即可得到5×5的风险矩阵。在风险矩阵中，风险水平沿左下方到右上方对角线逐渐升高，分成4个风险等级：低风险、中风险、中高风险和高风险。

4.1 风险分布

装置间管道的风险矩阵如图1所示。

图1 管道风险矩阵

4.2 风险统计

装置间管道的风险统计如表1所示。

表1 管道风险统计

4.3 损伤机理统计

装置间管道的损伤机理统计如表2所示。

表2 管道损伤机理统计

5 检验策略

制定优化的检验策略是RBI工作最终成果的体现。RBI检验策略的精髓集中体现为：

（1）根据损伤机理来确定应检查的缺陷类型；

（2）根据损伤发生的部位来选择检验部位；

（3）根据需检测的缺陷类型选择采用何种检测方法；

（4）根据安全与经济效益协调统一的原则来确定检验周期。

关于损伤机理，在风险分析结果描述中已详细介绍，以下重点介绍RBI检验策略的其它要素。

5.1 基于风险分析的RBI检验策略

基于风险分析的RBI检验策略是依据RBI定量分析结果中风险等级和失效机理来制订的。由于参考了国际上同类设备的失效可能性，同时又考虑到具体设备的特殊性与工厂的管理水平，因此基于风险分析的RBI检验策略更具有科学性。其优点主要包括以下几个方面：

（1）整个过程由设备管理人员、安全管理人员、操作人员、工艺专家、材料专家、腐蚀专家、检验员和RBI技术人员组成工作小组，集中各方面的意见，避免由检验员个人行为造成的失误。

（2）当工厂数据缺乏时，可参考腐蚀专家的建议或查询腐蚀数据库；在专家指导下确定检验部位和方法，检验的针对性更强。

（3）当一台设备有多种腐蚀机理时，可划分为多个设备项分别计算风险和排序。

（4）提供5个级别的检验有效性，根据不同失效机理选择相应的检验方法和比例。

（5）通过调整或增加中间检验时间和检验比例来降低风险。

（6）RBI提供进入设备和不进入设备等同效果的检验方案。对装置由于某些原因无法实现停车检修的情况提供在线检测方法，以便及时发现设备存在的问题，提出解决方案，以保证设备安全运行。

（7）检验的对象可以是单体设备，也可以是整个装置；检验策略包括装置所有的设备与管道，既包括国家法定要求检验的设备，也包括由用户管理的其它设备，覆盖范围大。

（8）RBI制定的检验策略是推荐性的，可为工厂制定检验计划和检验单位检验员制定检验方案提供参考，容易被用户和检验员接受。

5.2 压力管道检验策略

RBI分析给出的管道检验策略主要针对的是管道在运行过程中所发生的腐蚀损伤，而没有涉及到整个管系可能存在的其他失效现象（如支吊架松动、变形以及管系振动导致的机械疲劳等）。鉴于我国石化企业管道安装质量相对较差，焊接接头中各类超标焊接缺陷较多等因素，建议采用以下检验方法：

（1）管道检验时应针对下述重点部位焊缝进行检验：①支吊架损坏部位附近的焊接接头；②制造、安装中返修过的焊接接头和安装时固定口的焊接接头；③错边、咬边严重超标的焊接接头；④表面检测发现裂纹的焊接接头；⑤泵、压缩机进出口第一道焊接接头或相近的焊接接头；⑥异种钢焊接接头。

（2）对下列管道一般应选择有代表性的部位进行金相和硬度检验抽查：①工作温度大于370℃的碳素钢和铁素体不锈钢管道；②工作温度大于450℃的钼钢和铬钼钢管道；③工作温度大于430℃的低合金钢和奥氏体不锈钢管道；④工作温度大于220℃的输送临氢介质的碳钢和低合金钢管道。

（3）对仅存在腐蚀减薄损伤的管道，其检查方式以宏观检查和超声测厚为主，测厚点数根据减薄损伤因子的大小和管道长度适当考虑。

超声测厚的重点部位主要有：补偿器、三通、弯头（弯管）、大小头、支管连接及介质流动的盲端和死角等部位。

（4）对于剩余壁厚报警的管道应进行在线壁厚监测，当剩余壁厚小于允许壁厚但又不能及时更换的管道应进行安全评定分析。

（5）对存在外部腐蚀损伤机理且失效可能性等级大于3的管道，应拆除不少于20%管道长度的外保温层进行保温层下腐蚀检查，检查方式以宏观检查、超声测厚为主，当有怀疑时应进行表面裂纹检查。

按照以上原则，根据风险评估结果，制订了每条管道下次检验中的检验策略。

6 生产管理建议

（1）增加介质的测试点。在介质组分的测试报告中，应详细列出该介质的具体组分及相应比例，尤其是对一些易燃易爆的介质。

（2）一些介质对pH值非常敏感，不同的pH值可改变其腐蚀机理，应该增加对介质pH值的测试项目。例如硫化物腐蚀问题，当pH<6时，硫化物腐蚀很严重；当6＜pH＜9时，硫化物应力腐蚀开始显著下降，但达到断裂所需时间仍然很短；当pH＞9时，就很少发生硫化物应力腐蚀了。

（3）由于这些管道位于沿海地区，因此外腐蚀比较严重。尤其是管廊上靠近立柱的管道，在支撑部位容易发生腐蚀，应尽量采用活支撑，避免这些管道（或外包敷层）直接放在管廊上。

7 结论

本文采用基于风险的检验（RBI）方法，对某石化公司装置间压力管道进行了风险评估，有如下结论：

（1）RBI技术的目的是在保障设备安全的条件下，优化检验策略，同时对设备进行风险排序，以提高企业的风险管理水平。

（2）通过对该113条管道进行风险计算，得到管道的风险分布情况与统计结果。其中，中高风险管道9条，占总管道比例8%；中风险管道56条，占总管道比例50%；其余48条为低风险管道，占总比42%；无高风险设备及管道。

（3）本次管道为首检，因此根据标准规定增加了对制造和安装质量的抽查。

（4）报告中根据定量分析结果制定了管道的检验策略，该检验策略可作为制订全面或再现检验方案的主要参考依据。

[1]American Petroleum Institute.Risk Based Inspection，API 580[S].2002.

[2]American Petroleum Institute.Risk-based Inspection Based Resource Document，API 581[S].2000.

[3]陈学东，杨铁成，艾志斌，等.基于风险的检测（RBI）在实践中若干问题讨论 [J].压力容器，2005，22（7）：36-44.

[4]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：TSG R0004—2009 [S].北京：新华出版社，2009.

2017-02-09）

2020年我国环保装备制造业产值有望达万亿元

2017 年8月23日，工信部公开对 《关于加快推进环保装备制造业发展的指导意见》征求意见。

意见稿提出，到2020年，行业创新能力明显提升，关键核心技术取得新突破，创新驱动的行业发展体系基本建成。先进环保技术装备的有效供给能力显著提高，市场占有率大幅提升。主要技术装备基本达到国际先进水平，国际竞争力明显增强。产业结构不断优化，培育十家百亿规模龙头企业，创建百家具有示范引领作用的规范企业，打造千家“专精特新”中小企业，形成若干个带动效应强、特色鲜明的产业集群。环保装备制造业产值达到10 000亿元。

2016年环保装备制造业实现产值6200亿元，比2011年翻一番。不过，目前环保装备制造业创新能力不强，产品低端同质化竞争严重，先进技术装备应用推广困难等问题依然突出，与当前绿色发展的要求仍有较大差距。

为此，意见稿明确了强化技术研发协同化创新发展，推进生产智能化绿色化转型发展，推动产品多元化品牌化提升发展，引导行业差异化集聚化融合发展，鼓励企业国际化开放发展等五大重点任务。

意见稿提出在8大重点领域进行技术创新，包括大气污染防治装备、水污染防治装备、固体废物处理处置装备、土壤污染修复装备、环境污染应急处理装备、环境监测专用仪器仪表、环境污染防治专用材料与药剂、噪声与振动控制装备等。

为了保障先进环保技术装备的发展，意见稿要求，充分利用现有资金渠道，发挥节能节水环保专用设备所得税优惠政策和首台（套)重大技术装备保险补偿机制，支持先进环保技术装备产业化示范和推广应用。（钱伯章）

中国石化与横河电机达成炼油化工项目协议

日本横河电机株式会社的子公司横河电机中国（上海）公司与中国石化子公司中国石化工程公司签署了为期三年的合作协议。根据协议条款，横河电机将优先向中国石化工程公司的炼油和石化项目提供其生产控制系统、安全仪表系统、现场设施、监控和数据采集软件、先进的过程控制包等服务。（禾火）

Application of Risk Based Inspection in Pressure Piping Inspection

Li Xiaojun

The risk assessment of the pressure piping between the installations of a petrochemical company was carried out using the RBI method.The main failure modes and damage mechanisms in the unit were analyzed.The risk value was determined by calculating the failure probability and the failure consequence.Finally,risk sequencing was carried out according to the risk results,and risk reduction measures were put forward.The optimization test strategy was formulated,which provided a reference and basis for the periodic inspection of the plant.

RBI;Failure mode;Piping;Inspection strategy;Pressure vessel;Corrosion

TQ 055.8+1

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.10.015

*李晓军，男，1984年生，助理工程师。上海市，200062。