安全阀RBI结果在石化行业的应用与经济性分析

林建东,乔光谱

(1.福建联合石油化工有限公司，福建泉州 362800;2.合肥通用机械研究院有限公司，合肥 230031)

0 引言

安全阀是一种用来防止受压设备发生超压事故的安全保护装置，在使用过程中必须满足准确开启、稳定排放、及时关闭、密封可靠的要求。某公司是一家拥有炼油能力1 400万吨/年，乙烯产能110万吨/年，芳烃产能77万吨/年的大型石油化工一体化公司，按照“宜烯则烯、宜芳则芳、宜油则油”的原则，实现炼油、芳烃与乙烯一体化，同时拥有一套以脱油沥青为原料,POX部分氧化技术的IGCC装置公用工程岛，为一体化装置提供氢气、蒸汽和电能。该公司一体化项目自2009年6月建成投产，2013年乙烯脱瓶颈建设，已累计运行约11年。装置运行周期达到5年一大修，之前安全阀每年一校验，花费大量的检维修费用和人力资源，急需一种新技术以改变现有的安全阀校验策略，提高风险管理的水平。

从国内首套装置实施基于风险的检验(RBI)技术至今，该技术已在国内推广应用20余年。RBI技术在安全阀评估上的应用,不仅提高了定期检验维护的针对性和有效性，同样对于企业风险管理水平的提高，管理费用的优化配置，装置的长周期运行也有促进作用[1-6]。

1 法规要求

1999年颁布的《压力容器安全技术监察规程》[7]中要求安全阀一般每年至少校验一次，同时要报省级安全监察机构审批。TSG R7001—2004 《压力容器定期检验规则》规定：经过使用单位技术负责人批准，可以适当延长校验周期，但是，应当将延期校验情况书面告知发证机构；GB/T 26610—2014《承压设备系统基于风险的检验实施导则》[8-9]中给出了安全阀基于风险的检验策略；TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》[10]融合了7个标准，包括使用管理规则、定期检验及安全附件等，删去了安全阀延长校验周期需要告知政府的条款。

该公司安全阀一般每年校验一次，每台安全阀都有一一对应的维修记录，积累了安全阀使用和维修的大量历史数据。近几年该公司安全阀一次定压合格率不断提高，为开展安全阀RBI评估工作创造条件。

2 安全阀的RBI评估技术

RBI技术是一种优化检维修策略的方法，其基础理念是实现装置安全性与运行检维修经济性相统一，其准确性和可实施性解决了装置长周期运行的困扰，特别是安全阀RBI技术的多年工程应用，其成果已逐步得到业界的认可，并在国内外迅速发展。

RBI定义的风险由两个部分组成，即危险事件发生的可能性(失效概率)和危险事件发生所产生的后果(失效后果)。风险大小可以用下面公式[11]描述：

安全阀风险=失效概率×失效后果

2.1 安全阀失效可能性确定

对于在役承压系统中的安全阀，其主要的失效模式分为两大类：开启失效(超压开启、提前开启等)和泄漏失效。

根据安全阀失效状况调查结果，安全阀在使用中可能的失效模式主要分为以下6种： 安全阀运动件黏死而无法开启；安全阀腔体堵塞而无法开启；安全阀运动件黏附，开启压力升高；安全阀弹簧断裂无法关闭；安全阀开启压力降低；密封面泄漏。文献[12]给出了不同失效模式安全阀的失效分布，如图1所示。

图1 不同失效模式安全阀的失效分布

根据2019年安全阀校验记录，安全阀失效集中在开启压力降低(4.4%～6.5%)，严重泄漏(主要集中在蒸汽安全阀)；安全阀开启压力(较文献[10]统计结果低，实际值约1%，这与蒸汽质量和安全阀投用时间长短有关)升高、安全阀弹簧断裂低于5例。根据GB/T 26610.4—2014[13]，安全阀失效有两种可能性。安全阀开启失效可能性和安全阀泄漏可能性，安全阀开启失效可能性(POFOD)计算方法：

(1)

式中t——校验周期；

η，β——Weibull 特征寿命参数、形状参数。

2.2 安全阀失效后果确定

(2)

2.3 安全阀校验时间确定原则

安全阀是防止压力容器和管道在生产过程中发生超压事故的安全泄压装置，其中弹簧直接载荷式安全阀使用最为普遍。根据TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》[10]和TSG ZF001—2006《安全阀安全技术监察规程》[14]的规定，对满足相关条件的安全阀可适当延期校验。基于RBI方法开展在役安全阀的风险评价，根据风险的高低，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，校验周期缩短；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。

3 安全阀RBI评估结果

3.1 风险等级情况

2019年公司委托具有资质的合肥通用机械研究院特种设备检验站有限公司对炼油一、炼油二、烯烃、芳烃、聚烯烃、公用工程等6个业务团队开展安全阀RBI评估，共计评估3 189台。每个业务团队安全阀RBI评估清单见表1。

表1 安全阀评估清单

通过RBI评估，得到所评估3 189台安全阀分别在2020年、2021年、2022年及2023年的风险分布情况，其对应的风险矩阵见图2。

(a)2020年

随着时间的推移,安全阀因为所处服役环境没有改变，失效后果不变；而失效可能性会逐步变大,在矩阵图上表现为每一列数据逐渐向上迁移。根据评估结果，得到该3 189台安全阀的风险等级分布，见图3。

图3 安全阀风险等级统计

3.2 经济性分析

从安全阀RBI评估结果可以得出，高风险比例占3.57%；中高风险比例占20.53%；中风险比例占40.63%；低风险比例占35.27%。

结合安全阀的介质特点、腐蚀情况、历史运行和维修记录，根据评估年份所对应的风险等级，若安全阀的风险为低风险，则校验周期最长一般不超过4年；若安全阀的风险为中风险，则校验周期一般为3年；若安全阀的风险为中高风险，则校验周期一般为2年；若安全阀的风险为高风险，则校验周期一般为1年。6个团队安全阀RBI评估后，安全阀校验周期调整如表2所示。

表2 安全阀校验周期调整统计

安全阀延期检验为公司节约检维修费用、安全阀校验人工时和操作员人工时，具体的节约费用及人工时见表3。

表3 安全阀RBI评估节约的费用及人工时

注：节约检维修费用包括吊装费、拆装费、材料费及脚手架费用；节约校验人工时是指对安全阀解体、研磨、恢复及定压时间的总和，每台按3个人工/时；节约操作员人工时指开具作业票、安全阀切出、排空、气体检测、投用及打铅封时间的总和，每台按1.5个人工/时；作业票包括一般作业票、打开设备作业票、吊装作业票、高处作业票、脚手架作业票

由于一年内需要校验的安全阀数量大幅减少，相较于之前一年一校的管理理念，通过安全阀风险评估对一些低风险、低失效后果安全阀采取延长校验的方法，使得2020年全年预计节约检维修费用近475.4万元，即使根据评估结果到期校验后继续按照一年一校的要求进行校验，第4年仍能节约11.2万元的检维修费用，同时，人工成本大幅减少，节约下来的人力资源可以专注于高风险、高失效安全阀的管理维护，提高生产装置的管理水平，保障装置的长周期安全运行。

4 结论

(1)基于风险管理的理念，安全阀的日常管理引入定量RBI的分析方法，从每台安全阀的失效可能性及失效后果来得到优化的校验周期，可作为安全阀延期校验依据，避免低风险安全阀重复校验所占用的大量财力、物力、人力，使企业有更多的精力来进行高风险区域设备的安全管理。

(2)基于风险的安全阀校验管理，可大大降低检维修费用，文中一年期安全阀检维修费用可节约近475.4万元，大批量安全阀的风险评估经济效益愈发明显，且人力资源得到解放，节约下来的有限资源用于高风险安全阀的管理，可提高企业资源配置，保障装置运行的本质安全。

(3)对于目前的大型炼化企业，无论是装置生产的连续性的要求，还是长周期运行的需要，都使得安全阀风险评估技术的合理运用变得更加具有实际意义。