基于RBI技术的压力容器评估应用

刘 鹏*

（中海油（中国）有限公司天津分公司）

0 引言

基于风险检验（RBI）是一种基于风险的系统评价方法,分析的对象是因设备损伤或失效而导致的介质泄漏情况,以设备检验检测为手段进行风险管理和评估的过程,通过识别设备、管线的各种损伤、腐蚀原理来计算设备失效的概率，以及出现失效可能会造成的后果,利用矩阵图来计算失效风险,并按照风险高低排序，有针对性地对选材、日常防护检测及维修、工艺监测、腐蚀情况管理等进行有效的控制和管理。

本文对渤海某油田的11 台超过设计年限的压力容器进行RBI 风险评估,采用DNV Offshore 软件对容器设计、建造、运行、维护保养、历年检验和介质化验等相关信息进行分析和计算,将11 台压力容器从设计到使用至今的状态进行全面调研，建立数据库，对工艺系统进行系统分析，划分物流回路和腐蚀回路，从而计算失效概率和失效后果，再根据风险矩阵，确定风险级别,依据分析得到的风险级别和压力容器固有或潜在的失效、损伤模式制定有针对性的检验管理对策,控制失效(损伤)及降低因未能识别、判断腐蚀损伤事故的几率,提高压力容器在使用期间的安全性和可靠性,达到降低检验成本、使用成本，提高经济效益的目的。

1 风险评估过程

1.1 资料收集

2020 年11 月,该项目组对11 台压力容器进行资料收集,收集内容如下:

（1）设计建造资料，包括建造图纸、计算书、质量合格证明书等;

（2）工艺相关资料，设计资料主要包括平台布置图、 PFD 图(即工艺流程图)以及P&ID 图(即管线与仪表流程图)，使用期间的资料主要报告压力容器的操作温度和操作压力、出入口的介质分析报告及取样点化学分析报告等;

（3）操作记录等资料，主要有设备操作规程以及日常的运行记录，维修记录;

（4）检验资料，包括近5 年（2016 年—2020 年）平台容器的年检报告;

（5）腐蚀监控，2020 年第1 次腐蚀检测报告;

（6）现场，对现场铭牌、设备、中控流程图拍照。

在资料收集过程中发现，压力容器资料缺失情况较普遍，由于A 平台压力容器服役年限较长，资料缺失情况尤为严重。该平台75%以上压力容器存在关键数据缺失的情况，无法满足 RBI 风险评估的数据采集要求。针对这种情况，制定了相应的数据恢复方案，首先现场进行尺寸测量和壁厚检测，并进行材质成分化验，确定关键部件材质牌号，完成基础数据的采集工作。该工作的难点在于确定材质。经调研，有3 种材质确认的方法：一是移动式全谱直读光谱法，使用时瞬间产生电火花，该方法对于在役压力容器存在安全隐患；二是便携式直读光谱分析，该方法无法测定碳元素的含量；三是高频红外碳硫分析仪和便携式直读光谱分析法，该方法需要至少取 1 g 压力容器本体粉末，但在役压力容器无法进行取样。针对以上情况，通过对压力容器用钢主要牌号元素含量的变化进行研究，最终确定利用便携式直读光谱分析仪通过测定 Mn、Si 元素的含量，来进行压力容器用钢的材质分析，成功解决了该难题。

1.2 建立RBI数据库

该项目在建立RBI 分析数据库时,遇到的难题是压力容器数据恢复问题，按照数据恢复制定的方案，首先进行了数据恢复，并完成现场数据采集工作。其次通过分析平台工艺流程,对设备的关断设置情况进行分析。梳理相关数据、筛选出所需的数据,并逐一审核数据的完整性、准确性和一致性，录入软件专属表格，形成RBI 评估专用的数据库。

1.3 评估单元划分

在 RBI 软件中，容器按照平台-设备-设备部位的层次关系进行管理。设备部位是指根据设备结构划分的设备部件，例如立式罐通常将上封头、下封头、筒体划分为设备部位。按照其工作原理，分离器、换热器、过滤器需划分为多个设备部位进行管理和分析。这是因为不同设备部位的数据可能不同，介质也可能存在区别，因此具体的腐蚀情况可能存在差异，风险等级要分别进行研究。对于己划分评估单元的设备，除了设备数据外，还必须填写因设备划分而形成的部件的数据；未划分设备部位的设备应按照整台设备进行管理。

1.4 物流回路划分

物流回路划分是根据工艺流程中的紧急关断装置的位置，界定容器发生泄漏时哪些部分的物料会泄漏，即容器发生失效导致泄漏时，切断紧急关断装置，阻止泄漏扩大，紧急关断装置内的部分即为一个物流回路。根据其中的物料泄漏量计算小后果。

1.5 后果区划分

海上平台是一个庞大的设备系统，可实现一系列完整的生产流程，其中的各个分系统又可进行独立划分完成单独的生产任务。海上平台平面图是进行后果区域划分的基础，防爆墙的设置位置和防爆等级决定了后果区域的划分方式，一般把防爆等级为 A30 上的防爆墙当作划分区域进行后果区域划分，通过全面分析平台的平面布置图，将A1 平台共划分为1 个后果区，A2 平台划分2 个后果区，APP 平台划分4 个后果区。

1.6 识别损伤模式和腐蚀回路划分

首先识别容器及其附属设施的主要损伤模式，再根据设备的操作条件、材质及工艺介质等因素，将同一损伤模式的部件划分为一个腐蚀回路，即将繁多的部件进行规整，匹配其损伤模式，进而便于计算其失效概率。

依据物料平衡和对实际物流采样化验数据的结果进行分析,该油田所属的11 台压力容器主要的潜在损伤原理有:内部腐蚀（主要是二氧化碳腐蚀和微生物腐蚀）、应力腐蚀开裂（主要是湿H2S 损伤）、外部腐蚀（主要是保温层下腐蚀及大气腐蚀）。

1.7 风险计算

风险是失效概率和失效后果的乘积。容器的风险取决于2 个方面，即评价单元的失效概率和评价单元的失效后果。

（1）失效概率计算

计算失效概率时，首先应根据操作条件及设备管线基本参数确定损伤原理(通过腐蚀回路确定具有相同原理的管线和设备)，然后根据识别得到的每种损伤原理定量计算其失效概率,再根据权重计算总的失效概率。

（2）失效后果计算

失效后果包括人员安全后果、环境后果和经济后果。以人员潜在的生命损失表示安全后果；使用适当金额的钱表示经济后果（包括停产损失的费用和设备维修的花销）；以污染物释放到环境中的质量或体积，或因污染物溢出导致的环境清理费用来表示环境后果。失效后果计算时按预先划分好的物流回路进行分别计算，即根据每个物流回路中的泄漏物料进行计算。泄漏物流的量主要取决于介质的黏度、密度以及失效孔的大小、现场的操作压力等，计算前需将主要参数分别录入数据库，根据泄漏流体物料的量和性质来计算失效后果，不同的失效模式需分别进行失效后果计算，并将其加权计算出总失效后果。

本次RBI 分析中,分别计算了设备失效后造成的经济后果和安全后果。

（3）风险计算

风险=失效概率×失效后果

一个高风险的设备风险有两种形成可能：一是高的失效可能性与低的失效后果形成,二是高的失效后果与低的失效后果造成。所有详细评估的压力容器均针对不同的腐蚀原理计算了各自的风险大小。

（4）风险可接受准则

根据中国海洋石油集团公司资产完整性管理规定要求,并结合国际惯例制定本项目风险可接受准则,确定本项目安全可接收准则为每年每部件0.000 001，经济可接受风险准则为USD 3000。

（5）风险矩阵

为保证现场能方便、快捷地对压力容器的风险进行排序,利用5×5 矩阵图的方法,矩阵图中横向矩阵数值为失效后果,按照失效后安全影响或经济损失划分为A～E 五个等级,纵向矩阵数值为失效概率,按照失效概率系数划分1～5 五个等级,以此来确定经济风险矩阵和安全风险矩阵。

2 风险评估结果

经过分析计算可知,目前的平台压力容器经济风险状况为不存在高风险单元，有7 个中风险单元和25 个低风险单元及51 个极低风险单元；安全风险状况为不存在高风险单元，有13 个中风险单元和30 个低风险单元及40 个极低风险单元。

3 使用和维护策略

通过风险评价结果和损伤原理的分析,给出使用、维护策略及建议。

（1）针对11 台均已超过设计服役年限的压力容器,如风险较高的计量分离器和闭排罐,建议在生产条件允许的情况下,开展内部全面检验,了解容器内部腐蚀减薄和内部裂纹的真实状况,降低风险。

（2）由于容器处在露天的海洋环境,极易产生保温层下腐蚀,建议平台加强设备的防腐涂层及保温层的管理工作,维护防腐涂层和保温层的完整性,降低外部腐蚀导致的风险,延长设备的安全运行周期。例如，WHPF 平台的闭排罐接管处,常常出现严重锈蚀。

（3）焊缝及其热影响区较容易产生应力腐蚀开裂,建议关注金属焊接部位及其热影响区。

（4）压力容器有必要进行在线无损检测,检测中发现问题需进一步确认时，要相应增加检测项目,提高检测的精确度,降低失效发生的概率。

（5）建议建立和完善压力容器的详细台账,至少包括设备的操作条件、材质、壁厚、直径、部件检验维修和更换历史、保温材料及防腐蚀涂层的维护和更换历史等详细信息,加强对压力容器的管理。

（6）对存在二氧化碳腐蚀的部件,建议按检验策略给出的检验日期和检验方法UT/RT 30 实施检验;对存在内部应力腐蚀开裂的部件,建议按检验策略给出的检验日期和检验方法WFMT/ACFM 75 实施检验;对存在外部腐蚀的部件,建议按检验策略给出的检验日期和检验方法移除50%～100%保温结合UT/RT 实施检验。

4 结语

在渤海某油田应用RBI 技术分析每个评估单元的损伤模式,评定每个部件的风险等级，并根据损伤模式和风险等级,制定相应的针对性的检验策略。根据检验策略实施3 年检验计划，该计划较传统检验的检验量大幅减少,检验成本大大降低,检验方法更具针对性、有效性和完整性。将检验中心向高风险及中风险倾斜，低风险及极低风险只需最低监管，检验频次可以适当降低。通过系统的评估，对容器的情况进行了彻底摸排，也为设备维修、维护提供了数据基础。