基于风险的检测(RBI).ppt

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1、1,基于风险的检测(RBI)在石化企业应用情况介绍,陈学东 艾志斌 杨铁成 王冰 合肥通用机械研究院二五年九月,2,1.RBI技术概述2.API 581简介3.国内RBI执行情况4.若干问题的 讨论,3,1.RBI技术概述,4,基于风险的资产管理（RBAM）,5,维修与资产完整性管理,6,7,1.1几个基本定义,8,风险分析与风险工程,9,基于风险检测(Risk-Based Inspection RBI),理念：安全性经济性原理：失效可能性失效后果风险排序关键：优化检验策略目的：本质安全节约成本,WHAT：要检查何种类型的缺陷？WHERE：何处去寻找缺陷？缺陷的位置/可接近性？HOW：能发现缺

2、陷的最佳技术？破坏形式(减薄，裂纹等)WHEN：从风险级别和经济性平衡角度确定最佳检验时间？,避免检验不足与检验无效过度检验,10,RBI风险矩阵,设备风险等级表,风险矩阵,11,RBI过程示意图,12,1.2RBI的意义,避免传统检验的某些不足、确保本质安全,不清楚特种设备失效模式，失效机理检验不足盲目追求“全面”不清楚失效发生的可能部位检验无效过度检查装置、设备的重要度划分考虑因素较少重点不突出检验周期确定依据不足过频或过长,或,13,RBI与传统方法的区别,14,80%的损失是由20%的设备引起的风险系数不是越小是好，安全与经济的统一,“二八”理论模型,15,影响压力容器安全的突出问题,

3、八年来，课题组6次全国性安全状况调查45家大型石化企业，164638台压力容器，1166台高强钢压力容器，686台液化气球罐,超标缺陷全球原油品质劣化介质腐蚀加剧装置大型化高强钢使用(裂纹敏感性增大)长期超期服役未经合理评估，盲目使用,近年来,缺乏有效检测 科学评估未达设计寿命过 早 失 效,突然失效,19802004年部分国内固定式容器爆炸事故的统计情况,19902004年部分国内压力管道失效事故的统计情况,有利于针对突出问题,16,风险演化与寿命关系,17,满足国家与社会需求，促进社会经济发展,国家的需求：用先进的风险工程学理念，处理安全与经济的关系；加入WTO 提高企业国际竞争力。企业管

4、理层的需求：管理层需要一个系统、完善的管理体系来规划、监控风险、制定严格有效的风险应对计划来降低风险带来的影响。设备管理的需求：执行RBI项目实际上同时将工厂设备的信息进行了全面的整理归纳，形成了一套信息库，这对于设备管理部门来说是非常有帮助的。同时在执行RBI管理的过程中也产生了一个集工艺、设备、腐蚀、安全等跨部门的知识核心小组，改变了以往各个部门间知识不流通的状况。经济效益需求：确保安全 最根本的效益保证国外：降低成本国内：短期成本可能会上升，长期降低成本,18,1.3国外RBI技术发展概况,RBI在石化行业发展背景风险工程的本质重要度的划分不是什么新东西，我们日常工作生活中不知不觉经常采

5、用现在要做的：依据科学的理论+长期的经验=更为准确的分析与划分海上石油平台、建筑物、桥梁等都有RBI 的做法美国人上个世纪九十年代初开始此项工作30年以来，100件重大损失事故统计表明风险因素复杂增加检测力度来看，花费巨大，事故仍然发生,19,美国人W.Kent Muhlbauer 1992年提出了输油与输气长输管道的风险评估方法原因分析(第三方破坏与最小埋深、腐蚀、设计、操作)介质危险性评定：泄漏指数、相对风险程度 20家石化公司赞助API研究RBI 1996年出台API 581的草案，2000年5月正式出台RBI执行文件API BRD 581 2002年5月公布RBI标准API RP 58

6、0,20,目前国外情况,法令/政府要求：California Risk Management and Prevention Program(RMPP)EPA40 CFR Part 68，Risk Management Programs for Chemical Accident Release Prevention(美国环保署)欧洲工业基于风险的检验和维护规程(RIMAP)(正在制订)工程规范：API 581，IEC1508，ANSI S84.01 UFIP Guidelines(France)，UIC Guidelines(France)等团体组织：AIChE(美国化学工程师协会)/CCPS

7、Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis波音公司 Reliability Centered Maintenance，RCM,21,法国政府,法令No.99-1046(1999.12.13)规定承压设备检验的相关要求2000.3.15针对在役承压设备，对No.99-1046作了补充其中第三款(定期检验)第十条第4部分规定：由被认可的检验部门来执行的检验，其检验计划，包括检验手段和周期，要按照由专业协会提出并被工业部和承压设备委员会批准的导则来制定。法国石油工业协会(UFIP)颁发的“针对炼油厂基于风险分析改变停产大修周期

8、与耐压试验周期制定的检验计划的导则”已获得批准。,印尼、新加坡、荷兰等国政府也有类似规定,22,欧洲各国现行关于承压设备检验的一些规定,23,24,1.4国内RBI技术发展现状,上世纪九十年代末政府介入与关注中石油、中石化积极推动国外技术机构乘虚而入与国内联合,大学、研究机构已逐步引入概念基础性工作定性与半定量工作,国家科技部立项特种设备局,“十五”攻关社会公益国际合作重点,法国BV挪威DNV英国TISCHUK 英国TWI韩国SK瑞典SKF,特检中心、通用所、南化、华化、青岛安工院、北航,提出安全与经济性的关系安全技术委员会的关注张局长对茂名RBI关注,通用所 南化、华化 青岛安工院 特检中心

9、,25,执行情况,26,2.API 581简介,API 581 于2000年5月出版，文件由正文和附录组成正文的主要内容介绍RBI的基本概念风险分析重要度风险可靠性分析检测程序工厂基础标准数据表等,27,附录的主要内容:附录A RBI定性分析工作手册附录B RBI半定量分析工作手册附录C RBI定量分析工作手册附录D 管理系统评价工作手册附录E OSHA1910和EPA危险化学品表附录F API和ASTM的RBI比较,28,附录G腐蚀减薄模式(其中包括HCL，高温硫和 环烷酸，高温H2S/H2，H2SO4，HF，酸性水，胺，高温氧的各种腐蚀数据和判据)附录H应力腐蚀裂纹模式(其中包括以下应力腐

10、蚀裂纹的数据表和判据：碱，胺，硫化物，HIC/SOHIC-H2S，炭酸，连多硫酸，HSC-HF，HIC/SOHIC-HF附录I高温氢腐蚀模式附录J 炉管模式附录K 材料疲劳(仅管线)模式附录L脆断模式附录M 设备衬里模式 附录N外部损坏模式,29,2.1API 581与其它规范的关系,API 581 提供基于风险分析检测计划程序，有关检测的实施仍需参照其它的API规范，例如：API 750过程危害性管理API 510压力容器检测、评级、修理和变更规范API 570在役压力管道检测、修理、变更和维护规范API 653储罐检测、修理、变更与重建规范API 530石化炼油厂计算热交换管壁厚的实例AP

11、I 581 分为定性分析、半定量与定量分析定性分析主要适用于较大范围的评估，如工厂、装置区。定量分析主要适用于特定设备的评估，主要项目包含有塔器、储罐、转动机械与管线。API 581 注重评估因腐蚀所造成穿透泄漏等危害风险。,30,31,2.2RBI分析层次,32,33,2.3风险评估的执行步骤,34,2.4定性RBI分析,依据API RP 580 Risk-Based Inspection,风险的意义：Risk Frequency Consequence 风险(概率)(后果),35,定性RBI分析失效概率系数构成,36,定性RBI分析损坏后果系数构成,37,定性RBI分析健康后果系数构成,3

12、8,定性RBI分析失效概率等级划分,失效概率系数构成：设备系数损坏系数检测系数维修状况系数工艺系数机械设计系数,失效概率等级,39,定性RBI分析后果等级划分,后果等级由损坏后果等级和健康后果等级较高的确定损坏后果系数构成：化学物质系数物质存量系数状态系数自燃系数保护系数压力系数损坏可能系数健康后果系数构成：毒性量系数扩散性系数保护系数人口系数,健康后果等级,损坏后果等级,40,定性RBI分析风险矩阵,41,乙烯裂解装置RBI定性分析结果,42,RBI风险矩阵,43,2.5定量RBI分析,定量RBI分析流程图,44,定量RBI分析涉及资料内容平面布置图工艺仪表流程图(P&ID)工艺流程图(PF

13、D)工艺介质数据各类设备设计、制造、采购、安装、竣工验收资料安全保护装置资料操作与维护手册历次检验维修记录,45,定量RBI分析失效可能性的计算,46,同类设备失效的可能性,47,设备修正因子,48,换算的设备修正系数,49,管理修正因子,管理系统现状审核 API 581 附录D,101 questions,1000 scores,管理操作维护安全检验培训工程,50,管理系统评估分值与管理修正系数的关系,51,定量RBI分析后果分析流程,1,2,3,3,4,5,4,6,7,52,风险图,53,2.6 API 581考虑的损伤类型(失效模式),1)减薄(包括整体、局部、点)(Thinning)2

14、)焊缝表面开裂(Surface connected cracking)3)近表面开裂(Subsurface cracking)4)微裂缝/微空隙形成(Microfissuring/microvoid formation)5)金相组织改变(Metallurgical changes)6)尺寸变化(Dimensional changes)7)鼓泡(Blistering)8)材料特性改变(Material properties changes)9)机械损伤(Mechanism damage),54,2.7损伤机理与部位,1)减薄机制,55,1)减薄机制,56,2)应力腐蚀开裂,57,3)金相组织改变

15、和环境失效,58,4)机械失效,59,2.8检验方法的有效性(允许在线检验),检验效果分类：高度有效、通常有效、适当有效、效果差、无效,60,2.9 制定检验计划(确定合理的检验周期),优化检验目的有针对性检验部位有针对性检验方法十分明确合理确定检验周期,需要检，一定检不需要则不检,61,2.10RBI应用过程示例,装置分割原则：以设备和管道的工艺功能为主，兼顾物流及腐蚀流特点,装置分割,62,基础数据采集,1)采集数据内容,通用数据：气候条件、地震系数、工艺稳定性、投用年份、开停车频率等设计(制造)数据：设备类型、温度、压力、材料、壁厚、容积等工艺数据：物流(代表性流体、杂质)组份、操作温度

16、、压力等检验数据：检验年份、历次检验的项目及有效性等安全信息：安全保护装置设置及维护等,63,2)数据采集方法,查阅：装置原始设计、制造、安装档案资料历次检验资料工厂相关的管理文件及数据库操作记录装置操作工艺手册现场采样分析：物流数据问卷调查：管理系统评估系数,64,3)数据录入层次建立,装置单元工段设备（管道）部件,65,分析假设条件,设备与管道的设计寿命为30年加氢裂化装置3台加氢反应器的重要程度定为“极为重要”(Vital)其它设备和管道均定为“重要”(Important)下次检验年份：加氢裂化装置为2006年最小允许壁厚按原设计规范计算确定 腐蚀裕量取原设计值 对API 581中未给出

17、腐蚀机理的材料、介质、温度组合，依据试验数据和专家经验进行补充，对腐蚀明显轻微的(如干燥空气、新鲜水、成品油等)情况，人为添加“未知”(Unknown)腐蚀减薄机理，腐蚀减薄速率设定为0.02mm/年。,66,风险排序,加氢裂化装置设备和管道风险分布情况,加氢裂化装置设备风险分布情况图,67,加氢裂化装置管道风险分布情况图,68,加氢裂化系统主要设备部件风险分布图,加氢反应器18.519.8MPa427,低压分离器2MPa,60封头、集液器减薄,HIC/SOHIC,高压分离器17.5MPa,155,原料脱水罐0.35MPa,70,69,损伤机理,加氢裂化装置腐蚀减薄酸性水腐蚀、锅炉水腐蚀、冷却

18、水腐蚀、盐酸腐蚀、高温H2S/H2腐蚀、高温硫及环烷酸腐蚀 应力腐蚀开裂HIC/SOHIC、碳酸盐SCC、硫化物SCC、胺SCC、PTA连多硫酸SCCSCC敏感性为“高”和“中”的设备和管道主要集中在101工段(加氢裂化系统)、301(脱丁烷/己烷系统)和401(酸性气处理系统)工段 外部腐蚀大气腐蚀和保温层下腐蚀 外部腐蚀比较严重的管道 主要集中在201工段(新氢系统)和302工段(分馏系统)高温氢腐蚀 101工段(加氢裂化系统)中的4台换热器和3条管道 P-059的氢腐蚀敏感性为“高”，表明该管道发生氢腐蚀损伤的可能性相对较大。P-059氢腐蚀敏感性高的主要原因是该管道材质为A-106B，

19、属一般碳素钢，操作条件下不能抗氢腐蚀。,70,高风险设备的原因分析,加氢裂化装置设备,71,加氢裂化装置管道,72,检验策略,检测效力分类高度有效(Highly effective)、通常有效(Usually effective)一般有效(Fairly effective)、效果差(Poorly effective)和无效(Ineffective)不同的检测方法对各种损伤形式具有不同的检测效力允许“在线”检查，调整风险,73,针对减薄失效机理检验策略 以宏观检验和超声波测厚为主对能进入内部检验的设备应尽可能进入设备内部进行检查不能进入内部检验的设备及管道应适当增加检验比例针对应力腐蚀开裂失效机

20、理检验策略 检测手段有：宏观检查、超声波测厚、湿荧光磁粉/PT、UT、RT辅助方法有：金相检查、硬度测试等首选内部湿荧光磁粉无法进入内部时，应选用UT/RT从外部进行对应力腐蚀开裂敏感性为“高”(High)可进入内部检验的设备(部件)，建议选择“高度有效”的检验。对应力腐蚀开裂敏感性为“高”(High)又不能进入设备内部检验的设备(如换热器)，建议选择非进入检查中的“通常有效”的检验。应力腐蚀开裂敏感性为“低”或“无”的设备(部件)和管道，发生开裂的可能性相对较小，因此原则上只进行“一般有效”的检测。,74,针对外部(保温层下)腐蚀失效机理检验策略 对外部腐蚀损伤因子较大的设备及管道应选择适当

21、的部位和比例拆除保温层后进行宏观检查和超声测厚；必要时应增加UT检测。针对高温氢腐蚀失效机理检验策略 采用金相、硬度、超声测厚及超声纵波扫查等多种技术相结合的方法从内部进行检测对于氢腐蚀敏感性“高”的设备，建议用超声和金相方法进行检测确认。当超声测厚确定有“增厚”现象存在时，或金相检验发现有明显脱碳现象则表明氢腐蚀损伤已经存在。优先安排检验的设备和管道 对本次风险分析处于中高风险区域以上或虽处于中风险区域但失效可能性等级大于3的设备和管道应作为下次检验的重点。,75,通过在线检验调整风险,在线检验是指设备在运行状态下进行检测，从RBI技术的角度出发，在线检测只要方法选择正确，检验比例(有效性)

22、得到保证，能到达停车检验效果。,76,重新计算的风险、检测项目、检验有效性及模拟检测后的风险调整情况,77,R-101、R-102A和R-102B三台加氢反应器是加氢裂化装置中的核心设备，在本次RBI定量分析中只有这三台设备的重要程度被定义为“极为重要”(Vital)风险分析的结果显示它们的风险均处于“中高”风险区(2-E)。主要的损伤机理为内部堆焊层腐蚀减薄。加氢反应器失效将导致非常严重的后果，但其失效概率相对较低高后果、低概率 失效机理：腐蚀减薄但由于该设备属关键设备，因此在制订检验策略时应考虑到其它可能的损伤形式，并有针对性的进行检验。其它可能的堆焊层损伤形式有：凸台角焊缝开裂、堆焊层微

23、裂纹、人孔法兰密封槽底开裂、冷氢管及热电偶角焊缝开裂检验策略：建议以内部重点部位的宏观检查和渗透检测为主，检验效力应选择“通常有效”,例：加氢反应器的检验策略,78,3.合肥通用所在国内RBI执行情况,3.1已完成与正在进行的装置,已完成装置清单,79,正在进行的装置清单,80,3.2 已完成10套装置风险分布图,81,3.2 已完成10套装置的风险分布图,82,83,84,85,86,87,3.3 已完成10套装置损伤机理表,茂名乙烯裂解装置损伤机理分布,88,茂名加氢裂化装置损伤机理分布,89,WEPEC重油加氢(ARDS)装置损伤机理分布,90,WEPEC常减压(CDU)装置损伤机理分布

24、,91,WEPEC催化裂化(FCC)装置损伤机理分布,92,WEPEC制氢(HP)装置损伤机理分布,93,中原乙烯装置损伤机理分布,94,福建炼化催化裂化装置两脱系统损伤机理分布,95,天津加氢裂化装置损伤机理分布,96,广州石化加氢精制装置(2B)损伤机理分布,97,3.4 检验策略与检验周期,98,4.若干问题的 讨论,4.1关于可接受的风险(允许存在的风险),在API580、API581中没有规定也无法规定统一的可接受风险强调各行业可以有自己的风险准则一般情况下，业主应根据RBI分析的结果，结合本企业的生产、经营、安全管理、设备管理、经济效益以及社会效益综合考虑后自行确定一个可接受的总体

25、风险状况可接受风险与一个国家的经济发展水平相关在中国企业难以自行确定，期待政府有关部门的协同解决,99,在我们的实践中采取的措施：,中等风险以下等风险原则 中高风险以上在线检验，缩短检验周期(失效可能性等级大于3)借鉴国外经验 法规与技术规范要求,100,4.2关于检验周期的确定,承压设备的特点必须定期检验，检验频度确定合理的周期：考虑措施,尽可能满足生产装置长周期运行 设备的各种损伤、退化、劣化、不影响本质安全,首先满足法规要求，用好法规的允许调整条件 设备的风险等级 同类设备的国内外经验 完整性评估与寿命预测评估 国内外技术机构的指导性建议,101,例：茂名与WEPECRBI方法并不主张仅

26、通过延长检验周期来实现经济性我国技术规范关于压力容器与压力管道检验周期的规定是合理的，与RBI不冲突过去存在问题是某些检验机构执行偏差问题合肥通用所反对以延长检验周期为目的开展RBI,A106B管材与容器立即更换加氢反应器满足法规要求适当延长,102,4.3关于在线检验,检验力度与有效性并非所有设备都需要高度有效或通常有效检验结合,失效模式、机理及后果 检验手段、技术装备的技术进步 科学的容限、合理的误差,103,4.4与法规的关系,重要概念RBI：宏观风险区分与排序、一种理念、方法技术法规：具体检验、检测技术的要求两种相互依存，相互支持的关系,法规、技术规范传统检验RBI延长检验周期,104

27、,我国的法规技术规范 RBI活动必须在法规允许的框架之下,多年治理整顿的宝贵经验总结适合中国国情在检验手段、技术、容限等方面，有独到之处必须结合放入检验策略中,105,4.5适合我国国情问题,我国与发达国家设备状况有较大差别API 581假定容器与管道的设计、制造符合要求，所以不考虑结构与焊缝的缺陷问题，不符合我国国情早期：历史影响目前：国产材料性能稳定与诚信制造、大型化影响设计寿命，我国压力容器与管道没有明确概念相对于国外，严重超期服役状态风险的调整管理修正系数的修正问题,先天性缺陷 超期服役,106,4.6关于软件的引进与改进,RBI的数学方法十分简单，实现软件很容易，难点在于形成丰富内涵

28、的数据库如：各类介质的腐蚀性、失效模式、失效机理、检验效率、同类设备事故原因，同类设备RBI结果等引进的是数据库，而不是计算方法软件,107,改进之处,损伤机理重整加氢反应器的轻微蠕变催化再生器硝酸盐应力腐蚀开裂高压空冷器的硫氢化胺冲刷腐蚀长期使用加氢装置的回火脆化物流不全有机酸类、甲醇、醛、合成氨等化肥系统 失效模式管壳式换热器管束腐蚀先天焊接缺陷与材料不稳定引发其它问题软件编制管线分析不能分级商业损失考虑不周,108,4.7关于RBI专家组或操作人员要求,采集到最客观真实的基础数据(有赖于企业的管理水平)；从事RBI分析的单位或项目组应包括有以下几方面的经验丰富的技术专家：工艺、设备、设计

29、(结构)、材料、腐蚀、检验等方面；输入软件的最终数据应经过专家小组分析确认；对RBI分析结果由有关专家进行分析确认，并根据长期积累的实践经验对装置中设备或管道的一些特殊情况对RBI结果进行必要修正和补充；任何RBI软件有输入、必有输出关键：什么人输入、输入什么样的初值？输出的结果怎么用？,109,4.8几点建议,中国的法规与技术规范在理念上与RBI方法是一致的，RBI活动必须在法规允许的框架下开展，并应在政府的宏观监督之下健康发展；现行的法规与技术规范关于特种设备检验周期的规定与国外发达国家的法规规定基本一致，这样的规定总体合理，并不影响长周期运行。开展RBI工作可以使承压设备的检验周期更加合

30、理，而不能仅通过延长检验周期达到提高经济效性的目的；为便于RBI技术的推广应用，在法规与技术规范中，应有相关条款为RBI工作留有接口。例如法国政府在2000年对法令No.99-1046进行补充，使得法国石油工业协会(UFIP)颁发的“针对炼油厂基于风险分析改变停产大修周期与耐压试验周期制定的检验计划的导则”27就获得了政府的批准；,110,4.8几点建议,RBI有效的活力在于不断的交流、总结、提高。不仅要促使国内与国外权威技术机构的交流与国际合作，国内也应有两条措施保证，一是在政府或学会、协会层次成立RBI技术委员会，组织一批有经验专家促进RBI技术在中国良性发展；二是在石化系统的RBI用户单

31、位按使用软件成立若干个技术交流小组，不断交流持续改进；RBI工作组应当由企业和技术服务单位的多名专家组成，其中应当包括有经验设备设计或研究专家、检测工程师、工艺工程师、腐蚀防护与材料工程师、无损检测工程师、安全工程师等，最好政府监察管理部门的人员也参与全过程监督。为便于检验策略的制订与执行，RBI工作的主体应该是有经验的检验单位；尽管风险分析的方法是一个通用原则，但API 581和API 580文件的适用范围是有限的，在石化装置中，除去炼油厂装置与乙烯装置外，其它化工装置如合成氨系统等进行风险分析时，一定要补充相应的基础数据库，不可仅仅直接使用API 581中的数据库；,111,4.8几点建议,在应用API方法进行RBI工作时，一定要结合我国承压设备的使用状况调整风险，如先天缺陷、超期服役、管理水平差异等都会对风险大小及分布范围有较大的影响；适当的条件下，应当允许在线检测方法替代停车时的检测；在我国很多企业开展RBI，不能盲目追求短期直接经济效益，而应当立足本质安全与中长期的运行费用降低。采用RBI方法对于中国石化企业保障承压设备安全，减少维修费用，提高石化产品国际竞争力很有益处，应予以推广。,112,谢谢各位,