可靠性工程与风险评估第8章 风险工程学课件.ppt

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1、化工生产装置的运行存在着危险，这种危险是客观存在，是无法改变的，而装置的运行风险却在很大程度上随着人们的意志而改变。通过对装置风险的辨识和分析，实施基于风险检验的策略，实现对装置风险的控制和管理，以期达到装置长周期运行、获取经济效益和社会效益的目的。,当代化工装置技术管理的两大课题风险分析的国内外发展状况基于风险的检验与传统检验方法基于风险检验的技术路线风险辨识风险分析与风险评价风险控制、风险管理与装置长周期运行国内引进软件介绍,当代化工装置技术管理的两大课题,当代化工、石化设备技术管理面临两大课题（1）生产过程设备的长周期运行，如：连续运行5年1次大修。（2）延长在役设备的使用寿命在解决这两

2、个问题、实施相应技术措施的同时，根据风险工程学原理，加强风险控制与风险管理，无疑是一种行之有效的最佳途径。这已为国际上一些国家的实践所证明。,当代化工装置技术管理的两大课题,API 581 基于风险的检验规范；ASME B 31.8s管线完整性管理系统以及机械完整性风险管理系统；法国BV公司的AIM和RB-eye软件；管道风险评价指导委员会（PRASC），开展的油气管道风险评价研究；美国Amoco管道公司采用风险评价技术管理所属的油气输送管道和储罐,当代化工装置技术管理的两大课题,基于风险的管理技术的推广应用，可以合理分配维修费用，延长装置运行周期，降低企业运行成本，提高我国加入WTO后石化企

3、业在国际市场的竞争力。,当代化工装置技术管理的两大课题,现代设备管理技术、维修技术和诊断技术的开发应用是从20世纪70年代开始；主要目的是：减少和降低事故次数和等级，提高设备的可靠性和改善生产过程的安全性；延长装置或设备的操作周期或寿命；减少操作和维修人员及维修费用，提高工厂的经济效益和竞争能力。,当代化工装置技术管理的两大课题,为追求产量和规模效应，设备大型化；为追求产品多品种和产品高质量，设备复杂化和高级化；为提高运转效率和追求运转合理，计算机化和自动化；为追求安全运转和延长维修周期，延长设备连续运转时间和提高设备可靠性；传统设备维修方法经历了事后维修(BM)，定期维修(TBM)和状态维修

4、（CBM）三个阶段；,当代化工装置技术管理的两大课题,当代化工装置技术管理的两大课题,先进维修管理技术,RCM（Rrliability Centered Maintenance）以可靠性为中心的维修PDM（Predictive Maintenance）预测维修技术EAM（Enterprise Asset Management）企业资产维护管理系统RBI（Risk Based Inspection）以风险为基础的检测RII（Risk informed Inspection）风险矫正检测CBM(prognosticate measure Maintenance)状态检测检修AIM(Asset In

5、tegrity Management)资产完整性管理,当代化工装置技术管理的两大课题,RCM以可靠性为中心的维修RCM以可靠性为依据，制定出设备或装置必要的维修程序;在保证安全前提下，以最低成本，维持最佳效益。对选出的设备提七个方面问题：1.在现行的使用环境下，设备的功能及相关的性能标准是甚么？2.甚么情况下设备无法实现其功能？3.引起各功能故障的原因是甚么？4.各故障发生时，会出现甚么情况？5.甚么情况下各故障至关重要？6.做甚么工作才能预防各故障？7.找不到适当的预防性工作应怎么办？,当代化工装置技术管理的两大课题,PDM预测维修技术是根据对潜伏故障进行在线或离线测量的结果和其他信息来安排

6、维修的技术其关键是依靠先进的故障诊断技术对潜伏故障进行分类和严重性分析,以决定设备（部件）是否需要立即退出运行和应及时采取的措施。,当代化工装置技术管理的两大课题,AIM资产完整性管理 在工厂建设到投产及生产管理全过程，始终贯穿企业目标：利润、成本、发展、HSE和各种风险等；有一套管理和组织为业主服务：可行性阶段提供咨询；设计阶段支持规范和标准解释、投资估算和设计审查；采购阶段评估供应商、估价；建设阶段担任监理；生产期间进行评估和咨询；维修阶段提供RBI服务、失效分析和维护策略等；挖掘资产管理潜在的隐蔽损失，使资产全过程接近生命周期；,当代化工装置技术管理的两大课题,劳动材料经常开支,在管理部

7、门之间缺乏协调和沟通,在整个低效率过程浪费时间和资源,低的工厂可靠性和效率,看得见的成本隐藏损失,容易的标准 潜在的 有限利润不一般的标准 潜在的高利润,资产生命周期成本,当代化工装置技术管理的两大课题,协助解释文件/规范建立项目QHSE系统危险程度估价RAM,所有项目阶段,投标评价-QHSE审计/设计估价过程风险估价复查和确认设计-计划任务书AIM,供应者选择&认证装备认证/商店检查物质估价,建设估价履行估价,风险分析操作安全估价,AIM 全过程,当代化工装置技术管理的两大课题,危险(Hazard)与风险(Risk)危险：可能产生潜在损失或损伤的征兆。风险：由两部分组成：一是危险事件出现的概

8、率，二是危险一旦出现，其后果严重程度和损失的大小。危险是客观存在，是无法改变的，而风险却在很大程度上随着人们的意志而改变，亦即按照人们的意志可以改变危险出现或事故发生的概率和一旦出现危险，由于改进防范措施从而改变损失的程度。,当代化工装置技术管理的两大课题,风险危险为了减少风险可以降低Likelihood或Consequence检验是限制风险活动的一种。风险不是越小越好，是安全与经济的统一。,风险（Risk）,损伤发生概率（Likelihood）,影响程度（Consequence）,当代化工装置技术管理的两大课题,RBI风险矩阵,失效后果,失效可能性,当代化工装置技术管理的两大课题,驾车是危险

9、的，但驾车的风险通过减少可能性以避免严重后果；限制驾驶员年龄；限制车速；禁止酒后驾车；培训与考核，考驾照；强制执行其他法律法规；强化车辆检测和维护保养；车辆年检是一种措施。,当代化工装置技术管理的两大课题,连转寿命,风险,如果做风险管控,风险的演化,当代化工装置技术管理的两大课题,2.风险分析的国内外发展状况,风险分析方法最早是在20世纪五六十年代应用于欧美核电厂的安全性评价中，而后逐步在石化工业、环境工程、航天工程、医疗卫生、交通运输等领域得到大力推广和应用。欧美等工业发达国家是从20世纪90年代初开始RBI研究。API于1993年9月牵头组织了由Amoco、BP、Shell、Exxon等2

10、3家企业参加的风险检验项目，分别于2000年5月和2002年5月颁布了API581和API580文件，提出了RBI概念。,2.风险分析的国内外发展状况,2.风险分析的国内外发展状况,RBI是预知维修技术的一种，是合理制定装置检验计划的方法，是使检验程序优化的方法，也是期望通过有效的检测达到降低风险目的的方法。RBI是设备维修管理技术的新发展,2.风险分析的国内外发展状况,2.风险分析的国内外发展状况,RBI是在装置检验、探伤技术，失效分析技术，材料损伤机理研究和计算机应用技术等的基础上发展起来的一种在役装置检验技术，可以对生产流程中每个单元设备在风险辨识基础上进行风险评级；可以通过检验（102

11、0）%的设备来识别（8090）%的风险度；可以通过风险分析，制订有效的检验计划、延长生产周期、降低生产成本，使设备的安全、环保和生产处于最佳状态；RBI是有效的决策工具。,2.风险分析的国内外发展状况,风险工程的本质重要度划分,从20世纪九十年代中期开始，国外陆续开展RBI研究，如Shell公司的Reynolds将RBI方法应用于石油化工企业中；Radian国际公司的Munson应用风险评估技术开展了电厂主蒸汽管线和再热管线的风险分析；DNV公司的Tallin等人对LNG厂的设备进行了风险排序；Aller等人开展了炼油厂的风险管理研究；Aptech公司的Anderson对Eastman化学公司

12、的醋酸纤维厂进行了RBI分析。,2.风险分析的国内外发展状况,据不完全统计，DNV公司已为国际上的200多家石油和化工企业开展了RBI项目，法国的BV公司也为世界上近百套大小不等的在役炼油装置开展了RBI分析。我国的台湾省和周边的韩国、马来西亚、新加坡等国家也相继于2001年前后开展了RBI研究项目。国内的天津石化和茂名石化于2003年开展了RBI的尝试性工作。扬子石化和齐鲁石化也于2003年下半年开始了RBI工作。,2.风险分析的国内外发展状况,基于风险的检验与传统检验方法,检验任务：What：要检查何种类型的缺陷Where：何处去寻找？位置？How：最佳技术？破坏形式？When：最佳检验时

13、间？,基于风险的检验与传统检验方法,基于风险的检验与传统检验方法,3.1 传统检验 传统检验是基于安全、采用保守的方法，按照法规要求每隔一定周期进行检验，未将经济性、安全性和可能存在的失效风险有机地结合起来，检验的频率和程度与设备的风险不相称，缺乏重点，成本高，可能存在“过度检验”或“检验不足”的弊端。,基于风险的检验与传统检验方法,3.2 基于风险的检验 基于风险的检验采用系统工程的原理和方法，对系统中固有的或潜在的危险及其程度进行评估，找出薄弱环节，优化检验方法和检验频率，降低停机及日常检验和维修费用，提出保障生产安全的对策。,基于风险的检验与传统检验方法,如Eastman化学公司在Ten

14、nessee州Kingsport的醋酸纤维厂成功地实施了RBI项目。该厂醋酸纤维成品单元有200台设备过去是每2年检验1次，在2001年RBI项目实施前这200台设备中的绝大部分都要打开检查。通过RBI项目后发现这200台设备中只有12台设备需要打开检查。在检验策略上，这12台关键设备的检验项目明显比过去扩大了，但其余设备的检验项目则明显减少。在RBI项目中，对12台设备中的3台设备的失效进行了预测，而在随后的检验中证实了在某一酸性工艺流程中存在由于Cl引起的严重的腐蚀裂纹。,基于风险的检验与传统检验方法,表1 压力容器传统检验方案的检验项目与RBI的比较,4.基于风险检验的技术路线,4.基于

15、风险检验的技术路线,技术路线的总要求是：统筹策划，分类处理，分别采取有效的风险控制对策，使生产装置协调运作，延长装置的工作周期，最大限度地获取经济效益和社会效益。具体路线是：对所选装置生产过程设备进行风险分析与评价，根据评定的风险级别排序，制订维护、检修、管理计划，对高风险设备采取有效措施，实施严格的风险控制对策，降低其风险级别，防止失效，达到装置长周期运行的目的。,4.基于风险检验的技术路线,风险管理的功能监测,风险降低措施,失效预防措施,风险控制,失效的可能性/频率,失效后果分析,危险/风险的识别,风险分析,风险评价,4.基于风险检验的技术路线,5.风险辨识,5.风险辨识,风险辨识的目的是

16、确定危险的种类及来源。辨识风险要进行调查研究，主要涉及3个方面。一是对所考察生产系统的历史资料，如设计、施工资料，有无发生过事故，如何处理和技术鉴定资料的调查；以及对现在生产情况、技术经济指标和控制系统与相关软件等的调查。二是对系统中生产装置制造工艺过程、遵循的标准或规范，制造厂商技术水平、质保体系，施工、竣工资料以及装置运行、检维修等资料的调查。三是人因素资料和管理机制、管理模式的调查。,5.风险辨识,风险辨识方法有许多种：安全检查表法(Safety Check List，SCL)预先危险分析(Preliminary Hazard Analysis,PHA)危险可操作性研究(HAZard a

17、nd OPerability Study,HAZOP)失效模式与效应分析(Failure Mode Effects Analysis，FMEA)事件树分析法(Event Tree Analysis，ETA)故障树分析(Fault Tree Analysis,FTA),5.风险辨识,风险辨识方法有许多种（续）原因后果分析法 危险指数评价法 道化学公司火灾爆炸指数评价方法 ICI 评价方法 日本劳动省危险度评价法 前苏联化工过程危险性定量评价方法,5.风险辨识,风险辨识方法有许多种（续）人的可靠性分析(Human Reliability Analysis,HRA)概率风险评价技术基于可信性的风险分

18、析方法基于可拓方法的风险评价基于模糊集理论的风险评价方法,5.风险辨识,各种风险评价方法的总结与比较,5.风险辨识,各种风险评价方法的总结与比较（续）,5.风险辨识,各种风险评价方法的总结与比较（续）,5.风险辨识,各种风险评价方法的总结与比较（续）,5.风险辨识,各种风险评价方法的总结与比较（续）,6.风险分析与风险评价,6.风险分析与风险评价,风险分析与风险评价的内容：对每一来源的的性质都需要进行分析，然后做出评价。风险分析目的：对已识别出的风险源分析其失效机理、失效事件发生的可能性（发生频率）和失效事件可能引起的后果大小。综合风险分析的结果，对装置内的设备和管道进行风险排序，为风险控制和

19、风险管理提供依据。,6.风险分析与风险评价,6.1 损伤机制在风险分析中常见的损伤机制主要有以下8类 减薄 表面开裂 内部开裂 微裂纹或微空洞形成 金相组织的变化 尺寸变化 金属表面鼓泡 材料性能的改变,6.风险分析与风险评价,一般来说，减薄机制包括胺腐蚀、微生物腐蚀、锅炉水腐蚀、CO2腐蚀、针孔腐蚀、冷凝水腐蚀、缝隙腐蚀、脱铝、镍或锌腐蚀、侵蚀、磨蚀、结晶盐腐蚀、电化学腐蚀、高温氢腐蚀、高温氧化、高温硫/环烷酸腐蚀、盐酸腐蚀、氢氟酸腐蚀、流体冲击腐蚀、固体颗粒冲蚀和硫酸腐蚀等。,6.风险分析与风险评价,应力腐蚀开裂包括胺裂、碳酸盐开裂、碱腐蚀开裂、氯化物应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳、氧化疲劳、氢致

20、开裂和连多硫酸腐蚀开裂等。脆化机制包括石墨化、高温氢损伤、氢脆、不可逆的回火脆性、可逆的回火脆性、相脆化等。外部腐蚀包括大气腐蚀和保温层下腐蚀。机械损伤包括蠕变、机械疲劳和热疲劳等。,6.风险分析与风险评价,例如，经过多年的分析研究和实践总结，基本摸清了加工进口高硫油生产装置的腐蚀规律，腐蚀最严重的部位是一次加工装置的“三顶”低温部位（初馏塔、常压塔、减压塔）和重馏分二次加工装置的高温部位。在常减压蒸馏一次加工装置的“三顶”低温部位，包括挥发线等轻油部位的冷凝冷却系统，主要腐蚀环境为：H2S-HCl-H2O。在催化裂化等二次加工装置冷凝冷却系统中，主要腐蚀环境为H2S-HCN-NH3-H2O。

21、,6.风险分析与风险评价,在加热炉转油线、塔器等高温部位，腐蚀环境为高温干H2S。在在加氢裂化和加氢精制等精加工系统的高温部位，腐蚀环境为H2-H2S。在加热炉对流室、余热回收系统以及废热锅炉等设备的低温部位，主要是烟气露点腐蚀，其腐蚀环境为CO2-O2-SO2-SO3-H2O。,6.风险分析与风险评价,在后续加工装置中的合金设备，往往发生停车检修期间引起的连多硫酸腐蚀，其腐蚀环境为FeS-O2-H2O-H2SxO6。在气体脱硫和污水处理系统中，腐蚀环境为RNH2（乙醇胺）-H2S-CO2-H2O。在油品储罐的底部、顶部，润滑油溶剂回收系统部位，以及其它二次加工装置的分馏塔塔顶冷凝系统中，往往

22、发生湿硫化氢腐蚀，其腐蚀环境为H2S-H2O。,6.风险分析与风险评价,又如燃煤锅炉，省煤器管、水冷壁管、过热器管和再热器管，统称为“锅炉四管”，其运行过程中的失效机理各不相同，在风险分析过程中一定要掌握应用。一般而言，省煤器管主要是氧腐蚀，包括运行过程中的氧腐蚀和停用过程中的氧腐蚀。当给水含氧量超标不严重时，省煤器的低温段氧腐蚀重于高温段；在同一段中，省煤器的进口部位氧腐蚀重于出口部位。,6.风险分析与风险评价,水冷壁管的风险主要来自于结垢和垢下腐蚀。通常是局部热负荷越高，越容易结垢。就一根水冷壁管而言，位于燃烧器标高处结垢比距燃烧器较远处为重；向火侧比背火侧结垢重。水冷壁管的冷灰斗部位是结

23、垢风险较高的部位。对于过热器管，早期表现为高温氧化、使用后期则以蠕变为主，表现为珠光体球化、碳化物析出以及形成蠕变空洞。因此，过热器管的超温爆破造成的故障停炉概率比水冷壁管的大。而对于再热器管，由于其操作参数的原因，其运行风险率低于过热器管。,不同的检测方法对各种损伤形式具有不同的检测有效性，API581将检测有效性分为5种不同的等级，高度有效通常有效一般有效效果差无效,6.风险分析与风险评价,6.风险分析与风险评价,表2 检验有效性的分类,6.风险分析与风险评价,表3示出了不同检测手段对各种损伤形式的具有不同的检测有效性。,6.风险分析与风险评价,6.风险分析与风险评价,RBI检验比例,6.

24、风险分析与风险评价,6.风险分析与风险评价,6.风险分析与风险评价,6.风险分析与风险评价,6.风险分析与风险评价,6.风险分析与风险评价,6.风险分析与风险评价,6.风险分析与风险评价,6.风险分析与风险评价,API750,API510,API570,API653,评估损坏的危险性和残余寿命,新文件,供研究参考文件,API-BRD RP 581RISK BASEDINSPECTION,可使用文件,MPCPITNESS FORSERVICE,RBI与FFS文件,FFSRP579,RBI580,目前,API文件之间的关系,6.风险分析与风险评价,API 风险管理文件,API 581基于风险的检测

25、-基础文件API 750石油炼制厂典型风险管理计划导则API 510压力容器检测规范API 570压力管道检测规范API 653储罐检测规范API FFS RP 579推荐用于合乎使用的实施方法 研究和参考文件API 572 压力容器检测API 574 管线系统元件特殊检测API 575 常压和压力储罐检测,6.风险分析与风险评价,API 581内容,基础资料”的主要目录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.,6.风险分析与风险评价,API 581内容,附录的主要内容:附

26、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),6.风险分析与风险评价,API 581内容,附录H 应力腐蚀裂纹模式(其中包括以下应力腐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

27、)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,6.风险分析与风险评价,定性RBI分析,风险的含义：Risk Frequency Consequence(可能性)(后果),可能性分析设备系数破坏系数检验系数条件系数工艺系数机械设计系数,后果分析化学系数量值系数状态系数自燃系数压力系数保护系数,6.风险分析与风险评价,定性RBI分析(1/4),a、材料是否做冲击试验；b、氢工况中材料运行时在Nelson曲线位置；c、是否按规范设计和维护；d、压力波动情况；e、温度波动情况；f、腐蚀条件与材料适应度。,设备系数,机械设计系数,工艺系数,破坏系数,检验系数,条件系数,根据设备数量定

28、值,a、腐蚀；b、脆性失效低温脆断、回火脆化，制造时材料是否做过冲击试验；c、热裂纹、疲劳机理；d、高温氢侵蚀；e、奥氏体不锈钢腐蚀裂纹；f、局部腐蚀；g、均匀腐蚀；h、高温蠕变；i、材料性能退化，相形成、渗碳、球化。,使用的检验方法（包括超声波测厚），监控方法有效性，有无正式检验程序。,a、装置涂漆、保温实际实施情况与 工业标准要求对比；b、设计和制造质量与标准要求对比；c、装置制造质量、质量控制、维护程序与 标准要求对比。,a、计划和非计划停车每年中断数；b、工艺稳定否？是否存在可能造成失控反应或其它不安全条件；c、堵塞或流体结垢情况；d、泄压装置和传感元件状况；e、清洁运行工况。,可能性

29、,6.风险分析与风险评价,定性RBI分析(2/4),后果影响等级,化学系数,信任系数,压力系数,量值系数,状态系数,自燃系数,使用NFPA可燃危害评级（NFPA flammability Index:National Fire Protection Agency Flammability Index）。,被泄放的物质种类，最大量，流体在标准状况下沸点，分子量。,流体自燃温度。,流体相（气相或液相），工况压力；,物质泄放到大气中时将闪蒸成蒸气的容易度的一种度量,a、泄漏可探测程度；b、有无惰性气体系统备用；c、消防水系统是否能在爆炸情况下保持完整；d、隔离区域能力（相关仪表在隔离区能否免受火灾和

30、爆炸破坏）；e、防爆墙能否耐最高压力；f、危险时刻排放能力；g、结构和电缆上是否敷放耐火材料h、消防水和泡沫系统完善否（包括消防水的监控系统）。,6.风险分析与风险评价,定性RBI分析(3/4),健康影响等级,毒性量值系数,人口系数,保护系数,扩散系数,被泄放的毒物及其量。,毒物扩散系数，沸点，分子量。,毒物探测器是否安装，功能如何？毒物探测器与隔离装置联锁功能；有无减缓系统（如水帘）。,泄放点400米范围内平均人数。,6.风险分析与风险评价,失效可能性系数 设备系数损坏系数 检验系数 条件系数 工艺系数 机械设计系数 损坏影响系数 化学系数量值系数状态系数 自燃系数 压力系数 保护系数,失效

31、等級,后果等級,定性RBI分析-等級區分,6.风险分析与风险评价,定性RBI分析(4/4),危害风险矩陣,Increase Risk,A,B,C,D,E,1,2,3,4,5,可能性等级,后果等级,6.风险分析与风险评价,定量RBI分析步骤1/6,定量分析流程,6.风险分析与风险评价,定量RBI分析2/6,定量分析-失效频率的計计算,6.风险分析与风险评价,定量RBI分析3/6,平均失效频率的资料来源OREDA-92 Offshore Reliability DataENI Reliability Data book,Component Reliability HandbookAPI 581 T

32、able 8.1,6.风险分析与风险评价,同类失效的頻率,设备修正系数,管理系統评估系数,X,X,技術子因素,損害比率,检验有效性,通用子因素,工厂状况,寒冷天气,震动监视,地震活动,机械子因素,设备复杂性,建造规范,寿命周期,安全系数,工艺子因素,连续性,穩定性泄压阀,10,1,100,100,50,现场特定修正系数,破孔大小,1/4“1”4“破裂,泵,过滤器,储罐,管线,设备型式,失效频率修正系数,6.风险分析与风险评价,定量RBI分析5/6,失效頻率的管理修正因子,6.风险分析与风险评价,6.风险分析与风险评价,表5 定量分析的失效可能性等级划分,定量分析6/6 后果流程,6.风险分析与

33、风险评价,6.风险分析与风险评价,表8 定量风险分析的失效后果等级划分,6.风险分析与风险评价,失效可能性,失效后果,5,4,3,A,2,1,B,C,D,E,低,中,中高,高,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,风险控制和风险管理是风险工程的核心内容，是装置长周期运行的技术保障。风险控制是指为了降低失效概率，减少损失所采取的各种措施，包括风险规避、损失预防、风险隔离和技术储备等。风险控制的手段包括改变危险源的性质，减少暴露，降低意外事故发生的可能性，发挥对危险防范措施的功效等。在化工装置的风险管理过程中常常灵活应用各类检验、监控方法来控制风险、减少损失。,7.风险控制、风险管理与装置长周期

34、运行,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,风险控制风险管理的工具 风险控制是指为了降低失效概率，减少损失所采取的各种措施。改变危险源的性质，减少暴露，降低意外事故发生的可能性，发挥对危险防范措施的功效等都是控制风险的手段。风险控制理论 风险控制理论主要是探讨失效发生的原因，从而提出控制风险的各项措施，进而为管理风险提供依据。,骨牌理论（The Domino Theory）事故的发生，依据其因果关系由5张骨牌构成。以生产装置为例：图 骨牌理论,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,第一张骨牌：装置设计、制造时遗留的 先天不足第二张骨牌：人员维护管理不

35、善；第三张骨牌：运行中产生缺陷以及误操作；第四张骨牌：意外失效或人们未辨识的危险第五张骨牌：失效发生造成灾害。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,骨牌理论强调3点：一是失效发生，先天不足往往是起源；二是移走前四张骨牌中任意一张，都可能防止最终灾害的发生；三是移走第三张骨牌往往是控制风险的最佳方法。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,能量释放理论（Energy Release Theory）能量释放理论主张失效事件发生的基本原因是能量失去控制。该理论主张控制风险的措施主要有5项：（1）能量的产生或形成应加以控制；（2）控制造成伤害性能量的释放；（3）在能量和实物间设置障碍；（4）建造

36、可降低能量伤害的环境；（5）采取防范措施降低能量释放伤害的后果,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,TOR系统理论 这个理论的全名是操作检查技术系统（Technique of Operations Review System,TOR）。这个理论主张组织管理的失误是导致失效发生的原因。误操作和危险工况的出现是组织管理系统存在缺陷的征兆；对可能产生严重损害的事件，应彻底辨认并严加控制；风险管理应设定目标，并凭借计划、组织、领导和控制来达到目标；对风险管理人员应进行专门训练，并赋予责任 风险管理应做到规范化。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,系统安全理论（System Safety Ap

37、proach）这个理论提出控制风险的措施有下列4项：对潜在危险因素应作为重点加以辨识；制订风险管理相关的规范、条款和标准；设立风险评价体系信息网络；建立风险检验、监视、监控系统。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,综上所述，4种风险控制理论，对于失效原因，失效机理和应采取控制对策各有不同。但概括言之，控制风险要对危险源辨识清楚，避免运行中造成损伤和误操作（骨牌理论），控制能量释放（能理释放理论），强化管理（TOR系统理论），设立风险评价体系信息网络，加强风险监控和基于风险的检验（系统安全理论）。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,风险控制措施风险规避 设计阶段，生产工艺过程参数的选

38、择，应考虑尽可能规避高风险的流程和规避采用高风险工艺生产系统与装置。对于高温、高压、易燃、易爆、毒物介质的生产系统或其它工况严苛的生产系统，在设计阶段必须进行风险预评价并有规避风险的技术措施。在生产运行阶段，报据对潜在危险的预测，及时采取检验、维修与控制，改变工艺条件，规避失效条件的发生。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,损失预防损失预防以降低失效事件发生的频率和损失幅度为主，损失预防并不强调将风险降低至零，故有别于风险规避。在风险控制理论中，骨牌理论主张采取改变人们操作，管理的方法控制损失；能量释放理论则主张用物理方法控制损失。这都是损失预防的措施。控制损失又可以依据失效控制措施实施

39、的时间分为失效发生前的控制，失效发生时及时控制和失效后的控制。控制方法一般都依据生产工艺特点进行策划。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,风险隔离 风险隔离包括两个含义：分离与储备。分离是将危险源分隔和将暴露体分开，使风险分散，并降低暴露的机会。这样不仅可以降低风险级别，而且可以减少失效发生造成的损失。储备就是备用措施，包括备用装置和技术措施的储备。分离和储备并不能避免失效事件的发生，但可以减少失效发生的频率和损失的幅度。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,技术储备 风险控制措施必须进行技术储备，新技术开发、拥有先进的检验、监控装备和相关计算机软件以及高素质技术管理人才与先进的管理

40、机制。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,风险大,风险小,中等,中等,核电站,后果严重性,概率,0.5,0,火电厂,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,危险事件发生的概率：非常高、高、一般、低、非常 概率值为：0.9,0.7,0.5,0.3,0.1后果严重度：很严重、严重、一般、不严重、很不严重，概率值为：0.8,0.4,0.2,0.1,0.05 危险发生的概率 后果严重度 风险度核电站 低（0.3）很严重（0.9）中等火电站 非常高（0.9）不严重（0.1）中等核电站与火电站同属中等风险度，但性质不同，风险控制与管理的策略差别很大。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,案例1

41、四川化工总厂21.5 m液氨球罐应力腐蚀开裂诊断和风险控制球罐直径21.5m，容积5200m3，贮存液氨。设计压力为0.49MPa，操作压力为0.392MPa，操作温度为3.4。由日本东洋工程公司制造，球壳板材料为JISSPV36钢。1978年投入运行，从1980年至1985年历经5次开罐检查，连年发现裂纹，而且日趋严重。第5次开罐检查（1985）裂纹总数达190条，总长为24.441m，被判为“监控使用”，厂方上报主管部门批准将该球罐报废拟重新购置一台新罐,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,经下述方法研究：失效树分析（FTA）；对人工制造裂纹试件模拟试验；液氨中应力腐蚀机理；焊接部位残

42、余应力分布；有限元应力分析等。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,实施了球罐内表面金属喷涂牺牲阳极的阴极保护处理，抑制了裂纹的萌生，从1987年起历次开罐检查，裂纹均为零，延长了使用寿命，直至今日仍在运行中。历次开罐检查缺陷数量记录示如表9。用模糊极值函数非精确推理方法按照控制最大裂纹风险的策略确定了最佳检修周期，至今仍按此周期执行。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,案例2 燕山石化公司超高压换热器的风险预测年产18万吨釜式低密度聚乙烯成套装置，采用750升大型釜式反应器双釜串联工艺。在该装置中共有48台超高压套管式换热器。内管为超高压管，

43、外管为低压管。内管材料为ANSI 4340。管内介质：乙烯+聚乙烯，压力为270MPa，温度为200。套管环隙在正常工况下压力为0.45MPa、30冷却水。,在冷却过程中，超高压管内壁会逐渐形成一薄层聚乙烯固体，影响传热效果，也影响聚合反应釜的转化率。因此，需通入蒸汽（240）进行再生，加速内壁上粘附聚合物的溶化，40分钟后转入正常生产，再用水进行冷却。对该48台超高压套管换热器进行了随机抽查。结果发现，在超高压管外壁存在不同程度缺陷（腐蚀坑及裂纹），构成了对安全生产的严重威胁，成为企业的最大隐患。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,厂方采取的对策是：一方面对这批超高压换热器进行降压监控

44、使用；另一方面积极做好准备进行制造新设备，拟全部更换。但是，降压操作由于改变了工艺条件，生产不出市场需要的合格产品，产值下降，蒙受重大经济损失；更换设备，由于新设备制造需一定周期，难以解决燃眉之急。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,刻不容缓亟待回答：对这批含裂纹超高压换热器能否将操作压力恢复至正常操作压力，其安全性如何？在压力恢复到正常操作压力下，含如此多裂纹的超高压换热器剩余寿命还有多久？能否渡过制造新设备的制造周期？,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,试验研究方案包括：超高压换热管的应力分析和残余应力测定；套管环隙冷却水、超高压管外壁水

45、垢和腐蚀产物的成分分析；热急冷状况下裂纹启裂试验；冷却水介质下腐蚀疲劳裂纹扩展试验；含裂纹超高压管试件失效分析（断口分析，金相分析等）；在以上各项试验研究基础上，对该超高压换热器进行风险预测和寿命估算。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,研究结果：超高压换热器操作压力可以恢复到正常操作压力，强度合格；在正常操作压力下，含裂纹的超高压换热器剩余寿命尚有34.7年，可作为新设备制造的储备时间；失效模式符合“先漏后破”准则，可用检查水中乙烯含量的办法确定是否泄漏，从而加强监控。厂方将该换热器恢复正常压力后，生产一直稳定；同时，按照估算的剩余寿命时间，抓紧制造并安装新设备，历时2.5年全部新设备

46、更换完毕，确保了安全生产。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,案例3：法国型年产30万吨合成氨厂，一段转化炉采用立式炉管悬挂支撑结构，炉管在三维方向均有热膨胀，每根炉管的下部配置挠性构件下猪尾管用于热补偿。下猪尾管材料为Incoloy 800H，管外直径，管内直径，内压为3.8MPa，温度为818。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,拥有这台装置的工厂，年度大修时，将已经服役8万小时的立式炉管（材料为HK40）290根全部更换为美国威斯康星离心铸造公司制造的HPNb炉管，分集气管、材料为Incoloy 800H也全部进行了更换。为了节约外汇，意图将下猪尾管保留，继续使用。但是该管的

47、材料组织发生了严重的碳化物析出，晶界氧化，可焊性极差，焊接时出现裂纹。,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,根据恢复性热处理原理，厂方对这批下猪尾管实施固溶处理，条件是：加热1170，保温1.5小时，空气冷却。研究主旨：对下猪尾管Incoloy 800H由于组织变化，性能劣化进行分析；恢复性热处理对组织状态改善程度如何；下猪尾管实施恢复性热处理后，寿命如何？,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,研究内容：应力分析；Incoloy 800H组织变化、性能劣化分析；材料性能试验化学成分分析；常温力学性能试验；高温力学性能试验；金相组织分析和X射线能谱分析；高温持久强度试验。寿命预测,RBI

48、定性分析结果,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,RBI风险矩阵,失效后果,失效可能性,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,风险矩阵（目前2002）,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,风险矩阵（未来2010无检验）,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,风险矩阵（未来2010 检验后）,7.风险控制、风险管理与装置长周期运行,8.国内引进软件介绍,8.国内引进软件介绍,随着风险分析技术的发展，国际上推出了几款基于风险检验的商用软件，DNV公司的ORBIT-Onshore软件法国BV公司的RB.eye软件英国Tischuk公司的T-OCA 软件英国焊接学会TWI的RiskWise

49、软件等,8.国内引进软件介绍,表10 国内引进的RBI软件,8.国内引进软件介绍,天津石化公司化工厂大芳烃预加氢装置的40台设备和270条管线采用ORBIT软件开展了RBI分析，应用该软件计算的高风险设备3台，高风险管线4条。据此制订了相应的检验计划。2002年10月法国BV公司在上海举办了RBI研讨会，介绍了RB.eye软件。并于2003年3月开始在茂名石化进行了应用，2003年12月完成了加氢裂化装置和乙烯装置的风险评估报告。2003年8月英国Tischuk公司在青岛召开了RBI技术交流会，英国专家介绍了T-OCA软件，目前该软件正在齐鲁石化炼油厂试用。,9.结束语,9.结束语,“风险管理”是控制风险、减少损失所采用的各类检验、监控方法与过程的统称。生产过程风险控制与管理机制的建立，实施装置的长周期运行不仅给企业带来重要经济效益和社会效益，而且可以减少事故引发的灾害，起到保护环境，保障可持续发展战略实施的作用，其重要意义，将日益显现。,谢 谢,