风险评估(RBI)（精选7篇）
风险评估(RBI) 篇1
在本次评估过程中使用挪威船级社开发的ORBIT ONSHORE软件,与其它风险评估软件相比,ORBIT ONSHORE的最大优势在于其可将风险结果完全量化,结果简单明了,利于管理者迅速根据需要做出决策。
1.2 装置的评估范围和失效机理
本次该装置评估共计包含压力容器139台、1台余热锅炉(2008年7月份改造)、466条压力管道、非压力管道42条、安全阀122只,容器共划分257个评价单元,管道共划分525个评价单元,装置共划分为904个评价单元。这些设备和单元基本涵盖了该装置可能出现的损伤类型。
经过分析三催化装置中主要的潜在失效机理有:内部腐蚀减薄(包括均匀腐蚀减薄和局部腐蚀减薄)、应力腐蚀开裂、外部腐蚀、衬里失效等四大类。具体情况见表1[3]。
1.3 风险评估结果
经过风险评估软件的计算后得该催化装置总风险矩阵图见图2,总风险分布图见图3。从图2中可以看出,到2008年8月20日,三催化装置中没有总风险为高风险的单元;总风险为中高风险的单元共有57个,总风险为中风险的单元共有405个,低风险评价单元为320个,中、低风险评价单元数占总数的87.85%。从图3中可以分析得到,在评价时间点2008年8月20日,管道的累计总风险将近36 000 000 RMB/年,而换热类容器累计总风险约为7 000 000 RMB/年,塔器的累计总风险最小。平均风险从高到低顺序依次是管道、换热类容器、罐、塔器。可见,无论是平均风险还是累计总风险,塔器的风险均相对较低,主要是因为塔器的评价单元数量较少,且其失效可能性较低。其中装置总风险值前三十的单元情况如表2[4]。
1.4 检验方案的制定
RBI通过对每台设备和管道不同的设计、工艺、操作参数及潜在损伤机理的具体分析,给出了每台静设备和每条管道的检验方案,主要是确定要检查哪种损伤机理,确定损伤的位置,确定发现损伤的最佳技术,进而从风险级别和经济性平衡角度确定装置的检验计划和检验周期。检验方案制定的基本原则如下:(1)检验范围的筛选:根据评估结果,中风险、中高风险和高风险的单元一般都须纳入检验计划,尤其是中高风险和高风险单元,对于失效后果较高的关键设备须按失效可能性提高一个等级来处理。(2)检验方法的确定:不同的检验方法对不同的损伤机理其检验有效性是不同的,表3给出了一些常用检验方法针对不同损伤机理的检验有效性。
2 催化装置评估再验证
RBI的根本目的是为了科学地指导检验。2010年7月该催化装置大检修期间共有30台设备(其中5台设备未列入RBI分析范围)、323条管道实施定期检验,本次设备和管道的检验方案,是按照《压力容器定期检验规则》制定的常规检验方案,同时根据风险评估结果,对方案内容进行了调整。表4根据本次全面检验结果,对RBI评估结果进行对比验证[5]。
3 结论
(1) 评估结果表明,该催化装置中,8%的设备与管道就占据了装置近90%的总风险。这就说明了如注重于该8%的设备和管道,就能有效地控制工厂90%的总风险,因此可以极大的优化资源和最大的降低风险。
(2) 通过RBI评估及检验结果表明设备和管道的总体损伤情况并不严重,设备的腐蚀减薄均在可接受范围内,个别管道因内部腐蚀、冲刷造成局部减薄需更换管件或管段,这些管道RBI预测腐蚀速率不够保守,与实际值存在偏差,在以后的评估分析中应充分考虑弯头等部位介质的冲刷作用,并确立按腐蚀区域确定应检管道的原则,防止出现遗漏。
(3) 本次检验所发现设备和管道存在的裂纹类缺陷经过返修以后满足均使用要求。从腐蚀速率和腐蚀程度看,RBI评估结果与实际检测结果基本吻合;从应力腐蚀开裂看,RBI评估结果偏于保守,主要原因一是认为在部分腐蚀回路中腐蚀性组分含量取历次分析报告的较高值,比实际介质的杂质情况要苛刻,二是材料的硬度值以及硫含量在没有实测数据(材质证明书)情况下,偏保守的取相关材料标准中规定的上限值[6]。
(4) 催化装置的前期评估预测及后期的检验验证结果证明:建立在实际数据和专家经验基础之上的RBI技术是能够保障安全的一种科学方法,适用于大型成套装置风险管理,其评估结果具有较高可靠性;对于出现的一些偏差,应根据具体情况分析处理,找出原因和改进措施。
参考文献
[1]阎国超.炼油化工工艺及设备概论.北京:石油大学出版社,1998
[2] API-2000基于风险的检验.程传庆主译.美国石油学会,2004
[3]薛洲.催化裂化关键设备失效模式分析及长周期安全运行研究.西安:西安交通大学,2003
[4]刘文.燕山石化RBI分析报告.北京:中国特种设备检测研究院,2008
[5]刘文.燕山石化RBI验证报告.北京:中国特种设备检测研究院,2010
[6]李代兵,谢国山,李志锋.催化裂化装置风险分析.石油化工设备,2010;(39):15—16
风险评估(RBI) 篇2
早在上世纪90年代, 欧美工业发达国家已开始对RBI技术进行研究。美国石油协会 (API) 率先于1993年5月开展由二十余家全球知名石化企业赞助的大型过程成套装置基于风险的检验[1,2], 并于1996年公布RBI基本资源文件API BRD 581的草案, 于2000年和2002年分别颁布APl 581[3]和APl 580[4]两个国际标准文件。为了与国际接轨, 满足装置长周期运行的需要, 我国于上世纪末也引进了RBI技术应用。2006年, 国质检特198号文“关于开展基于风险的检验 (RBI) 技术试点应用工作的通知”的颁布, 为我国RBI技术应用提供了坚实的政策保障[5]。目前, RBI技术在国内外已得到广泛的应用[6,7,8,9], 被证明是提高装置安全可靠性和优化检验资源的先进管理技术。
本文介绍定量RBI技术在某石化公司天然气装置中的应用情况, 对装置中的压力管道进行风险分析, 并根据其潜在的失效模式和风险等级制定适宜的检验策略, 以指导2013年5月大修的检验工作。
1 天然气装置简介及评估范围
该石化公司的天然气装置于2005年6月建成投用, 设计天然气能力为25×109m3/a, 设计海管入口压力为5 MPa, 天然气外输压力为2.1MPa。主要工艺流程为:来自海上平台的原料气首先进入段塞流捕集器, 进行气液分离, 凝液进入凝析油稳定装置处理;气体进行分子筛脱水、深冷分离、凝液分馏, 生产出干气、丙烷、丁烷、戊烷、稳定轻烃等产品;干气经计量后直接外输, 烃液产品进入球罐, 装车外运销售。主要工艺单元有:段塞流捕集器及凝析油稳定单元、分子筛干燥单元、深冷分离单元、分馏单元。
本次RBI技术应用采用由DNV (挪威船级社) 开发的ORBIT ONSHORE定量分析软件, 它是目前国际上应用较为成熟的RBI专业软件之一, 能将风险后果以财产损失 (具体金额) 或破坏面积的形式表示。评估对象为该天然气装置中所有在用的压力管道, 共552条。
2 RBI技术应用
2.1 腐蚀回路的划分
一般而言, 对于不同的设备, 如果材料、操作温度和介质均相同, 那么它们的失效机理是相同的。腐蚀回路划分的基本原则就是将失效机理相同且彼此相连的容器和管道划定为一个腐蚀回路。本次RBI技术应用共划分5条腐蚀回路。
2.2 损伤机理分析[10]
通过对该天然气装置工艺 (介质成分、污水分析报告等) 与腐蚀情况的调查, 并参考类似装置的失效分析案例后, 最终确定该天然气装置中潜在的主要失效机理有:内部腐蚀减薄 (包括均匀腐蚀减薄和局部腐蚀减薄) 、机械疲劳和外部腐蚀三大类。
2.2.1 内部腐蚀减薄
1) CO2腐蚀
金属在潮湿的CO2环境 (碳酸) 中遭受的腐蚀, 可用下式表示:H2O+CO2+Fe→Fe CO3+H2。CO2腐蚀多发生于气液相界面和液相系统以及可能产生冷凝液的气相系统冷凝液部位, 形成蚀坑或蚀孔。但在介质流动冲刷或冲击作用的部位可能形成腐蚀沟槽, 典型腐蚀部位为焊缝根部。对于该天然气装置, 由于来自海上平台的原料气中含有CO2, 因此段塞流捕集器及凝析油稳定系统、露点分离器系统均需考虑CO2腐蚀。
2) 微生物腐蚀
微生物腐蚀是由活性有机物 (如细菌、藻类或真菌等) 造成的一种腐蚀形式, 为局部垢下腐蚀或微生物簇团处腐蚀。碳钢的微生物腐蚀通常为杯状点蚀, 不锈钢的微生物腐蚀通常为表面蚀坑。对于该天然气装置, 污水及部分污油管线需考虑微生物腐蚀。
针对内部腐蚀减薄有效的检测手段为宏观检查结合壁厚测定, 或者外表面大范围超声波直探头扫查。
2.2.2 机械疲劳
设备长时间处于循环工况会引起材料劣化, 产生疲劳裂纹, 其失效的特征是有“蛤壳”指纹式的同心圆环状的疲劳纹, 产生于疲劳裂纹萌生的位置, 且由于表面应力集中或缺陷产生的裂纹通常会导致单一的“蛤壳”指纹。在没有明显应力集中的循环应力情况下, 通常会导致多点疲劳失效, 而且出现多个“蛤壳”指纹。对于该天然气装置, 经常处于循环交替工况的分子筛干燥塔及其附近管线需考虑机械疲劳。
针对机械疲劳有效的检测手段为对应力集中部位进行内外表面的宏观检查、磁粉检测或渗透检测。
2.2.3 外部腐蚀
外部腐蚀是一种因与大气条件相关的湿气而发生的腐蚀形式, 包括大气腐蚀和层下腐蚀 (CUI) 两大类。该天然气处理厂地处沿海地区, 气候潮湿, 管道容易发生CUI。CUI通常是由保温层与金属表面间的空隙内容易集聚水而产生的, 多发生在-12~120℃温度范围内, 尤以50~93℃区间最严重。对于碳钢和低合金钢, CUI表现为局部腐蚀, 造成小面积内壁厚减薄;对于不锈钢, CUI表现为应力腐蚀开裂。
针对外部腐蚀的检验重点是管廊下方易积液处、保温层穿透部位或可见的保温层破损部位, 以及管件的保温层端口等敏感部位, 检验方法为:1) 对于碳钢和低合金钢, 拆除保温进行宏观检查和壁厚测量。2) 对于奥氏体不锈钢, 拆除保温进行宏观检查和渗透检测。
2.3 RBI风险分析结果
以2013年5月为风险评估时间点, 将采集数据输入到ORBIT ONSHORE软件, 对该天然气装置管道系统进行定量风险分析计算, 该装置压力管道的风险矩阵示意见图1, 风险分布情况如表1所列。由表1可以看出:截至2013年5月, 该天然气装置中没有高风险的管道单元;中高风险的管道单元为50个, 占9.06%;中风险的管道单元为309个, 占55.98%;低风险的管道单元为193个, 占34.96%。
图2为该天然气装置管道系统的Pareto关系 (总风险百分率-压力管道百分率) 曲线。从图2可以看出, 管道系统中大部分的风险由较少的管道单元承担, 约10%的压力管道占据了整个管道系统94%的总风险。也就是说, 在运行过程中, 如果注重该10%的管道, 就能有效地控制整个管道系统94%的风险。因此, 通过RBI技术应用, 可以极大地优化资源和降低系统的运行风险。表2所列为管道系统中风险居前的5条管道单元, 这些管道的失效可能性均较高 (4级) , 在日常维护和监控过程中应给予重点关注, 实施有针对性的防腐、检验或监测手段, 即可防患于未然, 如利用挂片失重对腐蚀速率大的设备进行腐蚀监测, 必要时进行材质升级。
3 检验策略的探讨
与其它炼油化工装置相比, 天然气装置突出特点之一就是检验工期短。RBI技术应用的最终目的是指导和优化检验, 即在满足国家技术法规要求的前提下, 根据设备的风险状况来制定更有针对性的检验策略, 避免出现传统检验“过度检验”和“检验不足或无效”的现象。针对该天然气装置RBI技术应用的具体情况, 检验策略的制定可遵循以下几方面的原则:
1) 对于有保温的管道, 优先选择拆除保温进行检验。
2) 基于风险的检验策略并不要求所有压力管道的检验有效性都要达到高度有效, 应根据实际情况合理选择检验有效性, 将检验的重点集中在风险较高的管道上, 可适当降低低风险管道的检验比例。
3) 参考API检验有效性制定检验策略, 并结合我国具体国情和法规的要求, 对其进行相应调整。
4) 部分检验工作前移:将风险等级为中风险或低风险、RBI检验策略为外部宏观检查和壁厚测定的管道 (约占92%) 的检验工作提前至停车前进行, 在停车期间, 将有限的检验资源集中在中高风险的管道上, 缩短大修时间, 满足企业的需要。
4 结论与建议
1) 通过RBI技术的应用, 确定了天然气装置中各压力管道的失效可能性、失效后果和风险等级, 装置中约10%的设备单元占据了整套装置94%的风险。
2) 天然气装置中潜在的失效模式主要有内部腐蚀减薄、机械疲劳和外部腐蚀损伤, 损伤机理主要有CO2腐蚀、微生物腐蚀、机械疲劳和层下腐蚀 (CUI) , 这为制定有效的检验策略提供了科学依据, 可帮助企业做到“对症下药”, 并将检验的重点放在风险等级较高的管道上。
3) 通过RBI技术的应用, 可将部分检验工作提前至停车前, 在有限的停车时间里可按时、按质、按量完成大修计划, 满足企业的需要, 为国内同类型装置长周期安全稳定运行提供参考。
摘要：对某天然气装置管道系统进行定量RBI技术应用, 确定管道的风险等级, 辨别隐患管道, 结果表明:约10%的压力管道占据了整个管道系统94%的总风险。分析装置中主要潜在的损伤机理, 并在此基础上制定适宜的检验策略, 合理分配有限的检验资源, 降低装置的运行风险, 既满足企业的需要, 又可以为国内类似装置的安全稳定长周期运行提供参考。
关键词：RBI,天然气装置,压力管道,定量风险检验,腐蚀
参考文献
[1]T.L.WilIke, U.S.Risk management can reduce regulation, Enhance Safety[J].Oil&Gas Journal, 1997, 95 (24) :37-46.[2]J.T.Reynolds.The Application of risk-based inspection methodology in the petroleum and petrochemical industry[J].ASME PVP, 1996, 336:125-134.[3]American Petroletma Institute.API 581 Riskbased inspection base resource document[S].Washington:American Petroleum Institute, 2000:1-9.
[4]American Petrolemn Institute.API 580 Riskbased inspection[S].Washington:American Petroleum Institute, 2002:1-3.
[5]杨振林.RBI技术在特种设备检验中的应用[J].中国质量技术监督, 2007, (12) :48-49.
[6]柏明清.RBI技术在焦化装置的应用问题探讨[J].压力容器, 2010, 27 (5) :60-63.
[7]王伟华, 矫永涛.RBI在炼油公用管道系统中的应用[J].化工装备技术, 2011, 32 (6) :56-58.
[8]岑兆海, 郑鹤.RBI在天然气净化装置中的应用[J].石油与天然气化工, 2009, 38 (3) :222-226.
[9]郭华强.风险评估 (RBI) 在加氢装置的应用[J].石油化工设备技术, 2007, 28 (6) :10-13.
风险评估(RBI) 篇3
1 基于风险的检验
基于风险的检验 (RBI) 是一个识别、评估和影射工业风险的流程, 这些风险会在压力设备和结构化元素方面危及设备的完整性。RBI用于解决那些可以通过正确检查和分析控制的风险, 在RBI过程中, 工程师可以设计出与衰退预测或观察机制最有效匹配的检查战略 (什么、何时、如何检验) 。
2 特种设备应用RBI的核心原则
2.1 特种设备
特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施和场内专用机动车辆。其中锅炉、压力容器、压力管道为承压类特种设备;电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施为机电类特种设备。
2.2 RBI应用原则
2.2.1 安全原则
随着工业生产规模不断扩大, 设备特种设备共同参与能量转换作业, 同时也承载着诸多风险隐患。基于安全生产制度下, 对设备RBI工作更加重视, 从安全角度实施设备检验与管理措施, 符合工业生产标准化发展趋势。结合设备特种设备安全事故隐患, 及时提出特种设备自动化检验系统的实际应用方法。引入安全化控制技术也是必然要求, 体现了先进技术在工业自动化中的利用价值。
2.2.2 检验原则
RBI是设备特种设备安全检验的平台, 通过专业检定可掌握设备运行状态, 及时提出切实可行的改造处理方式。特种设备是工业规模化生产设备之一, 为各类能量转换创造了作业空间。特种设备是设备不可缺少的装置, 承载着各种因素形成的外在压力。由于设备生产形势的复杂性, 往往由于多种因素造成危害性事故, 定期对特种设备展开安全检验, 可保证设备设备安全, 及现实生产活动的安全进行。
2.2.3 调度原则
基于自动化调度理念指导下, RBI工作显得格外重要, 只有按照标准展开检验活动, 才能避免特种设备受损引起的故障风险。特种设备是现代工业生产控制的主要装置, 可作机电设备调度与控制的核心部分, 为自动化生产与调度创造了优质平台。工业控制系统采用特种设备, 体现了自动化调度平台的应用优势, 成为新时期工业系统操控的有效方, 要重点考虑设备运行与特种设备的协调性。
3 基于RBI方法的设备管理对策
3.1 风险预测
RBI是以风险分析为基础, 通过对系统中固有的或潜在的危险及其后果进行定性或定量的分析、评估, 发现主要问题和薄弱环节, 使检验和管理行为更加经济、安全、有效。“风险预测”在设备系统中担负着设备管控作用, 按照地区工业实际检验要求进行传输操作。从安全角度考虑, 在线检验期间也需做好安全防护与管理措施, 积极创造更为稳定有序的带电工作环境, 确保人员、设备、环境的安全性。
3.2 技术保障
鉴于各类设备在设备系统中的重要地位, 对其设置信息化检修系统是不可缺少的, 可借助信息技术安装检验保护系统。与此同时, 必须重视在线检验期间的安全隐患, 提前做好必要的安全防护与管理措施。从安全防护及安全管理提出可行性对策, 倡导信息技术在作业过程中的合理化应用。通过RBI技术的实施, 可以有效地节约检验、检修成本, 降低设备运行风险, 为生产装置长周期安全运行提供可靠的技术保障。
3.3 安全控制
基于设备安全改造与发展趋势下, 设备检验内容具有多变性特点, 可按照特种设备工作布局进行多点式调配, 满足了设备系统安全改造与控制需求。RBI技术的核心是将安全系统工程和风险管理理念引入到设备检验之中, 其检验行为是基于风险之上的。因此, RBI技术是全面考虑安全性、经济性及潜在失效风险的优化检验策略, 同时也是科学的决策支持工具和安全管理手段。
3.4 运行监控
检验人员要不断提升个人的专业知识, 对设备特种设备进行深化改造, 及时掌握可能发生的特种设备故障, 提前做好安全检验工作, 为工业生产构建安全平台。特种设备安全是安全生产整体工作的重要组成部分之一, 直接关系到广大人民群众的生命、财产安全, 关系到经济发展和社会稳定的大局, 因此, 必须认真做好特种设备安全监察工作, 确保特种设备安全运行。
3.5 综合管理
RBI技术普及化发展, 安全检验原则在设备改造中体现了多方面价值, 这也促使特种设备装备实现多功能发展。结合特种设备发展趋势, 分析特种设备安全检验标准及其实践方法, 且提出切实可行的设备检验措施, 为重工业生产提供安全设备保障。依据国务院《特种设备安全监察条例》的规定, 我国的特种设备安全监察工作实行对特种设备的设计、制造、安装、使用、维修、改造、检验等七个环节的全过程安全监察制度。
4 基于RBI特种设备智能化管理
4.1 在线检验
通过3S技术设计现代化在线检验系统, 将各个模块功能应用于具体的在线检验步骤, 以不同的算法为控制中心, 大大提升了特种设备研发与利用效率, 从而带动了特种设备在线检验的一体化发展。图像是RBI行业研究重点, 也是展现RBI技术的根本元素, 设计多种图像才能体现出RBI研发的价值。为了避免特种设备不当造成数据结果失误, 可引入虚拟模型作为前期操控处理平台。
4.2 模拟检验
特种设备在线检验研发关系着安全, 以3S技术为基础构建定向在线检验系统, 可实时掌握相关的数据信息, 降低定向在线检验操作的失误率。设计定向在线检验系统要考虑多方面内容, 以“高效率、高进度、高水平”为标准展开一系列的在线检验活动。RBI模拟化检验中对图像进行多种处理, 避免正式操作中产生错误, 提高了RBI图像的处理质量。
4.3 数字检验
以数字系统为中心, 利用数字技术设定设备控制平台, 体现了新技术用于产业规划的优势。同时, 以GIS、GPS、RS等技术平台, 能够为工业检验与规划提供指导, 实现了设备资源的一体化研发。特种设备在线检验信息化是必然趋势, 基于网络化调度平台中, 无线网形成了相对复杂的传输平台, 及时传递特种设备检验结果。
5 结论
总之, RBI是特种设备检验与管理的先进技术, 将其用于设备检验与维护具有多方面价值。从安全性、操控性、技术性、稳定性等方面进行综合管护, 提高了特种设备运行与调度的综合效率。为了进一步提高特种设备的风险防控效率, 需发挥信息技术在设备管理中的应用价值, 以3S技术为中心实施风险管理、设备检验、综合调度等操作, 构建更为安全、高效、节能的工业化生产模式。
参考文献
[1]朱成泽.天然气锅炉的安全使用问题研究[J].科技资讯, 2012 (02) .
[2]彭小兰, 陈曙光, 李丁.特种设备监检员如何规避检验责任风险[J].中国质量技术监督, 2011 (02) .
[3]威宣.DNV举办2011石油天然气风险管理高峰会议[J].中国远洋航务, 2011 (12) .
[4]许涛, 谭家翔, 王胜, 刘俊涛, 钱瑞锋.基于风险的检验在FPSO设备管理中的应用[J].石油化工设备, 2010 (03) .
风险评估(RBI) 篇4
在石油化工领域的设备管理中应用RBI技术, 可以带来巨大的经济效益。20世纪90年代初期, 中国石化装置一般是“一年一修”, 后来逐步发展到“两年一修”、“三年一修”[1]。在设备管理领域引入基于风险的检验 (RBI) 技术后, 可以使设备的运行周期更长。据国外实施RBI的经验, 在可靠的数据基础上, 根据装置的风险分布制定的检验策略, 能使停机检修日数减少10%, 使检修成本降低15%, 并加强了装置检修的安全性和检修的质量及管理[2]。为了提高兰州石化公司设备的运行效率, 研究院在兰州石化公司120万t柴油加氢装置启用了RBI技术, 取得了很好的效果。
1基于风险的检验 (RBI) 在120万t柴油加氢装置中的应用
1.1基于风险的检验 (RBI) 技术简介
1.1.1 RBI采用的软件及风险计算过程
基于风险的检验 (简称RBI) 技术是以风险评价为基础, 对设备进行风险评估, 并制定相应的检验策略的现代化设备管理技术。在对兰州石化公司120万t柴油加氢装置进行评估时, 所用的软件是法国BV公司开发的RB.eye软件。
RB.eye软件确定失效可能性与失效后果的过程用如下的流程, 如图1所示[3]。对于炼油装置的压力容器, 其失效可能性用每年的泄漏次数来量化表示, 而失效后果用失效后造成影响区域面积的最大值来确定。
1.1.2 RBI 对风险等级及排序的表示方法
我们用5×5的风险矩阵来表示风险等级, 如图2所示, 对风险进行排序。
1.2工作内容
通过分析120万t柴油加氢的工艺流程, 将静设备划分为反应部分 (100) 工段、分馏部分 (200) 工段、干气脱硫部分 (300) 工段, 见表1。
1.3风险评估结果及分析
经风险评估软件计算后, 120万t柴油加氢装置中静设备的风险等级及其分布情况见表2。
从计算结果看, 120万t柴油加氢装置的风险较高, 静设备中, 高风险和中高风险的比列达到了54%。导致这一现象的主要原因有:
1) 腐蚀严重 (减薄速率高、应力腐蚀敏感性高或高温脆化等) , 且设备无历史检验或检验效率低;设备的同类失效概率较高;设备建造壁厚较薄。
2) 介质含有较高浓度的毒性物质, 如硫化氢、氨、氟化氢或氯化物等;高燃/爆后果, 介质为轻烃, 易燃、碳氢比小、燃烧值高;高温高压, 泄漏速率大;设备容积大, 泄漏时间长, 破坏后影响面积大。
1.4失效模式与损伤机理分析
在对120万t柴油加氢装置进行风险评估时, 根据RBI结果表明, 120万t柴油加氢装置中的腐蚀物流中腐蚀性物质主要有:Cl-、H2S、H2、NH3以及其他硫化物 (RSH) 等。其中对设备危害最大的损伤形式主要是保温层下腐蚀和酸性水腐蚀, 见表3。
1.5检验策略的制定
RBI通过对每台设备和管道不同的设计、工艺、操作参数及潜在损伤机理的具体分析, 给出了每台静设备的检验计划, 主要确定检查那种损伤机理, 确定损伤的位置, 确定发现损伤的最佳技术, 进而从风险级别和经济性平衡角度确定装置的检验计划和检验周期[4]。
在确定设备的损伤位置和机理后就要选择合适的检验方法。不同的检验方法对不同的损伤机理的检验有效性是不同的。表4给出了一些常用检验方法针对不同损伤机理的检验有效性。
注:1=高度有效, 2=适度有效, 3=可能有效, ×=不常用。
2结论
基于风险的检验技术 (RBI) 是一种全新的设备管理技术, 开展RBI技术对炼油和化工设备的科学管理具有指导性意义。
1) 通过RBI技术在兰州石化120万t柴油加氢装置的应用证明, RBI技术的优势在于其系统化的分析方法和完整的管理流程。
2) 根据设备风险分析结果制定的检验策略, 其重点:一是检验设备的高风险部件, 对可能的失效状况进行明确, 这样检验的针对性比以前增强;二是通过RBI分析, 可以帮助设备管理人员对设备的风险进行全面的分析, 优化设备的管理工作, 合理分配检验资源, 降低检验费用。
摘要：利用风险检验 (RBI) 技术对兰州石化公司120万t柴油加氢装置进行了风险评估, 对每台静设备进行了风险评估和风险排序, 按着风险等级和损伤模式制定了相应的检验策略, 为设备管理提供了可靠的数据, 为装置的检修计划提供了科学依据。
关键词：基于风险的检验 (RBI) ,120万t柴油加氢,风险评估,风险排序
参考文献
[1]莫少明, 李延渊.基于风险的检测技术在炼油设备分析中的应用[J].安全、健康和环境, 2004, 17 (7) :14-16.
[2]合肥通用机械研究院压力容器检验站, 法国国际检验局 (中国) , 中石油抚顺石化分公司洗化厂[R].烷基苯装置风险评估 (RBI) 报告.
[3]黄贤滨, 李奇, 李延渊, 等.应用风险管理技术, 提高设备管理水平[D].2004年全国化工、石化装备产业化暨设备管理交流会会议论文, 2004:55-57.
风险评估(RBI) 篇5
作为特种设备之一的门座起重机, 以其良好的工作性能和通用性, 成为港口装卸作业的重要设备。由于其露天、腐蚀性的工作环境以及较高的使用频率和工作强度, 门座起重机也是作业风险大、事故发生率较高的特种设备之一。对港口门座起重机进行风险管理是一种有效的管理方法, 而对其开展风险评价, 给出精确的风险值则是风险管理的基础。
我国对起重机的风险管理是以国家和地方特种设备安全监理机构的监督检验为主, 对设备的风险评价多以设备的安全性能评估技术报告为主。在评价体系的建立时, 一般只考虑起重机设备本身因素或者体系不全面, 这都会影响评价结果的精确性[1]。
随着安全科学的发展和渗透, 目前, 国内已经有部分学者从人-机系统评价的角度提出了起重机安全评估的指标体系, 具有代表性的有:徐格宁和江凡[2]运用模糊层次分析法, 以桥架、起升机构、运行机构和人员及安全因素对通用桥式起重机的安全性进行了评价;钱尼君、李波等[3]运用LM神经网络方法对起重机设备本体的安全进行了评价工作。
本研究通过文献调查以及与起重机检验专家的交流, 提出把RBI原理和模糊层次分析法结合起来, 运用到门座起重机的风险评价中来, 在保证门座起重机安全性的基础上, 做到与经济性的统一;根据风险评价结果合理安排检验维修计划, 减少非计划停机, 保证港口门座起重机的运行和使用单位的经济效益。
1 评价模型的建立
1.1 RBI原理
基于风险评估的设备检验技术 (RBI) 是一种在追求系统安全性与经济性统一的基础上, 以风险分析为基础, 对系统中固有的或潜在的危险发生的可能性与失效后果进行科学分析, 发现主要问题和薄弱环节, 确定风险等级, 最后找出薄弱环节的现代化检验方法。
RBI最早由挪威船级社应用于海洋平台;美国为改善RBI先后发布了API581和API580两项RBI基本资源文件, 为RBI的广泛应用提供了基础;我国自本世纪初开始逐步推行和应用RBI, 同时得到国家相关部门的支持与认可。2003年3月, 合肥通用机械研究院、法国国际检验局 (BV) 与中石化茂名分公司合作, 采用BV的RB.eye软件及数据库, 首次在中国国内石化企业开展定量RBI的应用工作。2006年5月, 国家质检总局颁发《关于开展基于风险的检验 (RBI) 技术试点应用工作的通知》, 标志我国基于风险的检验 (RBI) 技术在中石化、中石油的正式试行[4]。
目前, RBI技术已在世界范围内石化行业成套装置和管道等领域取得了良好的应用效果, 但在机械行业, 尤其是港口门座起重机中的应用尚不多见。把RBI原理应用到港口门座起重机的安全评价中, 可以定量、全面地掌握起重机的风险等级和风险程度, 这既有利于起重机使用单位完善自身的安全管理, 也有利于特种设备安全监察机构根据起重机的风险程度, 有针对性地实施分类监管。
API定义的风险由两部分组成, 即失效可能性 (probability of failure, POF) 和失效后果 (consequence of failure, COF) [5]。风险的表达式为:
式中:Ri—某一事故所导致的风险, Pi—失效可能性, Ci—失效后果。
1.2 评价体系的建立
门座起重机风险评价体系是进行门座起重机风险评价的基础。该体系是否全面、客观, 体系和指标标准的确定是否准确、实际, 都会影响到整个评价结果的实用性与正确性。本研究从系统论的角度出发, 综合考虑人、机、环境与管理4个方面的因素, 建立包含起重机各生命周期的风险评价的指标体系和失效后果评价指标体系。
根据《起重机安全规程》[6]、《起重机设计规范》[7]以及《起重机械定期检验规则》[8]等相关国家和行业标准, 并结合起重机检验专家的经验, 可将起重机失效因素归纳为人的因素、机的因素、环境因素和管理因素4个二级子因素。 (1) 人的因素。涉及到起重机的司机、吊装工和指挥3个三级子因素, 可以从工作经验、从业资格和安全素质等8个四级子因素来评价; (2) 机的因素。涉及设计、制造、安装、调试、使用和维护6个三级子因素, 可以从设计单位水平、设计方法、材料选用等23个四级子因素来评价, 其中, 金属结构、司机室、吊具等8个四级子因素还可以进一步细化成金属结构使用年限、锈蚀情况、变形情况等36个五级子因素来评价; (3) 环境因素。涉及轨道条件、安全距离、地理条件、气象条件4个三级子因素, 可以从轨距误差、直线度和轨顶高低差等12个四级子因素来评价; (4) 管理因素。涉及制度管理、档案材料和人员管理3个三级子因素, 可以从材料的完备性、合理性和可操作性等12个四级子因素来评价。
另外一方面, 起重机失效后果因素可以归纳为人员伤亡、设备损坏、环境影响和经济损失4个二级子因素。 (1) 人员伤亡。可以从死亡人数、重伤人数和轻伤人数3个三级子因素来评价; (2) 设备损坏。可以从对正常使用的影响程度和恢复所需时间2个三级子因素来评价; (3) 环境影响。可以从对自然环境的影响和社会环境的影响2个三级子因素来评价; (4) 经济损失。可以从直接经济损失和间接经济损失2个三级子因素来评价。
综上所述就构成了一个综合考虑人、机、环境、管理和设备生命周期的评价体系, 在实际评价时, 根据实际现场检验直接对92个底层子因素进行评价, 就可以逐级得到整机的风险值。
2 评价方法的选用
根据上述的评价体系可以看出, 港口起重机系统安全评价涉及很多因素, 尤其是某些指标很难量化, 只能用“好”、“较好”等这样的等级评语来评价, 具有很大的模糊性。为了实现精确的量化风险程度, 模糊数学提供了可行的办法, 本研究选用模糊综合评价法来对起重机系统进行综合评价。模糊综合评价是目前应用最为广泛的模糊风险评价方法[9,10,11]。其基本思想是先对低级子因素中的各个因素进行模糊综合评价, 然后再在各类之间 (由低层到高层) 进行综合评价。
2.1 建立因素集
因素评价集可表示为:
U={u1, u2, …, un}, 其中, 元素ui (i=1, 2, …, n) 代表各个影响因素。本研究共有92个评价因素。
2.2 建立权重集
针对评价集U中各个因素在评价对象中的重要程度不同, 必须对各个因素ui按其重要程度的不同给出相应的权重值ai (i=1, 2, …, n) 。各个因素的权重值ai (i=1, 2, …, n) 组成的集合称为权重集A。本研究采用模糊层次分析法建立权重级, 其计算步骤如下:
(1) 首先建立判断矩阵, 即优先关系矩阵F= (fij) m×m:
式中:s (i) , s (j) —因素i和j的相对重要性程度。
(2) 将优先关系矩阵F转换成模糊一致判断矩阵R= (rij) m×m:
(3) 各因素权重计算:
其中, li为:
2.3 建立评价集
评价集是对评价对象可能做出的评价结果所组成的集合, 可表示为:
V={v1, v2, …, vm}, 其中, 元素vj (j=1, 2, …, m) 是对评价对象可能做出的评价结果。
针对起重机失效可能性因素, 本研究选用的评语集为{很大, 大, 较大, 中等, 较小, 小, 很小}。针对起重机失效后果严重性因素, 本研究选用的评语集为{很严重, 严重, 较严重, 一般, 较轻微, 轻微, 很轻微}。
2.4 单因素模糊评价
单因素模糊评价是单独对某一个影响因素进行评价, 以确定所评价的对象对评价集元素的隶属程度。设因素集中第i个因素ui对评价集中的第j个元素vj的隶属度为rij, 则因素ui的评价结果可表示为:R={ri1, ri2, …, rim}, 其中, R为单因素评价集。
2.5 模糊综合评价
单因素模糊评价仅反映出一个因素对评价对象的影响程度, 而模糊综合评价通过综合考虑所有因素对评价对象的影响程度, 得到正确的评价结果。单因素评价构成的集合是多因素模糊综合评价的基础, 如下式所示:
据以上建立的因素权重集A与评价矩阵R, 选用合适的模糊算子, 进行模糊运算, 可得到模糊综合评价集B, 即:
其中, bi (i=1, 2, …, m) 称为模糊综合评价结果向量。
2.6 模糊综合结果的处理
RBI原理的结果是风险数值, 而非评价向量, 采用模糊综合评价得到的是对应评语集的一个评价向量。为了更直观地将其表述成数值, 本研究采用等级参数法来对评价结果进行处理, 确定起重机的失效总体可能性P以及起重机失效后果的严重程度C。在此, 对等级参数进行以下取值:
则有:
进一步可得起重机相对风险值R:
当评估多台起重机时, 对每一台起重机进行失效风险比较与排序, 确定风险最大的起重机, 进行重点监管或者维护。
2.7 起重机风险矩阵的确定
为了更直观显示管段风险的高低, 可以根据API581风险矩阵的形式来表示评定的结果。
风险评价矩阵如图1所示。
API581中提供的风险等级划分标准是针对石化燃气的标准, 在机械行业和在起重机中应用时需要重新修订, 这既需要长期进行风险管理工作的积累, 也需要在使用的过程中结合专家经验进行修正。本研究在特种设备专家的交流中指定了风险等级表。风险矩阵图的具体分级如表1所示。
根据分级情况, 可确定风险矩阵中的失效可能性等级和失效后果等级。由风险矩阵等级和起重机失效可能性P及失效后果C, 即可评价起重机风险的高低。
3 应用实例
某集装箱有限公司的GJ3524D1型门座起重机于1996年1月由上海港口机械制造厂制造, 并由上海港联机械技术公司安装在某码头, 该机额定起重量为35 t, 起吊最大幅度24 m, 最小幅度9 m。
2012年10月, 特检部门对该起重机进行了定期检验, 检验发现失压保护失效, 零位保护失效, 起重量限制器失效, 回转连锁开关功能失效。按照检验TSG Q7015-2008 (第二版) 起重机械定期检验规则, 该机检验结论为不合格, 要求起重机使用企业进行整改维护。本研究以此机为例, 按照前文的方法进行风险评价。
3.1 五级因素评价
四级因素中的金属结构D21、司机室D22、吊具D23、钢丝绳D24、卷筒D25、电气系统D26、液压系统D27、安全装置D28, 它们下面还细分到五级子因素, 其中, 金属结构D21可分为使用年限E1、锈蚀情况E2、变形情况E3、开裂情况E4、焊缝情况E5这5个子因素, 同时它们是最底层评价因素。根据检验结果, 对金属结构的评价计算如下:
采用模型M (·, +) 进行模糊运算, 则有:
同理, 可得司机室D22、吊具D23、钢丝绳D24、卷筒D25、电气系统D26、液压系统D27、安全装置D28的评价向量分别为:
3.2 四级因素评价
三级因素中使用的C8包含金属结构D21、司机室D22、吊具D23、钢丝绳D24、卷筒D25、电气系统D26、液压系统D27、安全装置D28这8个四级子因素, 根据前文方法可以得到三级使用因素C8的评价向量为:
3.3 三级因素评价
二级因素中的起重机因素B2包含设计C4、制造C5、安装C6、调试C7、使用C8、维护C9这9个三级子因素, 根据前文方法, 同理可得其评价向量:
3.4 二级因素评价
一级因素失效可能性包含人的因素B1、机的因素B2、环境因素B3、管理因素B4这四方面, 同理可得失效可能性的评价向量为:
同理, 可得失效后果的评价向量为:
3.5 评价结果的处理
运用式 (9~10) 处理, 可得出:
失效可能性P=0.32, 失效后果C=0.29, 相对风险R=0.093。将结果与风险矩阵相对照, 可知:该机属于较低等级风险, 在整改之后可以继续使用。
4 结束语
在RBI原理的基础上, 本研究建立了港口门座起重机的风险评价模型, 运用模糊综合评价法进行了风险评价, 并依据风险分析矩阵的思想对综合结果进行了分级判定, 最后结合现场实测, 对某门座起重机进行了风险评价, 验证了该模型及方法的科学性、合理性和可靠性。
但是, 该评价等级范围的划分和评价指标的完善仍需在实际使用中进一步完善, 实际操作中要求风险评价人员具备较高水平的数学和系统评价专业知识是不现实的。因此, 该研究成果在推广使用中有赖于随着IT技术的发展, 将其演变成便于推广的专业评价软件。
参考文献
[1]ZHANG Jian, ZHANG Yuan-rong, JI Chao, et al.Safety as sessment of crane based on FTA and ANP[C]//The SixthInternational Conference on Management Science and Engi neering Management.Pakistan:Springer Verlag Press, 2012:453-464.
[2]徐格宁, 江凡.基于模糊层次综合法的起重机安全性评价[J].安全与环境学报, 2010, 10 (2) :196-200.
[3]钱尼君, 李波, 程秋平, 等.基于LM神经网络的起重机械本质安全评价方法[J].南昌大学学报:理科版, 2011, 35 (2) :197-200.
[4]陈庆娟, 王三明.RBI技术在我国企业的应用研究与改进思考[J].中国安全生产科学技术, 2012, 8 (6) :191-196.
[5]American Petroleum Institute.API 581, Risk-based inspec tion base resource document (Second Edition) [S].2008.
[6]中华人民共和国质量监督检验检疫总局, 中华人民共和国标准化管理委员会.GB6067.1-2010, 起重机安全规程[S].北京:中国标准出版社, 2010.
[7]中华人民共和国质量监督检验检疫总局, 中华人民共和国标准化管理委员会.GB/T3811-2008, 起重机设计规范[S].北京:中国标准出版社, 2008.
[8]中华人民共和国质量监督检验检疫总局.TSG Q7015-2008, 起重机械定期检验规则 (二次修订版) [S].北京:中国标准出版社, 2011.
[9]魏碧霞, 杨晓翔.城区埋地燃气管道失效后果严重度的模糊综合评价[J].福州大学学报:自然科学版, 2008, 36 (4) :616-620.
[10]陈世旺, 杨晓翔.基于模糊综合评价的电站锅炉风险评估[J].能源与环境, 2009 (6) :14-16
风险评估(RBI) 篇6
基于风险的检测 (RBI) 是在追求系统安全性与经济性统一的理念基础上建立起来的一种优化检验策略的方法。1984到1986年间, 世界各地发生了数起严重的工业灾害, 其中以发生于印度Bhopal和墨西哥的墨西哥市的事故影响最大, 化工安全的问题遂成为大家关注的焦点。为此, 美国化学工程师协会 (AICHE) 于1985年成立了化工过程安全中心 (CCPS) , 其后出版了四卷有关化工过程安全的指导方针 (guidelines) , 其中一卷 (The Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis) (CPQRA guidelines) , 成为日后石化厂风险评估的基础教本[1]。RBI是在1990年代近期, 由美国石油检测协会 (American Petroleum Inspection Institute, API) 首先主导、发起, 且经16家石化公司 (包括Exxon、Shell、Mobil、Amoco等) 联合参与并赞助推动, 逐步展开后续研究工作[2]。而针对RBI的发展, API更与Det Norske Veritas (DNV) 签约, 由DNV发展建立资料库, 并委由其主导进行发展研究, API并把其结果应用于API 580建议规范。另外, API亦曾在1996年完成了API 581, Base Resource Document on Risk-Based Inspection, 1996 (Preliminary Draft) , 建议使用者以降低设备风险为检测计划制定与评估的目的, 其用意在考虑设备是否该保养、何时做最合当、用什么方法最有效等问题时, 皆需以其对降低风险的有效程度为依归。
RBI包括定性RBI判断和定量RBI计算, 定性判断得到风险相对的高低, 风险相对较低者则不必进行定量RBI计算, 风险高者再进行下一步定量RBI计算。有关学者研究发现发达国家与中国在承压设备使用状况上存在两点主要差异, 即严重的先天超标缺陷与长期服役问题, 提出了应当调整风险的建议[3]。作者针对严重超标缺陷与长期超期服役问题, 分析了现行API 581方法的不足, 在RBI的基础上引入可靠度的概念, 提出以剩余寿命代替设计寿命为基准进行失效概率评价, 探索一种新的RBI和可靠度相结合的风险评估方法。
2RBI技术原理
意大利经济学家维尔佛雷德·帕雷图提出的帕雷图二八规则 (20%的大客户贡献了公司80%的利润) , 在生产领域同样适用, 相对大比例的风险集中在相对小比例的设备上, 即80%的风险集中在20%的设备上[4]。如何对这20%的设备区别对待?在这种情况下, RBI应运而生。
RBI技术以风险分析为基础。风险具有二维性, 包括失效可能性和失效后果。RBI技术采用系统论的原理和方法, 对选定装置中各生产过程设备进行风险评估, 包括失效可能性和失效后果的评估, 按照风险级别的大小, 找出薄弱环节, 优化检验的效率, 降低检维修费用, 提出安全技术建议及对策。
RBI失效可能性分析主要在于研究设备的失效机理。失效可能性分析的类型包括定性分析和定量分析两种。无论使用哪一种分析, 失效可能性都必须考虑运行环境引起的设备材料结构的失效机理和速率, 确定失效模式, 识别和监控运行失效机理的有效性, 通过将预期的失效机理、失效速率或敏感性、检测数据和检测有效性的结合, 明确每种失效类型和失效模式的失效可能性。RBI后果分析是在风险的基础上帮助建立一个设备项的相对排序, 主要考虑了设备失效后对工厂生产经营、设备维修、安全和环境破坏等造成的损失, 涵盖了经济、安全和环境三个方面。
RBI作为设备管理的新技术, 其关键是在企业建立以风险为向导的设备管理体系。RBI技术是一个动态的、持续改进的过程。持续改进是对RBI管理体系强化的过程, 是设备管理绩效的改进和提高过程。RBI技术的动态过程见图1[5,6]。
3RBI技术中失效概率评价的局限性
基于风险的检测 (RBI) 方法自本世纪初引入中国石化企业, 已在三十余套的石化装置承压系统中进行了卓有成效的实践, 企业生产的安全性与经济性得到了提高[7,8]。在API 581中, 国外风险分析统计表明, 石化企业的风险分布范围存在所谓“二八”现象。但我国十套装置风险分析结果发现, 这个结论在我国并不适用, 我国中高风险设备往往在40%左右。导致这一现象发生的原因在于中国承压设备的使用状况对风险分布范围的影响较大, 主要有四个方面[9]:①部分设备和管道存在较多的设计、制造缺陷, 先天不足导致失效可能性上升;②检验过程中未能充分考虑设备的损伤机理和损伤部位, 检验有效性不足、针对性不强;③有部分设备和管道处于超期服役状态, 并缺乏有效检验;④管理水平与发达国家有差距。此外, 因为国情差异, 一些损伤机理在国外可能形成条件不存在, 所以API 581未予考虑, 但在我国可能具备形成条件则必须考虑, 这就需要专家组对风险进行调整。
RBI中机械次因子中的寿命周期是一个与服役时间相关的要素, 由于承压系统符合耗散模型的故障率曲线“浴盆曲线” (如图2所示) , 即在设备最初使用时, 可能由于初始设计制造问题失效概率较高, 经过一段稳定运行达到寿命终点时, 失效概率再度增加。因此, API 581提出了一个以设计寿命为参量函数关系来表示服役时间对失效概率的影响。
在发达国家, 在设计制造的早期能根据设备将要服役的工艺条件对设备全寿命过程的风险进行识别、评价及控制, 将一些与时间相关退化机理存在的条件下如严重的腐蚀、疲劳、蠕变等环境下的设备设计成有限的寿命。如果设备制造质量良好, 使用管理上一般不会出现长期超期服役现象, API 581的失效概率评价方法应当是基本合理的, 即使没有与时间相关的退化机理存在, 假定的40年设计寿命也是基本可行的, 因为发达国家几乎没有超过40年不变的生产工艺。
但是, 以设计寿命为基准的失效概率评价方法在中国有其局限性:
(1) 中国在承压设备的早期设计制造过程中没有也无法提出科学合理的设计寿命, 对于不存在与时间相关的退化机理的设备还可以用API 581方法的40年作基准调整风险, 当在严重的腐蚀、疲劳、高温等环境下使用的设备存在着明显与时间相关的退化机理, 由于不知设计寿命, 则无法进行失效概率的评价。
(2) API 581方法提出的设计寿命是与工艺过程条件密切相关的, 当工艺条件或生产操作过程要素改变, 原先预定的设计寿命就有可能进行调整。
(3) 在API 581中, 因为FE与服役时间相关, 服役时间超过设计寿命时, 只有一个失效概率调整系数显然是不合理的。中国与发展中国家设备长期超期服役现象是很普遍的, 甚至还有发达国家退役报废的二手设备在中国继续服役的现象, 这些设备的失效概率是比较高的。
(4) API方法未考虑存在的原始超标缺陷影响。除了缺陷本身造成承压结构完整性遭到破坏可能引发失效外, 更重要的是缺陷和与时间相关退化机理共同作用将严重影响设备的使用寿命, 使预先设定的“设计寿命”不合理。
API 581方法局限性的根本原因在于计算失效概率时它是以设计寿命为基准的, 因此解决问题办法是用剩余寿命代替设计寿命作为计算失效概率的基准。剩余寿命是按照已服役承压设备实际状况, 依据今后服役的实际过程工艺条件, 分析可能的退化机理与失效模式, 结合合于使用的完整性评估方法得出的可接受的剩余使用寿命, 由此引出可靠度理论。
4可靠度的概念
结构的可靠性是指结构在规定的时间内, 在规定的条件下, 完成预定功能的能力, 包括结构的安全性、适用性、耐久性。结构的可靠性一般用可靠度来度量。按照现行结构可靠度设计统一标准的定义[10], 结构可靠度定义为结构在规定的时间如设计基准期、规定条件下如设计施工、管理过程所有规定完成预定功能安全、适用、耐久、特殊条件的安全作用的概率。根据定义, 度量结构可靠性大小的可靠度是用结构的可靠概率PS, 即结构能完成预定功能的概率来表达
undefined
相反, 如果结构不能完成预定的功能, 则称相应的概率为结构失效概率, 表示为Pf。根据结构可靠度的定义和概率论的基本原理, 若已知极限状态方程的基本变量Xi (1, 2…, n) 的联合分布密度函数为fX (1, 2, …, n) (x1, x2, …xn) , 则结构的失效概率Pf为
undefined
计算失效概率最理想的方法是由上式精确求解, 但在实际的结构可靠度分析中随机变量的数目往往很多, 功能函数往往是非线性的, 如果要直接利用上式来求解, 因需通过多维积分, 数学处理十分复杂, 计算工作量也非常庞大, 有时甚至难于获得问题的解答。由于直接通过数值积分计算结构的失效概率的困难性, 在实际工作中往往采用近似的数值方法来计算Pf。
假设结构的功能函数Z=R-S, 其中R表示结构的综合抗力随机变量, S表示综合作用效应随机变量, 并且R, S相互独立, 均为正态分布, 其相应的均值和方差分别为场μR, μS和σundefined, σundefined, 则功能函数Z=R-S也服从正态分布, 其均值μz=μR-μS, 方差σundefined=σundefined+σundefined。概率密度函数fz (z) 为undefined
引入标准化随机变量undefined, 设undefined, 则结构的失效概率Pf为
undefined
从上式可以看出, β与Pf之间存在一一对应的关系。因此, β和Pf一样, 可以作为衡量结构可靠性的一个数量指标, 称为可靠指标。
引入安全系数n定义为一个抗力与一个相应的荷载效应的比值, 即n=r/s。变异系数CV为标准差率, 即CR=σR/μR, CS=σS/μS。
可靠指标undefined
5RBI与可靠度相结合的风险评估方法
本文以RBI理论取代传统风险分析的方法, 先作定性RBI判断, 对于有必要进一步分析的部分再进行定量RBI计算, 引入可靠度理论计算设备失效概率, 并且预估在未来的失效概率或可靠度, 将可以完整的以RBI方法在得知失效后果和失效概率的情况下, 评估出此设备在整个系统中所占的地位, 进而分配适当的检测、维修资源, 在RBI完成后再进行风险评价进而完成风险评估过程。
本文尝试将基于风险的检测技术取代传统的风险分析方法, 并结合可靠度计算应用于定量风险基检测中, 得到趋于完备的风险评估流程, 流程如图3。
6失效概率的计算应用
某LNG储罐结构强度S=420MPa, 设计考虑初始结构承受应力为D=140MPa, 经过分析, 储罐内部结构的腐蚀是造成结构失效和泄漏的主要原因。强度S和应力D的变异系数为CS=0.12, CD=0.15。储罐的初始厚度为10mm, 经测量和计算其腐蚀速率为r=0.1mm/a。计算该LNG储罐的初始失效泄漏概率及第6年和第40年时的失效概率 (不考虑检验和维护状态) 。
根据上面探讨的正态分布模型, 初始情况下安全系数n=420/140=3, 将变异系数代入公式 (5) 得β=5.13。再将β值带入公式 (4) , 由Matlab编程计算的得Pf为1.50×10-7。
结构承受应力反比于储罐厚度, 根据壁厚腐蚀速率, 易得6年及40年后的储罐厚度和承受应力, 代入公式计算出相应的n6=2.82, n40=1.80, β6=4.92, β40=3.04, Pf6=4.49×10-7, Pf40=1.28×10-3。
RBI失效概率的分析始于同类设备的失效频率数据库, 然后通过设备修正因子和管理系统评价因子来修正这些同类频率, RBI评价以设备的设计寿命和设备当前已经运行的年数为基础, 设备的设计寿命是其服务于工艺过程的一个函数。通过前文分析, 以设计寿命为基准的失效概率评价方法在中国有其局限性, 有些设备无法依据RBI方法进行失效概率的计算。而通过结构可靠度理论, 在腐蚀、疲劳、高温等环境下存在着明显与时间相关的退化机理的设备, 可以计算设备的安全系数和可靠指标, 从而完成其失效概率的计算。
7结论
(1) 本文以RBI理论取代传统风险分析的方法, 先作定性RBI判断, 风险相对较低者直接进行风险评价, 风险高者再进行下一步定量RBI计算, 进而分配适当的检测、维修资源, 提高了系统的安全性和经济性。
(2) 针对我国承压设备存在严重超标缺陷与长期超期服役的问题, 指出API 581方法局限性的根本原因在于计算失效概率时它是以设计寿命为基准的, 解决问题办法是用剩余寿命代替设计寿命作为计算失效概率的基准。
(3) 在基于风险的检验方法中引入可靠度的概念, 弥补了API581在失效概率评估中的局限性。
(4) 作者会继续对可靠度方法和失效模型进行研究, 应用多种可靠度计算方法, 交替验证, 以利于剩余寿命的正确预估。
参考文献
[1]The Center for Chemical Process Safety, 1989;“Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis”, The American In-stitute of Chemical Engineers, New York, USA
[2]Renolds, J.T., 1995;“Risk-Based Inspection Improves Safety of Pressure Equipment, ”Oil&Gas Journal:37-40
[3]陈学东, 杨铁成, 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) :36-44CHEN Xue-dong, YANG Tie-cheng, et al.Discussion about Sev-eral Issues in the Practice of Risk-based Inspection (RBI) [J].Pressure Vessel Technology, 2005, 22 (7) :36-44
[4]黄贤滨, 李延渊, 兰正贵.新一代设备管理技术—基于风险的检验[J].化工设备与防腐蚀, 2004, (3) :73-77HUANG Xian-bing, LI Yan-yuan, LAN Zheng-gui. (2004) .A New Generation Device Management Technology:Risk-Based In-spection.Chemical Equipment and Anticorrosion, 2004, (3) :73-77
[5]邵建雄.RBI在炼化企业的应用与思考[J].石油化工设备技术, 2008, 29 (3) :44-47SHAO Jian-xiong.The Application and Consideration of RBI in Petroleum Refinery Industry[J].Petro-chemical Equipment Te-chonlogy, 2008, 29 (3) :44-47
[6]American Petroleum Institute.Risk-based Inspection Base Re-source Document[S].API581, First Edition, 2000, 5
[7]合肥通用机械研究所压力容器检验站BV, 茂名石化乙烯裂解、加氢裂化装置风险评估报告[R].2003, 12
[8]合肥通用机械研究所压力容器检验站, BV, 大连WEPEC重油加氢、常减压、催化裂化、制氢装置风险评估报告[R].2004, 12
[9]陈学东, 王冰, 等.基于风险的检测 (RBI) 中以剩余寿命为基准的失效概率评价方法[J].压力容器, 2006, 23 (5) :1-4CHEN Xue-dong, WANG Bing, et al.Assessment Method of Fail-ure Probability with Residual Life in RBI as Reference in Risk-Based Inspection (RBI) [J].Pressure Vessel Technology, 2006, 23 (5) :1-4
[10]中华人民共和国国家标准.工程可靠度设计统一标准 (GB50153一2) .北京:中国建筑工业出版社, 1992
风险评估(RBI) 篇7
1 RBI技术目前在我国石油石化行业的开展情况
RBI技术 (即基于风险的检验技术) , 它是基于设备检验技术、失效分析技术、材料损伤机理研究、设备安全评定和计算机软件技术的设备检验方法。截止2009年12月, 全国范围内已完成200余套装置的定量RBI工作, 目前正在进行的还有30余套装置, 且都取得了较好的成果。
2 化工装置开展RBI工作存在的问题及若干建议
RBI技术在中石油范围内应用各炼化企业并不平衡, 对于化工装置应用此技术, 主要目的也是在保证本质安全的前提下, 通过RBI延长装置运行周期, 减少检修检验次数和时间, 从而实现经济效益。但是, RBI目前在我国开展的深度还不够, 推行实施RBI工作还存在一定困难, 具体表现在以下几个方面:
2.1 RBI的推行需要相关政府部门支持和监督
如《在用压力容器定期检验规则》《在用工业管道定期检验规程》等规程, 一方面是强制性的技术规范, 同时也是具体检验维修技术方法。当前情况下, 炼化企业实施推广RBI技术, 与国家的相关法规支持以及政府的决策有很大关系。因此化工装置在实施RBI技术过程中, 要积极与相关部门 (锅炉压力容器检验中心、质量技术监督局) 沟通协调, 定期将RBI实施进展情况及时反馈给检测机构和政府有关部门, 争取政府的支持并在其指导监督下具体实施。
2.2 RBI技术实施细节尚需进一步完善
我国从2006年开始在石油化工企业中试点推行RBI技术。但是直到2009年修订的新容规——《压力容器定期检验规则》才首次正式将基于风险的检验 (RBI) 列入法规。正文第7.8条和附则第五十三条中明确提到, 对于实施RBI的压力容器, 定期检验机构依据RBI提出的检验策略制定定期检验方案实施定期检验。但这也是RBI技术在我国应用所迈出的第一步, 后续要做的工作还很多, 包括RBI标准、实施程序以及检验策略等《承压设备系统基于风险的检验实施导则》所涉及的具体内容, 还需进一步完善和明确。
3 化工装置实施RBI带来的益处
从目前国内已经实施RBI技术的多套装置来看, 无论是从装置本质安全还是经济性上都取得了很大收益, 下面分析了化工装置实施RBI技术后会给企业带来的益处。
3.1 通过风险排序, 突出重点, 提高装置本质安全
RBI技术的风险分析结果, 可以识别出装置的高风险单元以及装置高风险设备的失效类型, 使得管理人员对整套装置的总体风险认识充分。可以有的放矢的重点处理集中于高风险的设备隐患。另一方面可以在安全、可控条件下, 减少对低风险设备的投入, 从投入上有针对性地提高装置本质安全。
3.2 实现装置科学经济检验
实施RBI技术后, 化工装置管理者在制定检验计划时可以在过往检修历史的基础上, 结合RBI技术对设备的损伤机理、材料的退化机理的分析和认识, 弥补单靠“经验”制定检验计划的不足, 使检验更具科学性和合理性。
3.3 提高检验针对性, 节省检维修费用
RBI技术可以在保证设备安全运行的基础上, 延长设备的检验周期, 降低检修检测成本。化工装置运营管理单位可与当地政府主管部门 (锅压力容器检验中心以及质量技术监督局) 结合, 根据装置风险等级、风险发展趋势, 确定最佳检验时间。通过停车前外部宏观检查中低风险的设备, 停车后集中精力检验高风险设备, 避免以前一刀切的传统检测方式, 使检验更有针对性, 为企业和检验机构的节省时间, 从而大幅度降低检测费用支出。
4 结语
对化工企业来说, 提高装置 (设备) 的可靠性和安全性是搞好企业正常生产的关键。实施RBI技术能够使化工装置的安全评估从目前经验的、定性的技术, 逐步发展成科学的、具有新概念和新技术、相对准确的安全保障系统, 产生巨大的经济效益和社会效益。
摘要：介绍了基于风险的检验 (RBI) 技术目前在我国石油石化行业的应用情况, 重点分析了化工装置应用此项技术存在的困难以及应采取的措施, 同时展望了应用此项技术的前景。
关键词：RBI,风险可靠性
参考文献
[1]陈学懂, 王冰, 杨铁成等.基于风险的检测 (RBI) 在中国石化企业的应用及若干问题的讨论.压力容器, 2004, 38 (21) :39-45.