羅偉堅(jiān) 楊景標(biāo)（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院 廣州 510655）

基于R B I的苯乙烯/環(huán)氧丙烷裝置壓力管道在線檢驗(yàn)研究

羅偉堅(jiān) 楊景標(biāo)
（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院 廣州 510655）

對(duì)苯乙烯/環(huán)氧丙烷裝置進(jìn)行腐蝕回路劃分，并將腐蝕回路中的壓力管道按照管徑、材質(zhì)及用途等因素劃分為不同的組別后進(jìn)行RBI分析。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，結(jié)合壓力管道的使用情況、失效機(jī)理及剩余使用壽命等確定下一個(gè)檢驗(yàn)周期和檢驗(yàn)策略。以腐蝕回路中的組別作為檢驗(yàn)單元，根據(jù)其失效可能性及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定各檢驗(yàn)單元的檢驗(yàn)比例和檢驗(yàn)方法進(jìn)行在線檢驗(yàn)。結(jié)果表明：基于RBI分析結(jié)果的壓力管道在線抽檢方法可以驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果，同時(shí)還可以滿足使用單位對(duì)管道的風(fēng)險(xiǎn)控制要求。

苯乙烯/環(huán)氧丙烷裝置 腐蝕回路 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí) 在線抽檢 RBI分析

風(fēng)險(xiǎn)分析是在系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一的理念上建立起來的優(yōu)化檢驗(yàn)策略的方法[1]?；陲L(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(RBI)一般參考美國石油學(xué)會(huì)API 580和581所推薦的方法[2、3]。

某化工廠的苯乙烯/環(huán)氧丙烷（SMPO）裝置有1879條管道，如果按照《在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)則》全面檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，管道檢查比例、部位、項(xiàng)目及檢測(cè)方法的確定只有原則性規(guī)定[4]，針對(duì)性不夠強(qiáng)，重點(diǎn)不夠突出，檢驗(yàn)時(shí)需要檢驗(yàn)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)去把握，往往出現(xiàn)檢驗(yàn)比例偏高、問題嚴(yán)重的管道及部位漏檢、檢測(cè)方法選擇不當(dāng)?shù)惹闆r，檢驗(yàn)所需的時(shí)間及工作量很大，不能滿足企業(yè)的要求，檢驗(yàn)成本增加，檢驗(yàn)有效性不夠高。RBI允許通過檢驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)[5]，而一些新的無損檢測(cè)技術(shù)：如高溫超聲測(cè)厚、高溫磁粉檢測(cè)、高溫超聲探傷等的發(fā)展及應(yīng)用使在線檢驗(yàn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整成為可能[6]。RBI通過風(fēng)險(xiǎn)分析，確定每組壓力管道的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并據(jù)此制定出優(yōu)化的檢驗(yàn)策略，使檢驗(yàn)更具針對(duì)性，更加科學(xué)有效。通過檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)一些在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中考慮不周或認(rèn)識(shí)不足的損傷影響因素，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行修正，使RBI的分析結(jié)果更加準(zhǔn)確，利于更好地指導(dǎo)以后的管道維護(hù)管理和檢驗(yàn)。

1 RBI分析結(jié)果

1.1 裝置及管道基本情況

某化工廠的SMPO裝置，設(shè)計(jì)年產(chǎn)25萬噸環(huán)氧丙烷PO和56萬噸苯乙烯單體SM。裝置乙苯單元采用魯姆斯專利技術(shù)，其他單元采用殼牌的環(huán)氧丙烷和苯乙烯聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，低能耗低污染。裝置于2010年3月份進(jìn)行了停車檢修和擴(kuò)能改造，將苯乙烯和環(huán)氧丙烷的產(chǎn)量分別提高到64萬噸和29萬噸。SMPO裝置按功能劃分為四大部分：乙苯 (EB) 部分，包括4900單元，主要將原料乙烯和苯轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)品乙苯；環(huán)氧丙烷(PO)部分，包括4100－4500單元，主要是通過乙苯做中間載體，將原料丙烯間接氧化為環(huán)氧丙烷，并付產(chǎn)中間產(chǎn)物MPC，用于生產(chǎn)苯乙烯。苯乙烯(SM)部分，包括4600、4700和4800單元，主要是生產(chǎn)苯乙烯單體。公用工程部分，包括5100、5300單元和中間管廊，主要是提供產(chǎn)品/原料/中間產(chǎn)品/化學(xué)品的儲(chǔ)存和水、汽、風(fēng)、熱媒等公用能源。

該裝置2006年底投用，2010年初停車檢修時(shí)壓力容器已進(jìn)行了首次檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明：壓力容器腐蝕速率正常，應(yīng)力腐蝕開裂敏感性不高、材質(zhì)劣化傾向性不大。由于檢修時(shí)間緊迫，壓力管道未進(jìn)行停車全面檢驗(yàn)。該裝置同一腐蝕回路的設(shè)備和管道具有相同或相似的工藝介質(zhì)操作條件、材質(zhì)和損傷機(jī)理。

1.2 腐蝕回路的劃分

RBI分析時(shí)將SMPO裝置管道劃分為11個(gè)工藝單元，各工藝單元的名稱、腐蝕回路數(shù)量、管道組數(shù)及管道條數(shù)見表1。

1.3 工業(yè)管道RBI分析結(jié)果

SMPO裝置壓力管道的主要損傷機(jī)理為有機(jī)酸腐蝕，此外，4100單元還有氯離子應(yīng)力腐蝕開裂，4200單元有堿開裂以及氯離子應(yīng)力腐蝕開裂，4400單元有CO2腐蝕，4800單元有高溫氫損傷。

RBI分析采用殼牌基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)軟件S-RBI進(jìn)行。2011年底，根據(jù)腐蝕回路中管道的失效模式，參照定點(diǎn)測(cè)厚及壓力容器全面檢驗(yàn)結(jié)果，利用S-RBI分析軟件完成了該裝置壓力管道的RBI分析工作，風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)不針對(duì)每一根管道來進(jìn)行，而是按分組來對(duì)管道進(jìn)行分析。每一腐蝕回路的管道按大管（管徑大于等于76.2mm）、小管（管徑小于76.2mm）及排凝管或注入管劃分為三種組別。裝置中管道按分組情況的風(fēng)險(xiǎn)分布見圖1。

表1 裝置的腐蝕回路及管道數(shù)量

圖1 壓力管道風(fēng)險(xiǎn)矩陣及分布

矩陣圖中橫坐標(biāo)為失效后果，N、L、M、H、E分別代表無、低、中、高、極高；縱坐標(biāo)為失效可能性，N、L、M、H分別代表無、低、中、高。從圖1可以看出，該裝置管道共分為386組，其中高風(fēng)險(xiǎn)1組，中高風(fēng)險(xiǎn)42組，中風(fēng)險(xiǎn)97組，低風(fēng)險(xiǎn)115組，極低風(fēng)險(xiǎn)131組。中高風(fēng)險(xiǎn)以上的壓力管道占總管道組數(shù)的11.1%，中風(fēng)險(xiǎn)以下的壓力管道占總管道組數(shù)的88.9%。

風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，共有40組管道的檢驗(yàn)周期少于5年（含5年），占管道組總數(shù)的10.4%；其中有32組管道的檢驗(yàn)周期為3年以下的，占管道組總數(shù)的8.3%。

2 基于RBI分析的管道檢驗(yàn)方案

基于壓力管道腐蝕失效的機(jī)理，壓力管道的檢驗(yàn)主要通過在線檢驗(yàn)的方式進(jìn)行，一些先進(jìn)的無損檢測(cè)技術(shù)數(shù)字射線和超聲導(dǎo)波作為傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的補(bǔ)充。

2.1 根據(jù)檢驗(yàn)周期確定的檢驗(yàn)策略

對(duì)于中風(fēng)險(xiǎn)以下且推薦檢驗(yàn)周期大于5年的壓力管道，制定以宏觀檢驗(yàn)及在線測(cè)厚抽檢為主的檢驗(yàn)方案。

對(duì)中高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)以上并且檢驗(yàn)周期少于等于5年的管道，實(shí)施檢驗(yàn)前要進(jìn)行重點(diǎn)腐蝕監(jiān)控，檢驗(yàn)時(shí)全部進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)和測(cè)厚，并要進(jìn)行超聲無損探傷抽查，必要時(shí)進(jìn)行數(shù)字射線探傷檢查。

2.2 根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定的檢驗(yàn)策略

檢驗(yàn)有效性分為高度有效（80%～100%置信度）、通常有效（60%～80%置信度）、一般有效（40%～60%置信度）、差（20%～40%置信度）和無效（20%置信度以下）5個(gè)級(jí)別。選取原則，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)以上的設(shè)備，應(yīng)采用高度有效、通常有效的檢驗(yàn)方法，對(duì)低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和中高風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備，采用通常有效、一般有效的檢驗(yàn)方法。

風(fēng)險(xiǎn)為中高以上等級(jí)的管道組一般應(yīng)進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)、測(cè)厚及焊縫無損檢測(cè)抽查。風(fēng)險(xiǎn)為中及以下等級(jí)的管道組原則上只進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)及測(cè)厚抽查。管道在線抽查比例按表2進(jìn)行。各單元可能存在的腐蝕失效模式及抽檢的管道條數(shù)、使用的檢驗(yàn)方法詳見表3。

2.3 測(cè)厚抽檢原則

優(yōu)先選取下列管道進(jìn)行檢查：

表2 壓力管道在線測(cè)厚抽檢比例

表3 各單元管道的失效模式及抽檢數(shù)量

1）如果腐蝕回路內(nèi)管道組風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不同，優(yōu)先選取風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高的管道組內(nèi)的管道；

2）如果腐蝕回路內(nèi)管道的級(jí)別不同，優(yōu)先選取級(jí)別高的管道；

3）含注入點(diǎn)（指向工藝流體中注入相對(duì)少量的介質(zhì)以控制化學(xué)反應(yīng)或其他工藝參數(shù)的位置但不包括兩條工藝線交匯處）管段；

4）盲管段（管道系統(tǒng)中沒有明顯介質(zhì)流動(dòng)的組成部分，如堵塞的支管、帶有常閉截止閥的管道、一端堵塞的管道、耐壓管支架、停用的控制閥龐通管、備用泵管道、液位計(jì)接管、卸壓閥進(jìn)出口總管、泵平衡旁路管、高位放空管、儀表連接管等）；

5）異常支吊架附近管道；

6）絕熱層或防腐層破損的管道；

7）與泵及壓縮機(jī)相連的管道；

8）相同條件下優(yōu)先容易進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的管道。

3 檢驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 檢驗(yàn)結(jié)果

2012年，對(duì)該裝置管道進(jìn)行了在線檢驗(yàn)，表4是檢驗(yàn)結(jié)果及與RBI分析結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證。

表4 各工藝單元減薄管道數(shù)量在線抽檢前后對(duì)比

3.2 結(jié)果分析

抽檢的管道，宏觀檢查及無損檢測(cè)沒有發(fā)現(xiàn)裂紋類缺陷，發(fā)現(xiàn)的問題主要是減薄缺陷。共有22個(gè)腐蝕回路共26組管道發(fā)現(xiàn)減薄，其檢驗(yàn)周期少于或等于4年，占總組數(shù)比例為6.7%，說明該裝置壓力管道減薄比例比較小，管道總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)相對(duì)較低。實(shí)際減薄數(shù)量比RBI分析結(jié)果的40組減薄數(shù)略有下降，這是因?yàn)镽BI分析時(shí)以最嚴(yán)重的減薄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。因此RBI分析結(jié)果與實(shí)際的在線檢驗(yàn)結(jié)果是基本相符的。

管道檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了個(gè)別減薄嚴(yán)重的管道，但在RBI分析中未體現(xiàn)出來，產(chǎn)生的偏差主要是對(duì)這些管道的使用情況和損傷因素認(rèn)識(shí)不足造成的。在RBI分析認(rèn)為沒有明顯腐蝕的4300、4400和4700單元發(fā)現(xiàn)有減薄嚴(yán)重的管道共10組，這主要是保溫層下腐蝕引起的外部減薄。4600單元的RBI分析結(jié)果有1組管道的風(fēng)險(xiǎn)為高風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)抽檢，其減薄并不嚴(yán)重，原因是該管道已進(jìn)行了維修更換處理，但該單元的其他組管道中有減薄比較嚴(yán)重的情況。4700單元PL470050和PL470057兩根管道的壁厚小于2mm，需要更換。這類管道數(shù)量較少，可在檢驗(yàn)時(shí)通過對(duì)同類管道進(jìn)行擴(kuò)大檢驗(yàn)比例來降低風(fēng)險(xiǎn)。

在下一輪RBI分析中，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)抽檢的結(jié)果對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果進(jìn)行修正和更新。

3.3 在線抽檢過程中存在的問題

在線抽檢過程中還存在兩類問題：一是在線高溫超聲測(cè)厚在一些特殊的條件下測(cè)量精度不高[7]。如當(dāng)管道的公稱直徑小于76.2mm時(shí)，特別是測(cè)量彎管時(shí)，這是因?yàn)楦邷販y(cè)厚探頭尺寸相對(duì)管道尺寸來說較大，測(cè)厚是耦合不好導(dǎo)致；此外當(dāng)溫度大于450 ℃以上時(shí)，耦合劑通常都會(huì)失效甚至著火。二是對(duì)材料的蠕變、滲碳、珠光體球化等材質(zhì)劣化問題沒有有效的在線檢驗(yàn)方法。

4 結(jié)論

1）根據(jù)SMPO裝置管道RBI分析結(jié)果得到的管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，通過在線檢驗(yàn)重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)高和檢驗(yàn)周期短的管道，可達(dá)到控制總風(fēng)險(xiǎn)的目的，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和安全性的統(tǒng)一，RBI可以為檢驗(yàn)方案提供科學(xué)可靠的檢驗(yàn)策略。

2）通過管道在線檢驗(yàn)驗(yàn)證了RBI分析的結(jié)果，同時(shí)識(shí)別了失效概率較高的管道，在RBI分析中認(rèn)為沒有明顯腐蝕的3個(gè)工藝單元均發(fā)現(xiàn)有減薄嚴(yán)重的管道。這將為RBI的風(fēng)險(xiǎn)分析提供與實(shí)際相符的檢測(cè)數(shù)據(jù)和失效模式，通過RBI軟件可進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)修正和更新，從而產(chǎn)生新的評(píng)估結(jié)果，進(jìn)而指導(dǎo)以后的管道維護(hù)管理和檢驗(yàn)。

3）RBI技術(shù)適用于大型成套設(shè)備的管理和檢驗(yàn)，具有較高的可靠性，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析和實(shí)際情況的偏差，要根據(jù)具體情況分析處理，找出原因和改進(jìn)措施，使風(fēng)險(xiǎn)降到企業(yè)可以接受的水平。

1 戴樹和. 工程風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006.

2 American Petroleum Institute. Risk-based Inspection Base Resource Document API 581[S]. Second Edition, 2008.

3 American Petroleum Institute. Risk-based Inspection-Recommended Practice, API 580[S]. Second Edition, 2009.

4 關(guān)衛(wèi)和,艾志斌,閻長(zhǎng)周. 承壓設(shè)備基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)的無損檢測(cè)技術(shù)[J]. 壓力容器, 2010, 27(4): 47～50.

5 黃新泉,崔軻龍,徐國良,等. DM4型超聲波測(cè)厚儀在高溫測(cè)厚過程中的應(yīng)用[J]. 石油化工腐蝕與防護(hù)技術(shù), 2008, 25(4): 48～50.

Research on the on-line Inspection of Styrene Monomer/Propylene Oxide Plant Pressure Piping with Risk-based Inspection

Luo Weijian Yang Jingbiao
( Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Guangzhou 510655 )

RBI analysis for styrene monomer/propylene oxide plant was carried out after finishing the corrosion loops division in which the pressure pipes were divided according to the diameter, material, function and other factors. According to the risk assessment results, service condition, failure mechanism and remaining life, the inspection intervals and strategy for the pressure piping of SMPO plant were confi rmed. On-stream inspection for each group in a corrosion loop as an inspection unit was carried out, and the inspection pro portion and method for each unit was determined by its failure probability and risk level. It is shown that pressure pipelines on-stream inspection can verify RBI analysis results and meet the risk adjustment requirement of user.

Styrene monomer/propylene oxide plant Corrosion loop Risk level Random inspection on-line RBI

X924.4；TH49

B

1673－257X(2014)07－13－04

羅偉堅(jiān)(1965～),男，高級(jí)工程師，從事特種設(shè)備檢驗(yàn)與管理。

2014－04－19）