郭 磊 劉天勇 解晉輝

（中國石油獨(dú)山子石化公司乙烯廠，新疆 獨(dú)山子 833600）

安全閥RBI評(píng)估技術(shù)的應(yīng)用

郭 磊 劉天勇 解晉輝

（中國石油獨(dú)山子石化公司乙烯廠，新疆 獨(dú)山子 833600）

針對(duì)獨(dú)山子石化公司乙烯廠聚乙烯裝置安全閥檢驗(yàn)存在的問題，介紹了安全閥RBI分析技術(shù)，對(duì)聚乙烯裝置287個(gè)安全閥進(jìn)行了RBI評(píng)估，建立了聚乙烯裝置RBI風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫。

安全閥；RBI分析；評(píng)估

獨(dú)山子石化公司乙烯廠聚乙烯裝置是乙烯廠重要的生產(chǎn)裝置。裝置于1992年開始建設(shè)，1995年建成投產(chǎn)，2002年完成擴(kuò)建。裝置生產(chǎn)能力由12萬t躍至22萬t，采用的是英國BP公司Innovene氣相流化床技術(shù)，共有兩條生產(chǎn)線。

一、聚乙烯裝置安全閥校驗(yàn)存在的問題

聚乙烯裝置共計(jì)287臺(tái)安全閥，按照《TSGR7001-2004壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》，安全閥一般每年校驗(yàn)一次。對(duì)于彈簧直接載荷式，當(dāng)滿足定期檢驗(yàn)規(guī)則第十七條時(shí)，經(jīng)過屬地單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)可以適當(dāng)延長校驗(yàn)周期。由于聚乙烯裝置連續(xù)生產(chǎn)的性質(zhì)，4年才可以停工進(jìn)行大修，進(jìn)行全部安全閥檢驗(yàn)，除去少量帶前后手閥可以隔離的安全閥外，存在大量安全閥到期無法檢驗(yàn)的情況。為了解決這一問題，聚乙烯裝置對(duì)2014年到期安全閥進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，通過聚乙烯安全閥RBI評(píng)估的實(shí)施以達(dá)到如下目的。

（1）通過RBI分析，根據(jù)安全閥潛在失效風(fēng)險(xiǎn)的大小，并結(jié)合法規(guī)要求給出適宜的校驗(yàn)周期的建議。

（2）提高設(shè)備管理水平，指導(dǎo)裝置檢修、維修及安全生產(chǎn)管理。

（3）通過RBI項(xiàng)目的實(shí)施，建立聚乙烯裝置RBI風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫，為裝置今后全面推進(jìn)RBI打下基礎(chǔ)。

二、聚乙烯裝置安全閥RBI分析技術(shù)

1.1RBI技術(shù)

RBI就是基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)，即以設(shè)備破壞而導(dǎo)致的介質(zhì)泄漏為分析對(duì)象，以設(shè)備檢驗(yàn)為主要手段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理過程。

傳統(tǒng)的檢驗(yàn)規(guī)程主要從保障安全閥安全的角度出發(fā)，來確定相應(yīng)的檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)時(shí)間。在確定檢驗(yàn)時(shí)間時(shí)，安全閥校驗(yàn)周期一般為1年，個(gè)別情況可延長到3～5年。與傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法和大檢修計(jì)劃相對(duì)比，RBI技術(shù)全面考慮了評(píng)價(jià)對(duì)象的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及潛在的失效風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)不同設(shè)備的失效機(jī)理確定相應(yīng)的檢驗(yàn)計(jì)劃。RBI風(fēng)險(xiǎn)分析對(duì)設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排序，確定高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備，通過評(píng)估三個(gè)主要參數(shù)及失效可能性、失效后果，可較為準(zhǔn)確地確定出檢驗(yàn)的范圍和要求，是一種制定先進(jìn)檢驗(yàn)計(jì)劃的方法。

RBI定義的風(fēng)險(xiǎn)由兩個(gè)部分組成，即危險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性和危險(xiǎn)事件發(fā)生所產(chǎn)生的后果。風(fēng)險(xiǎn)的大小可以用下面公式描述：

風(fēng)險(xiǎn)=失效可能性×失效后果

聚乙烯裝置安全閥RBI評(píng)估項(xiàng)目采用由DNV開發(fā)的ORBITONSHORE軟件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)計(jì)算，ORBITONSHORE是以定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)為基礎(chǔ)的RBI軟件，該軟件的一大優(yōu)勢(shì)在于內(nèi)置的安全閥模塊。該模塊考慮了安全閥的使用時(shí)間、工作壓力、尺寸、腐蝕情況、清潔情況等諸多因素，可以對(duì)安全閥進(jìn)行獨(dú)立評(píng)估，并可根據(jù)結(jié)果制訂安全閥的定期檢驗(yàn)、校驗(yàn)策略。

2.安全閥失效機(jī)理

安全閥作為承壓設(shè)備的超壓保護(hù)裝置，在使用中必須滿足準(zhǔn)確開啟、穩(wěn)定排放、及時(shí)關(guān)閉、密封可靠的要求。安全閥在使用過程中，介質(zhì)溫度、壓力、物性對(duì)安全閥的準(zhǔn)確開啟、及時(shí)關(guān)閉、可靠密封產(chǎn)生影響，造成安全閥使用一段時(shí)間后性能達(dá)不到要求，導(dǎo)致安全閥失效。

從安全閥開啟準(zhǔn)確性方面來看，安全閥在使用中，存在著3種可能的失效模式。

（1）安全閥由于運(yùn)動(dòng)件粘死，或進(jìn)出腔堵塞無法開啟。

（2）安全閥超壓開啟。介質(zhì)壓力達(dá)到安全閥整定壓力而安全閥未開啟，超過整定壓力一定值后才開啟。

（3）安全閥提前開啟。安全閥開啟壓力低于整定壓力。

從安全閥動(dòng)作后及時(shí)關(guān)閉性能來看，安全閥存在著彈簧斷裂,不能回座這一失效模式。從安全閥可靠密封性能來看，安全閥在使用中存在著泄漏這一失效模式。

上述安全閥在使用中可能的失效模式簡化為6種形式:安全閥粘死不能開啟；安全閥堵塞不能開啟；安全閥超壓開啟；安全閥提前開啟；安全閥啟跳后彈簧斷裂無法關(guān)閉；安全閥泄漏。

對(duì)石化企業(yè)近年安全閥失效模式的比率統(tǒng)計(jì)如表1所示。

由表1中可以看出安全閥不能準(zhǔn)確開啟在安全閥失效模式中占很大比率。聚乙烯裝置評(píng)估的安全閥類型主要為彈簧式安全閥，造成彈簧式安全閥不能準(zhǔn)確開啟的原因總結(jié)為以下幾條。

表1 安全閥各失效模式的比率

（1）因介質(zhì)原因?qū)Π踩y造成堵塞、粘結(jié)或腐蝕。

（2）彈簧質(zhì)量有問題，如彈力不足、工藝粗糙受熱后易產(chǎn)生塑性變形、長短不一和端面不平等。

（3）校驗(yàn)存在誤差。

（4）彈簧壓力級(jí)別選定錯(cuò)誤。

除安全閥本身質(zhì)量、維修和校驗(yàn)等非運(yùn)行原因，彈簧安全閥的失效主要與介質(zhì)的物性、腐蝕性、工況條件有關(guān)。聚乙烯裝置評(píng)估安全閥數(shù)量大，介質(zhì)參數(shù)廣，介質(zhì)壓力從低壓到高壓，溫度從低溫到常溫再到高溫將近500℃；介質(zhì)物性差異大，有腐蝕介質(zhì)、非腐蝕介質(zhì)，有環(huán)境溫度下可自流介質(zhì)，也有不可自流介質(zhì)；有環(huán)境溫度下易結(jié)晶、結(jié)焦、含雜質(zhì)介質(zhì)，也有潔凈介質(zhì)。因此聚乙烯裝置本次評(píng)估針對(duì)安全閥存在環(huán)境中的介質(zhì)進(jìn)行綜合分析，并結(jié)合評(píng)估結(jié)果確定合理的安全閥延期檢驗(yàn)?zāi)晗蕖?/p>

依據(jù)多年的使用經(jīng)驗(yàn)，在介質(zhì)溫度不超過200℃時(shí)安全閥彈簧性能在3～5年的使用周期內(nèi)是穩(wěn)定的；在介質(zhì)溫度不超過200℃且開啟壓力不超過4.0MPa的安全閥密封性在3～5年的使用周期內(nèi)是穩(wěn)定的。基于此，聚乙烯裝置本次評(píng)估對(duì)安全閥的操作溫度和開啟壓力進(jìn)行綜合考慮。

三、聚乙烯裝置安全閥的RBI評(píng)估

1.安全閥風(fēng)險(xiǎn)確定

利用ORBITONSHORE軟件進(jìn)行定量分析時(shí)，可以從安全性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面對(duì)裝置進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。由于聚乙烯裝置RBI分析項(xiàng)目涉及到的評(píng)價(jià)對(duì)象為安全閥，因此，以安全風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果的形式體現(xiàn)其風(fēng)險(xiǎn)水平。

（1）失效可能性的確定。據(jù)石化企業(yè)在役安全閥的運(yùn)行性能分析和失效案例統(tǒng)計(jì),安全閥失效涉及諸多復(fù)雜因素,它的可靠度指標(biāo)對(duì)裝置穩(wěn)定運(yùn)行有很重要的影響。對(duì)于安全閥評(píng)價(jià)單元的失效可能性，以安全閥中彈簧的失效、安全閥的操作條件、履歷和管理水平4個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)安全閥的失效可能性。其中安全閥彈簧失效是根據(jù)不同類型的安全閥型式在大型石化企業(yè)失效的統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行整理分析而得到的概率值；安全閥的操作條件包括操作壓力、操作溫度、操作介質(zhì)的腐蝕性、操作介質(zhì)的黏度、操作介質(zhì)的清潔程度等子因素；履歷包括運(yùn)行歷史、校驗(yàn)情況等子因素；管理水平因素的分級(jí)采取API581對(duì)各個(gè)管理指標(biāo)打分的方法綜合確定。

（2）失效后果的確定。失效后果方面主要考慮操作介質(zhì)的特性以及泄放量和泄放速率等參數(shù)，以與其相連的壓力容器或壓力管道周圍的破壞影響面積為指標(biāo)來確定后果。

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的定義，風(fēng)險(xiǎn)是由失效可能性和失效后果兩部分組成的，安全閥的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可以通過風(fēng)險(xiǎn)矩陣進(jìn)行表征。風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖中的縱坐標(biāo)1～5表示失效可能性從低到高的5個(gè)等級(jí)，橫坐標(biāo)A～E表示失效后果從低到高的5個(gè)等級(jí)。

2.安全閥評(píng)估結(jié)果

根據(jù)《壓力容器使用管理規(guī)則》規(guī)定,對(duì)滿足相關(guān)條件的安全閥可適當(dāng)延期3～5年,企業(yè)為了滿足市場的需求,同時(shí)自身能夠安全快速發(fā)展，要求壓力容器長期穩(wěn)定運(yùn)行。開展基于RBI的在役安全閥裝置的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),可以根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)的大小,對(duì)安全閥進(jìn)行合理分類,按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定其校驗(yàn)周期:對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)高的重點(diǎn)檢查,校驗(yàn)周期短；風(fēng)險(xiǎn)低的安全閥采取適當(dāng)延長其停機(jī)校驗(yàn)周期的檢驗(yàn)策略，這樣可以滿足聚乙烯裝置“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行的要求。

獨(dú)山子石化公司乙烯廠聚乙烯裝置安全閥評(píng)估數(shù)量為287個(gè)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果如表2及圖1所示。

表2 安全閥2014年風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)結(jié)果

從本次安全閥的評(píng)估結(jié)果可以看出，當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)獨(dú)山子石化公司乙烯廠聚乙烯裝置安全閥總體安全風(fēng)險(xiǎn)水平不高，高風(fēng)險(xiǎn)比例僅為0.69%，中高風(fēng)險(xiǎn)比例為15.33%，中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)的比例為83.98%。

綜合評(píng)估安全閥的風(fēng)險(xiǎn)情況及參照《壓力容器使用管理規(guī)則》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)本次評(píng)估中有腐蝕情況、有微漏情況或高風(fēng)險(xiǎn)的安全閥不能進(jìn)行延期，除此以外的安全閥均滿足安全運(yùn)行到2015年12月的要求；有腐蝕情況、高風(fēng)險(xiǎn)不能進(jìn)行延期的安全閥經(jīng)聚乙烯車間工藝分析，不會(huì)因?yàn)椴僮鲏毫ι甙l(fā)生起跳，該部分安全閥也可延長下次校驗(yàn)周期到2015年12月，對(duì)于有微漏可能性的安全閥不建議進(jìn)行延期。

圖1 2014年安全閥的安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖

四、結(jié)語

通過對(duì)獨(dú)山子石化公司乙烯廠聚乙烯裝置的安全閥進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析，得到如下結(jié)論。

（1）本次評(píng)估對(duì)象為獨(dú)山子石化公司乙烯廠聚乙烯裝置的安全閥共計(jì)287只。

（2）當(dāng)前評(píng)估時(shí)間點(diǎn)安全閥總體安全風(fēng)險(xiǎn)水平不高，高風(fēng)險(xiǎn)比例僅為0.69%，中高風(fēng)險(xiǎn)比例為15.33%，中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)的比例為83.98%。

（3）預(yù)測(cè)獨(dú)山子石化公司聚乙烯裝置2014年未檢驗(yàn)時(shí)安全閥的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果見表2，從評(píng)估結(jié)果可以看出，高風(fēng)險(xiǎn)單元為2個(gè)，中高風(fēng)險(xiǎn)單元數(shù)量187個(gè)，整體風(fēng)險(xiǎn)水平與2013年評(píng)估結(jié)果相比變化不大。

（4）綜合評(píng)估安全閥的風(fēng)險(xiǎn)情況及參照《壓力容器使用管理規(guī)則》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)本次評(píng)估中有腐蝕情況、有微漏情況或高風(fēng)險(xiǎn)的安全閥不能進(jìn)行延期，除此以外的安全閥均滿足安全運(yùn)行到2015年12月的要求。

（5）有腐蝕情況、高風(fēng)險(xiǎn)不能進(jìn)行延期的安全閥經(jīng)車間工藝分析，不會(huì)因?yàn)椴僮鲏毫ι甙l(fā)生起跳，該部分安全閥也可延長下次校驗(yàn)周期到2015年12月，對(duì)于有微漏可能性的安全閥不建議進(jìn)行延期。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程.北京：新華出版社，2009.9.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則.北京：新華出版社，2004.9.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程.北京：新華出版社，2006.9.

TQ050.1

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1671-0711（2015）03-0038-03

2014-05-05）