壽比南 邵珊珊 賈國棟 謝國山

（1.中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

（2.國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局 北京 100088）

從風(fēng)險評估到風(fēng)險防控 科技攻關(guān)推動承壓設(shè)備安全科技工作迎來新業(yè)態(tài)

壽比南1邵珊珊1賈國棟2謝國山1

（1.中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

（2.國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局 北京 100088）

自“七五”以來，通過承壓設(shè)備安全科技工作，在極限及結(jié)構(gòu)安定性分析、含缺陷結(jié)構(gòu)安全性評價、剩余壽命預(yù)測、基于風(fēng)險的檢驗、聲發(fā)射和電磁無損檢測等方面取得了大量的科研成果，構(gòu)建了基于風(fēng)險的承壓設(shè)備安全保障技術(shù)體系。但隨著設(shè)備高參數(shù)化、超期服役設(shè)備不斷增加和物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有安全保障體系面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)。十三五期間，國家重點專項“高參數(shù)承壓類特種設(shè)備風(fēng)險防控與治理關(guān)鍵技術(shù)研究”項目獲得立項。該項目將實現(xiàn)高參數(shù)承壓設(shè)備安全科技工作從“風(fēng)險評估”到“風(fēng)險防控”的重點轉(zhuǎn)變，推動承壓設(shè)備安全科技工作迎來新業(yè)態(tài)。

高參數(shù) 承壓設(shè)備 安全保障體系 風(fēng)險防控

承壓類特種設(shè)備包括鍋爐、壓力容器和壓力管道等，是影響國民經(jīng)濟和密切聯(lián)系人們生活的重要基礎(chǔ)裝備，在石油、化工、電力、機械、冶金、船舶、交通、輕工、建材、醫(yī)藥、航空航天等行業(yè)廣泛應(yīng)用。據(jù)國家質(zhì)檢總局統(tǒng)計，截至2015年底，全國承壓類特種設(shè)備總量達398.58萬臺，其中鍋爐57.92萬臺、壓力容器340.66萬臺，另有氣瓶13698萬只、壓力管道43.63萬公里［1］。承壓類特種設(shè)備種類多樣、涉及面廣、綜合性強，事故后果及影響巨大，直接關(guān)系到生產(chǎn)安全、經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定，是各國公共安全領(lǐng)域的關(guān)注焦點。

1 以科研帶動發(fā)展，構(gòu)建承壓設(shè)備安全保障體系

承壓類特種設(shè)備安全科技工作始于“七五”科研攻關(guān)階段。80年代初期，通過普查發(fā)現(xiàn)我國近40萬臺壓力容器存在各種嚴(yán)重缺陷，按法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)報廢更換，測算約需200～400億元資金并占用全國壓力容器制造能力2～3年時間，如果采取在全面檢驗的基礎(chǔ)上進行徹底修復(fù)和部分報廢、更新，也需100～200億元，這顯然是不切實際的［2］。因此，“七五”和“八五”期間，針對上述問題開展了帶缺陷壓力容器安全性評定研究工作，建立了科學(xué)的評估方法，研究成果納入了《壓力容器安全評定規(guī)范》［3］和我國特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范《壓力容器定期檢驗規(guī)則》［4］。

“九五”和“十五”主要圍繞壓力管道開展了深入的研究工作。“九五”期間，針對工業(yè)管線中近80%的焊縫存在超標(biāo)缺陷的問題，進行了含缺陷壓力管道的安全評定方法研究，研究成果納入了2004年發(fā)布的國家推薦標(biāo)準(zhǔn)《含缺陷壓力容器安全評定》［5］。“十五”期間，針對埋地燃?xì)夤艿榔毡樘幱谄Ｓ诙侣岆U、無奈盲目更新和監(jiān)察無規(guī)范、檢測無手段、評價無方法的高成本、低成效的被動局面，開展了埋地管道不開挖檢測、腐蝕防護效果評價等研究工作，實現(xiàn)了我國燃?xì)庑袠I(yè)變“被動應(yīng)急”為“主動預(yù)防、科學(xué)維護”，研究成果納入了《壓力管道定期檢驗規(guī)則：長輸（油氣）管道》［6］和《壓力管道定期檢驗規(guī)則：公用管道》［7］。

通過“七五”到“十五”期間的研究工作，基本建立了傳統(tǒng)的承壓類特種設(shè)備安全保障技術(shù)體系，其基本技術(shù)路線為通過檢查和檢測發(fā)現(xiàn)缺陷，根據(jù)缺陷情況，按照“合于使用”的原則評定承壓設(shè)備的安全狀況等級，根據(jù)安全狀況等級確定其定期檢驗周期。該體系在解決我國在二十世紀(jì)80年代初期壓力容器和二十世紀(jì)90年代末期工業(yè)管道所面臨的量大面廣的歷史遺留問題，保證承壓設(shè)備的安全使用等方面，發(fā)揮了極大的作用［8］。

2 引入“風(fēng)險”理念，建立基于風(fēng)險的安全保障新體系

隨著我國經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，以及全球經(jīng)濟一體化和我國加入WTO以后帶來的激烈競爭，成套裝置承壓設(shè)備的長周期運行勢在必行。為了實現(xiàn)安全性和經(jīng)濟性統(tǒng)籌兼顧的目標(biāo)，我國于本世紀(jì)初引入了“風(fēng)險”的理念?！笆晃濉逼陂g開展了承壓設(shè)備損傷模式識別、風(fēng)險評估等關(guān)鍵技術(shù)的研究，“十二五”期間對“十一五”的研究工作進行了橫向拓展和縱向深入，圍繞預(yù)知檢測、在線檢測和基于風(fēng)險的管理進行了大量深入的研究，研制了《承壓設(shè)備損傷模式識別》［9］、《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險的檢驗實施導(dǎo)則》［10］、《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評價方法》［11］，《無損檢測 脈沖渦流檢測方法》［12］等國家標(biāo)準(zhǔn)，建立了基于風(fēng)險的承壓設(shè)備安全保障新體系。

與傳統(tǒng)檢驗相比，采用基于風(fēng)險的檢驗（RBI）技術(shù)可更有針對性制訂和優(yōu)化檢驗方案，降低成套裝置承壓設(shè)備的風(fēng)險，合理規(guī)定檢驗周期，節(jié)省檢驗成本。RBI技術(shù)已被《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》［13-14］和《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 工業(yè)管道》［15］采納，實現(xiàn)了我國承壓設(shè)備檢驗理念的重大轉(zhuǎn)變，即從工藝無關(guān)到工藝相關(guān)、從單臺設(shè)備到成套裝置建立系統(tǒng)的檢驗策略、從解決先天不足到防患于未然，從檢測缺陷為先到風(fēng)險和損傷模式識別為先［16］，對于提升承壓類特種設(shè)備長周期運行安全保障技術(shù)和能力具有重要的意義，為政府安全監(jiān)管提供了有力的技術(shù)支撐。據(jù)統(tǒng)計，“十二五”期間在特種設(shè)備數(shù)量增長70%的情況下，萬臺特種設(shè)備死亡率下降了46%［1］，可見基于風(fēng)險的承壓設(shè)備安全保障新體系在提高產(chǎn)品質(zhì)量、保障生產(chǎn)和公共安全、降低事故率等方面發(fā)揮了重要作用。

3 設(shè)備高參數(shù)化，“風(fēng)險評估”體系面臨新挑戰(zhàn)

隨著國際經(jīng)濟形勢快速變化、我國科技自主創(chuàng)新能力提高和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，現(xiàn)有承壓設(shè)備安全保障技術(shù)體系面臨新的挑戰(zhàn)。一是承壓類特種設(shè)備不斷向高參數(shù)方向發(fā)展，設(shè)計邊界不斷拓展，如出口壓力為35MPa，出口溫度達到630℃的電站鍋爐；內(nèi)直徑達5000mm、壁厚達到340mm，工作壓力為20MPa、工作溫度為454℃的煤液化加氫反應(yīng)器；設(shè)計溫度達-253℃的300m3液氫儲罐等。為應(yīng)對設(shè)計邊界的擴展，新型抗氫鋼、耐腐蝕不銹鋼和耐深冷低溫鋼等新材料，纖維纏繞等新結(jié)構(gòu)，應(yīng)變強化、超厚鍛件焊接等新制造技術(shù)大量應(yīng)用。承壓設(shè)備高參數(shù)化帶來了一系列新的問題，如超高壓容器的腐蝕疲勞損傷、高溫容器的蠕變疲勞損傷、深冷容器的脆性斷裂等，對承壓設(shè)備的設(shè)計、制造、使用安全管理和政府安全監(jiān)管都提出了更高要求。

二是復(fù)雜環(huán)境下設(shè)備的損傷機理研究有待進一步深入。由于生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，很多設(shè)備在復(fù)雜介質(zhì)環(huán)境下服役，其失效往往不是單一損傷導(dǎo)致的，如煤化工下游聚甲醛裝置中甲酸+硫酸、甲酸+三聚甲醛，煤化工、制氫裝置中CO2+H2S+Cl，制氫、柴油加氫裝置中Cl-+OH-等復(fù)雜介質(zhì)環(huán)境下的腐蝕，電站鍋爐中高溫腐蝕與磨損、變形組合損傷，都是承壓設(shè)備長周期運行的安全不確定因素。國內(nèi)外普遍采用基于失效模式的設(shè)計方法，復(fù)雜環(huán)境下失效是由哪些損傷機理主導(dǎo)的，其表征方法、主要影響因素和防護措施都是關(guān)注的焦點，有待進一步深入、系統(tǒng)的研究。

三是超期服役承壓設(shè)備不斷增加。由于改革開放以后我國經(jīng)濟快速發(fā)展和需求增加，我國在上世紀(jì)80-90年代興建了一大批石化裝置，如僅1984年就批準(zhǔn)了中石化大慶、揚子、齊魯、鎮(zhèn)海、寧夏、烏魯木齊和上海石化等7個大型項目。當(dāng)時投產(chǎn)的承壓設(shè)備已接近或超過設(shè)備設(shè)計壽命（一般為10～25年），逐步步入老舊階段。盡管法規(guī)規(guī)定超期服役設(shè)備經(jīng)檢驗合格并辦理使用登記證書變更后仍可繼續(xù)使用，但超期服役設(shè)備的損傷累積（如疲勞、材質(zhì)劣化等）更為嚴(yán)重，安全風(fēng)險也將急劇增加。目前對超期服役設(shè)備安全狀況的科學(xué)研究不足，沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)條文對超期服役承壓設(shè)備所需開展的檢驗和評價工作進行詳細(xì)的規(guī)定，導(dǎo)致超期服役設(shè)備的使用和檢驗缺乏有效的依據(jù)和技術(shù)支撐。

此外，隨著政府簡政放權(quán)、行政許可改革、標(biāo)準(zhǔn)化改革等舉措實施，我國已開展特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范和國家標(biāo)準(zhǔn)的精簡整合工作，目標(biāo)是要明確承壓類特種設(shè)備在設(shè)計、制造、使用維護等各環(huán)節(jié)的基本安全要求，厘清法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系，為承壓類特種設(shè)備安全保障體系的完善帶來了新的挑戰(zhàn)。與此同時，互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，也為承壓類特種設(shè)備安全監(jiān)管帶來了一系列新的機遇，如與信息技術(shù)相融合的檢測、監(jiān)測儀器裝備研發(fā)，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的安全監(jiān)管數(shù)據(jù)的采集、傳輸和儲存，以大數(shù)據(jù)、云計算為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析與挖掘等將是未來的研究熱點［17］。

因此，探索將安全保障技術(shù)體系從“風(fēng)險評估”向“風(fēng)險控制和預(yù)防”轉(zhuǎn)變，從承壓設(shè)備的設(shè)計制造等早期階段預(yù)防安全風(fēng)險、在服役階段降低和控制安全風(fēng)險，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對承壓設(shè)備進行科學(xué)高效的安全監(jiān)管，成為“十三五”期間承壓類特種設(shè)備安全科技工作的重點。

4 安全管控關(guān)口前移，探索“風(fēng)險控制和預(yù)防”新業(yè)態(tài)

2016年7月，由中國特種設(shè)備檢測研究院為牽頭單位，由合肥通用機械研究院、西安交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、華東理工大學(xué)、武漢大學(xué)、上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院、寶山鋼鐵股份有限公司、浙江大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、中國石化工程建設(shè)有限公司等29家單位組成的國家特種設(shè)備安全檢測與評價重點領(lǐng)域創(chuàng)新團隊在“公共安全風(fēng)險防控與應(yīng)急技術(shù)裝備”重點專項領(lǐng)域提出的“高參數(shù)承壓類特種設(shè)備風(fēng)險防控與治理關(guān)鍵技術(shù)研究”項目（編號：2016YFC0801900）獲得科技部批準(zhǔn)立項。

該項目總體目標(biāo)為建立高參數(shù)承壓類特種設(shè)備全壽命周期的風(fēng)險防控技術(shù)方法體系，從承壓設(shè)備的設(shè)計制造等早期階段預(yù)防安全風(fēng)險、在服役階段降低和控制安全風(fēng)險，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對承壓設(shè)備進行科學(xué)高效的安全監(jiān)管，構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的承壓設(shè)備宏觀安全風(fēng)險防控和應(yīng)急平臺，使安全管控關(guān)口前移，實現(xiàn)安全保障技術(shù)體系從“風(fēng)險評估”向“風(fēng)險控制和預(yù)防”的重大轉(zhuǎn)變。

該項目針對我國鍋爐、壓力容器和管道等高參數(shù)承壓類特種設(shè)備安全保障重大需求，針對全壽命周期內(nèi)的風(fēng)險防控和治理中存在的科技瓶頸難題，重點研究承壓設(shè)備典型材料組合損傷機理、表征、演化規(guī)律，基于損傷和失效模式、安全狀態(tài)參數(shù)的風(fēng)險控制理論等基礎(chǔ)共性問題，支撐全壽命周期設(shè)計、制造、服役、監(jiān)管各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)研究，主要包括：1）典型材料及焊接接頭的高溫?fù)p傷的定量評價、分級及早期診斷技術(shù)；2）基于失效模式的承壓設(shè)備風(fēng)險防控設(shè)計方法和制造技術(shù)；3）嚴(yán)苛服役環(huán)境下承壓設(shè)備系統(tǒng)風(fēng)險控制技術(shù)（含成套裝置和電站鍋爐）；4）超期服役設(shè)備安全分級、壽命預(yù)測及延壽技術(shù)；5）基于大數(shù)據(jù)的承壓類特種設(shè)備宏觀安全風(fēng)險防控和事故應(yīng)急處置技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)難題。

項目通過分析高參數(shù)下典型材料損傷機理和演化規(guī)律等，為設(shè)計、制造、服役、監(jiān)管等環(huán)節(jié)的風(fēng)險防控技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)。在建造階段，重點研究材料性能控制、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、制造工藝篩選等關(guān)鍵技術(shù)，突出本質(zhì)安全與風(fēng)險預(yù)防；在服役階段，重點研究檢測監(jiān)測、安全評價、壽命預(yù)測、損傷修復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)及儀器裝備，突出風(fēng)險控制與治理；在政府技術(shù)支撐和社會化服務(wù)方面，構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的承壓設(shè)備宏觀安全風(fēng)險防控和應(yīng)急平臺，建立并完善高參數(shù)承壓設(shè)備“設(shè)計、制造、使用、檢驗檢測、政府監(jiān)管”全壽命周期的安全保障技術(shù)體系，項目課題設(shè)置和技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 項目課題設(shè)置和技術(shù)路線

通過該項目的研究工作，預(yù)期形成高參數(shù)承壓設(shè)備設(shè)計制造、在線檢測監(jiān)測、壽命預(yù)測和延壽、風(fēng)險控制、安全監(jiān)管等方面的新方法49項，制修訂特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范5項、國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)12項，研發(fā)試驗裝置、設(shè)備或樣機15臺/套，申請國家發(fā)明專利38項。一方面可以在高溫設(shè)備蠕變疲勞、低溫設(shè)備防脆斷設(shè)計方法和大型LNG接收站中間流體高效汽化器、符合材料高壓容器制造技術(shù)方面擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，打破國外的壟斷，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益；另一方面將實現(xiàn)我國高參數(shù)承壓類特種設(shè)備安全科技工作從“風(fēng)險評估”向“風(fēng)險防控”轉(zhuǎn)變，形成承壓設(shè)備設(shè)計、制造、使用維護、檢驗檢測、政府監(jiān)管等全鏈條風(fēng)險管理的閉環(huán)，顯著提升我國高參數(shù)承壓設(shè)備風(fēng)險防控和治理的技術(shù)能力和裝備，為防止重特大安全事故、促進安全生產(chǎn)和政府安全監(jiān)管提供有力的技術(shù)支撐。

［基金支持：本項目由國家重點研發(fā)計劃2016YFC0801900項目資助］

［1］ 質(zhì)檢總局關(guān)于2015年全國特種設(shè)備安全狀況情況的通報［Z］.

［2］ 陶雪榮，沈功田，俞躍，等.特種設(shè)備安全科技發(fā)展回望［J］.中國特種設(shè)備安全，2015，31（6）：22-32.

［3］ SAPV—95 壓力容器安全評定規(guī)范［S］.

［4］ TSG R7001—2004 壓力容器定期檢驗規(guī)則［S］.

［5］ GB/T 19624 在用含缺陷壓力容器安全評定［S］.

［6］ TSG D7003—2010 壓力管道定期檢驗規(guī)則：長輸（油氣）管道［S］.

［7］ TSG D7004—2010 壓力管道定期檢驗規(guī)則：公用管道［S］.

［8］ 陳鋼，賈國棟，謝鐵軍，等.關(guān)于完善我國壓力容器壓力管道定期檢驗規(guī)范體系的思考［J］.壓力容器，2006，24（8）：40-44.

［9］ GB/T 30579—2014 承壓設(shè)備損傷模式識別［S］.

［10］ GB/T 26610.1～5 承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險的檢驗實施導(dǎo)則［S］.

［11］ GB/T 18182—2012 金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評價方法［S］.

［12］ GB/T 28705—2012 無損檢測 脈沖渦流檢測方法［S］.

［13］ TSG R0004—2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.

［14］ TSG 21—2016 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.

［15］ TSG R0001—2009 壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程長輸管道［S］.

［16］ 邵珊珊，賈國棟，謝國山，等.我國在役承壓設(shè)備檢測評價法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系進展［J］.中國特種設(shè)備安全，2016，32（6）：9-13.

［17］ 劉三江.“互聯(lián)網(wǎng)+”催生特種設(shè)備智能檢驗新業(yè)態(tài)——對新形勢下開展特種設(shè)備檢驗工作的思考［N］.中國質(zhì)量報，2016-3-24（3）.

From Risk Evaluation to Risk Control and Prevention - Research Promotes New Type of Business of Pressurized Equipment Safety Scientific and Technical Study

Shou Binan1Shao Shanshan1Jia Guodong2Xie Guoshan1
（1. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029）
（2. General Administration of Quality Supervision， Inspection and Quarantine of the People's Republic of China Beijing 100088）

From the 7th “Five Years” period， many research achievements （e.g. structure collapse and shakedown analysis， safety assessment of structure containing defects， residual life prediction， risk-based insoection，acoustic emission and electromagnetic nondestructive testing， etc.） have been obtained. The risk-based safety guarantee system of pressurized equipment has been established. However， with the development trend of higher parameter， the increasing quantity of extended service pressurized equipments， the development of internet of things and big data technology， the safety guarantee system faces new opportunities and challenges. During the13th “Five Years” period，the national key research and development program “The key technical research on rish prevention and management of high parameter pressurized equipment” was approved. This program will promote the safety technical study change from “Risk evaluation” to “Risk control and prevention” and usher the new type of business.

High parameter Pressurized equipment Safety guarantee system Risk control and prevention

X924

B

1673-257X（2016）10-0001-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.10.001

壽比南（1957～），男，研究員，從事特種設(shè)備安全和承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)工作。

2016-10-04）