曹邏煒 謝國山 莊法坤

（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

世界上大型事故損失有一半來自于煉油化工行業(yè)，如2005年BP美國煉油廠爆炸，2010年蘭州石化化工廠爆炸等。對石化設(shè)備事故及失效原因的統(tǒng)計結(jié)果顯示：機(jī)械失效41%、自然災(zāi)害6%、操作失誤20%、工藝波動6%、設(shè)計失誤4%、破壞行為/縱火3%、不明原因18%。其中，機(jī)械失效、工藝波動均與檢驗與維護(hù)相關(guān)，占據(jù)比例約達(dá)50%［1-2］。

目前，石油化工設(shè)備管理依托的傳統(tǒng)檢驗?zāi)Ｊ皆趯嵺`過程中存在諸多弊端［3］，包括：

停車檢修期間進(jìn)行，往往僅為滿足法規(guī)要求被動檢驗。

未根據(jù)實際情況和失效模式進(jìn)行有區(qū)別性、針對性地檢測。

檢測過程不分重點，存在某些關(guān)鍵設(shè)備檢驗不足，而低風(fēng)險設(shè)備卻檢驗過度的問題。

檢驗發(fā)現(xiàn)的部分問題難以在檢修期間整改，缺乏預(yù)知性。

裝置的生產(chǎn)計劃檢修周期與法定檢驗周期不一致、不匹配。

停工檢修工期短，急需通過在線檢測的方式實現(xiàn)定期檢驗的要求。

為解決以上問題，亟須結(jié)合當(dāng)前智慧化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化的技術(shù)發(fā)展趨勢，實現(xiàn)檢驗?zāi)Ｊ接蓚鹘y(tǒng)檢驗向預(yù)知性檢驗的轉(zhuǎn)變。

1 基于風(fēng)險的預(yù)知性檢驗

1.1 預(yù)知性檢驗概述

預(yù)知性檢驗是在基于風(fēng)險的檢驗（RBI）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項技術(shù)，它針對設(shè)備延期、登記注冊、隱患排查和優(yōu)化檢驗等目標(biāo)［2］，以TSG-2016 《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱大容規(guī)）為基礎(chǔ)，以損傷模式識別、風(fēng)險分析、腐蝕檢查和流場分析為技術(shù)手段，最終給出最優(yōu)化的檢驗時間、檢驗設(shè)備、檢驗部位和檢驗策略。

1.2 預(yù)知性檢驗主要內(nèi)容

1.2.1 什么時間檢

參照《大容規(guī)》中定期檢驗部分，要求金屬壓力容器一般于投用后3年內(nèi)進(jìn)行首次檢驗，以后的檢驗周期由檢驗機(jī)構(gòu)根據(jù)壓力容器的安全狀況等級給出，一般是安全狀況等級1、2級的每6年檢驗一次，3級每3～6年檢驗一次，4級的監(jiān)控使用且累計監(jiān)控使用時間不得超過3年，安全狀況等級為5級的應(yīng)當(dāng)對缺陷進(jìn)行處理，否則不得繼續(xù)使用。而對于非金屬壓力容器，首檢要求在1年內(nèi)進(jìn)行，按照其安全狀況等級，1級3年一檢，2級2年一檢，3級監(jiān)控使用，累計不超過1年，4級則不得繼續(xù)使用當(dāng)前介質(zhì)［4］。

《大容規(guī)》還規(guī)定了檢驗周期縮短、檢驗周期延長以及無法進(jìn)行或不能進(jìn)行定期檢驗的壓力容器等特殊情況。比如，安全狀況等級為1、2級的金屬壓力容器，當(dāng)介質(zhì)腐蝕速率低于0.1mm/a時且有可靠的耐腐蝕金屬襯里或熱噴涂金屬涂層時，通過1～2次定期檢驗，確認(rèn)腐蝕輕微或者襯里完好，其檢驗周期最長可延長至12年［4］。

但對于實施RBI的壓力容器，可以采用以下方法確定其檢驗周期：

參照上述檢驗周期，根據(jù)壓力容器風(fēng)險水平延長或縮短檢驗周期，但最長不得超過9年（這是基于風(fēng)險的檢驗周期，非定期檢驗周期，下同）。

以壓力容器的剩余使用年限為依據(jù)，檢驗周期最長不超過壓力容器剩余使用年限的一半，并且不得超過9年。

因此，預(yù)知性檢驗的時間需要參考RBI檢驗周期、政府法規(guī)要求，以及工廠整體的大修計劃或周期來綜合制定。

1.2.2 什么設(shè)備檢

預(yù)知性檢驗通過對評估范圍內(nèi)覆蓋設(shè)備的風(fēng)險計算，給出評估設(shè)備的風(fēng)險矩陣，如圖1所示，給出容器、管道和安全閥在高風(fēng)險、中高風(fēng)險、中風(fēng)險和低風(fēng)險的數(shù)量分布，如圖2所示。最終，如圖3所示，在企業(yè)中10%的設(shè)備占據(jù)了94%的風(fēng)險。因此，預(yù)知性檢驗針對的是數(shù)量占比少量的高風(fēng)險、中高風(fēng)險和部分后果稍高的中風(fēng)險設(shè)備，這些設(shè)備的累積風(fēng)險值卻占據(jù)了所有設(shè)備總風(fēng)險的90%以上甚至更高，能極大地節(jié)約檢驗資源［2］。

圖1 評估范圍內(nèi)覆蓋設(shè)備的風(fēng)險矩陣

1.2.3 什么部位檢

不同于基于風(fēng)險的檢驗，預(yù)知性檢驗還需要確定在什么部位檢的問題，這就需要借助損傷模式識別、腐蝕檢查和流場分析等技術(shù)（如圖4），對于腐蝕檢查過程中的重點損傷部位、流場模擬過程中的沖刷或腐蝕嚴(yán)重部位進(jìn)行重點檢驗。

圖2 設(shè)備風(fēng)險數(shù)量分布

圖3 設(shè)備累計風(fēng)險與設(shè)備數(shù)量的關(guān)系

圖4 預(yù)知性檢驗部位確定技術(shù)

1.2.4 什么方法檢

預(yù)知性檢驗的檢驗策略包括在線和停車檢驗檢測。宏觀檢查和壁厚測定是最基本的檢驗方法，損傷模式為應(yīng)力腐蝕開裂的部位或焊縫部位應(yīng)進(jìn)行一定比例的無損檢測。最終需要根據(jù)設(shè)備的損傷模式及不同檢測方法對損傷模式的檢驗有效性來確定檢驗方法。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)選擇應(yīng)用一些檢驗新技術(shù)，如導(dǎo)波檢測（適用于在線檢測或高空、穿越管道的檢測）、TOFD檢測（剩余高壓或大厚壁檢測）、聲發(fā)射檢測（適用于在線檢測）。對于一些材質(zhì)劣化的管道（如高溫蒸汽管道），在金相檢查和硬度檢查后，還可應(yīng)用最新的現(xiàn)場力學(xué)性能在線檢測設(shè)備或小試樣法進(jìn)行表面力學(xué)性能的評估，以判斷強(qiáng)度是否合格。最后，應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況選擇最優(yōu)化的檢驗方法。

1.3 基于風(fēng)險的預(yù)知性檢驗技術(shù)應(yīng)用

北方某石化企業(yè)，針對公司主體煉油裝置，通過預(yù)知性檢驗技術(shù)，共篩查主體裝置中的1 033條管道，占RBI評估總數(shù)4 631條的22%，加上到期應(yīng)檢的管道1 683條總計共篩查了2 716條管道，僅占管道總數(shù)5 163條的52%。在檢驗檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過剩余壽命計算建議對161條管線在大修時對減薄嚴(yán)重部位進(jìn)行了更換。通過預(yù)知檢驗技術(shù)應(yīng)用，直接費用節(jié)省1/3以上［5］。

2 預(yù)知性檢驗相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立

預(yù)知性檢驗技術(shù)得以實施的重要基礎(chǔ)是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，標(biāo)準(zhǔn)體系是與檢驗過程的關(guān)鍵技術(shù)或步驟一一對應(yīng)的，如圖5所示。比如，對應(yīng)檢驗過程中的危險源識別（損傷識別）的是GB/T 30579-2014《承壓設(shè)備損傷模式識別》，對應(yīng)制定檢驗策略的是GB/T 26610《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險的檢驗實施導(dǎo)則》等風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)，缺陷處理這塊對應(yīng)的是《合于使用評價》（報批稿）標(biāo)準(zhǔn)，檢測結(jié)果匯總、檢驗周期這塊又對應(yīng)的是GB/T 33578-2017《成套裝置基于風(fēng)險的檢驗細(xì)則》（乙烯裝置、催化裂化裝置）等成套裝置檢驗實施細(xì)則。

3 預(yù)知性檢驗的智慧管理

預(yù)知性檢驗的智慧管理主要包括四個方面內(nèi)容，即損傷自動識別、風(fēng)險動態(tài)更新、腐蝕超標(biāo)預(yù)警和策略優(yōu)化輸出。

3.1 損傷自動識別

根據(jù)GB/T 30579《承壓設(shè)備損傷模式識別》中的重要損傷描述以及GB/T 26610《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險的檢驗實施導(dǎo)則》中的損傷判別規(guī)則，可以根據(jù)材料類型、環(huán)境狀態(tài)和介質(zhì)情況對設(shè)備損傷及其敏感性進(jìn)行自動識別，如圖6所示。

3.2 風(fēng)險動態(tài)更新

風(fēng)險動態(tài)更新技術(shù)的可行很大程度上取決于該企業(yè)設(shè)備管理和工藝管理的信息化程度。該技術(shù)很重要的一點就是需要通過接口技術(shù)連接企業(yè)已有的各大系統(tǒng)，從中定期獲取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、工藝分析數(shù)據(jù)、腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)、缺陷/故障登記數(shù)據(jù)以及設(shè)備基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)的滾動更新（如圖7），從而達(dá)到設(shè)備風(fēng)險的動態(tài)計算。

3.3 腐蝕超標(biāo)預(yù)警

根據(jù)靜設(shè)備腐蝕監(jiān)控數(shù)據(jù)接口，可定期讀入EM系統(tǒng)中的在線測厚、腐蝕探針、離線測厚人工輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)置的腐蝕超標(biāo)厚度臨界值，系統(tǒng)就可以自動預(yù)警設(shè)備的腐蝕超標(biāo)情況，如圖8所示。

3.4 策略優(yōu)化輸出

圖5 檢驗過程與對應(yīng)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)［3］

圖6 損傷及其敏感性自動判別［5］

圖7 用于風(fēng)險動態(tài)更新的靜設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)控接口情況［5］

圖8 腐蝕超標(biāo)預(yù)警模塊［5］

預(yù)知性檢驗智慧管理中的策略優(yōu)化輸出主要包括檢驗周期（檢驗時間）、檢驗設(shè)備、檢驗部位和檢驗方法等內(nèi)容。檢驗周期可以綜合法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和基于動態(tài)風(fēng)險的推薦周期綜合確定；檢驗設(shè)備主要考慮動態(tài)風(fēng)險計算過程中的高風(fēng)險、中高風(fēng)險以及部分高后果的中風(fēng)險設(shè)備，因為風(fēng)險是動態(tài)更新的，所以檢驗設(shè)備的輸出也會隨著時間有所變化；檢驗部位的確定取決于腐蝕探針、在線測厚等手段的布置密度，系統(tǒng)無法在這一塊優(yōu)化升級，根據(jù)以上信息，再結(jié)合RBI標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)針對不同損傷機(jī)理和不同風(fēng)險的設(shè)備可以給出最優(yōu)化的檢驗方法。

4 展望

將設(shè)備基于風(fēng)險的預(yù)知性檢驗與停工腐蝕檢查、在線或離線狀態(tài)監(jiān)測、失效分析、壽命評估、判廢、故障搶修處理等專業(yè)管理工作進(jìn)行整合，將專業(yè)技術(shù)與信息化技術(shù)結(jié)合，并與客戶現(xiàn)有信息管理系統(tǒng)相銜接和信息分享，依托標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)設(shè)備預(yù)知性檢驗及后續(xù)評價管理的信息化、標(biāo)準(zhǔn)化和智慧化。

［1］沈功田，賈國棟，錢劍雄. 特種設(shè)備安全與節(jié)能2025科技發(fā)展戰(zhàn)略［M］. 北京：中國質(zhì)檢出版社&中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

［2］曹邏煒. 成套裝置預(yù)知性檢驗［R］. 第三屆國際檢驗檢測技術(shù)與裝備博覽會特種設(shè)備專題會，2015.

［3］賈國棟. 構(gòu)建智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化為一體的石化裝置維護(hù)保障新型模式與管理機(jī)制［R］. 中石化系統(tǒng)培訓(xùn)材料，2014.

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

［5］曹邏煒. 靜設(shè)備預(yù)知維修智能管理系統(tǒng)［R］.2015.