林建東,喬光譜

(1.福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建泉州 362800;2.合肥通用機(jī)械研究院有限公司，合肥 230031)

0 引言

安全閥是一種用來防止受壓設(shè)備發(fā)生超壓事故的安全保護(hù)裝置，在使用過程中必須滿足準(zhǔn)確開啟、穩(wěn)定排放、及時(shí)關(guān)閉、密封可靠的要求。某公司是一家擁有煉油能力1 400萬噸/年，乙烯產(chǎn)能110萬噸/年，芳烴產(chǎn)能77萬噸/年的大型石油化工一體化公司，按照“宜烯則烯、宜芳則芳、宜油則油”的原則，實(shí)現(xiàn)煉油、芳烴與乙烯一體化，同時(shí)擁有一套以脫油瀝青為原料,POX部分氧化技術(shù)的IGCC裝置公用工程島，為一體化裝置提供氫氣、蒸汽和電能。該公司一體化項(xiàng)目自2009年6月建成投產(chǎn)，2013年乙烯脫瓶頸建設(shè)，已累計(jì)運(yùn)行約11年。裝置運(yùn)行周期達(dá)到5年一大修，之前安全閥每年一校驗(yàn)，花費(fèi)大量的檢維修費(fèi)用和人力資源，急需一種新技術(shù)以改變現(xiàn)有的安全閥校驗(yàn)策略，提高風(fēng)險(xiǎn)管理的水平。

從國(guó)內(nèi)首套裝置實(shí)施基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(RBI)技術(shù)至今，該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用20余年。RBI技術(shù)在安全閥評(píng)估上的應(yīng)用,不僅提高了定期檢驗(yàn)維護(hù)的針對(duì)性和有效性，同樣對(duì)于企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理水平的提高，管理費(fèi)用的優(yōu)化配置，裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行也有促進(jìn)作用[1-6]。

1 法規(guī)要求

1999年頒布的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[7]中要求安全閥一般每年至少校驗(yàn)一次，同時(shí)要報(bào)省級(jí)安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)審批。TSG R7001—2004 《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》規(guī)定：經(jīng)過使用單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，可以適當(dāng)延長(zhǎng)校驗(yàn)周期，但是，應(yīng)當(dāng)將延期校驗(yàn)情況書面告知發(fā)證機(jī)構(gòu)；GB/T 26610—2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則》[8-9]中給出了安全閥基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)策略；TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[10]融合了7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，包括使用管理規(guī)則、定期檢驗(yàn)及安全附件等，刪去了安全閥延長(zhǎng)校驗(yàn)周期需要告知政府的條款。

該公司安全閥一般每年校驗(yàn)一次，每臺(tái)安全閥都有一一對(duì)應(yīng)的維修記錄，積累了安全閥使用和維修的大量歷史數(shù)據(jù)。近幾年該公司安全閥一次定壓合格率不斷提高，為開展安全閥RBI評(píng)估工作創(chuàng)造條件。

2 安全閥的RBI評(píng)估技術(shù)

RBI技術(shù)是一種優(yōu)化檢維修策略的方法，其基礎(chǔ)理念是實(shí)現(xiàn)裝置安全性與運(yùn)行檢維修經(jīng)濟(jì)性相統(tǒng)一，其準(zhǔn)確性和可實(shí)施性解決了裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的困擾，特別是安全閥RBI技術(shù)的多年工程應(yīng)用，其成果已逐步得到業(yè)界的認(rèn)可，并在國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展。

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(失效概率)和危險(xiǎn)事件發(fā)生所產(chǎn)生的后果(失效后果)。風(fēng)險(xiǎn)大小可以用下面公式[11]描述：

安全閥風(fēng)險(xiǎn)=失效概率×失效后果

2.1 安全閥失效可能性確定

對(duì)于在役承壓系統(tǒng)中的安全閥，其主要的失效模式分為兩大類：開啟失效(超壓開啟、提前開啟等)和泄漏失效。

根據(jù)安全閥失效狀況調(diào)查結(jié)果，安全閥在使用中可能的失效模式主要分為以下6種： 安全閥運(yùn)動(dòng)件黏死而無法開啟；安全閥腔體堵塞而無法開啟；安全閥運(yùn)動(dòng)件黏附，開啟壓力升高；安全閥彈簧斷裂無法關(guān)閉；安全閥開啟壓力降低；密封面泄漏。文獻(xiàn)[12]給出了不同失效模式安全閥的失效分布，如圖1所示。

圖1 不同失效模式安全閥的失效分布

根據(jù)2019年安全閥校驗(yàn)記錄，安全閥失效集中在開啟壓力降低(4.4%～6.5%)，嚴(yán)重泄漏(主要集中在蒸汽安全閥)；安全閥開啟壓力(較文獻(xiàn)[10]統(tǒng)計(jì)結(jié)果低，實(shí)際值約1%，這與蒸汽質(zhì)量和安全閥投用時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān))升高、安全閥彈簧斷裂低于5例。根據(jù)GB/T 26610.4—2014[13]，安全閥失效有兩種可能性。安全閥開啟失效可能性和安全閥泄漏可能性，安全閥開啟失效可能性(POFOD)計(jì)算方法：

(1)

式中t——校驗(yàn)周期；

η，β——Weibull 特征壽命參數(shù)、形狀參數(shù)。

2.2 安全閥失效后果確定

(2)

2.3 安全閥校驗(yàn)時(shí)間確定原則

安全閥是防止壓力容器和管道在生產(chǎn)過程中發(fā)生超壓事故的安全泄壓裝置，其中彈簧直接載荷式安全閥使用最為普遍。根據(jù)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[10]和TSG ZF001—2006《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[14]的規(guī)定，對(duì)滿足相關(guān)條件的安全閥可適當(dāng)延期校驗(yàn)。基于RBI方法開展在役安全閥的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的高低，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)周期縮短；風(fēng)險(xiǎn)低的安全閥采取適當(dāng)延長(zhǎng)其停機(jī)校驗(yàn)周期的檢驗(yàn)策略。

3 安全閥RBI評(píng)估結(jié)果

3.1 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)情況

2019年公司委托具有資質(zhì)的合肥通用機(jī)械研究院特種設(shè)備檢驗(yàn)站有限公司對(duì)煉油一、煉油二、烯烴、芳烴、聚烯烴、公用工程等6個(gè)業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)開展安全閥RBI評(píng)估，共計(jì)評(píng)估3 189臺(tái)。每個(gè)業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)安全閥RBI評(píng)估清單見表1。

表1 安全閥評(píng)估清單

通過RBI評(píng)估，得到所評(píng)估3 189臺(tái)安全閥分別在2020年、2021年、2022年及2023年的風(fēng)險(xiǎn)分布情況，其對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)矩陣見圖2。

(a)2020年

隨著時(shí)間的推移,安全閥因?yàn)樗幏郗h(huán)境沒有改變，失效后果不變；而失效可能性會(huì)逐步變大,在矩陣圖上表現(xiàn)為每一列數(shù)據(jù)逐漸向上遷移。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，得到該3 189臺(tái)安全閥的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布，見圖3。

圖3 安全閥風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)統(tǒng)計(jì)

3.2 經(jīng)濟(jì)性分析

從安全閥RBI評(píng)估結(jié)果可以得出，高風(fēng)險(xiǎn)比例占3.57%；中高風(fēng)險(xiǎn)比例占20.53%；中風(fēng)險(xiǎn)比例占40.63%；低風(fēng)險(xiǎn)比例占35.27%。

結(jié)合安全閥的介質(zhì)特點(diǎn)、腐蝕情況、歷史運(yùn)行和維修記錄，根據(jù)評(píng)估年份所對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，若安全閥的風(fēng)險(xiǎn)為低風(fēng)險(xiǎn)，則校驗(yàn)周期最長(zhǎng)一般不超過4年；若安全閥的風(fēng)險(xiǎn)為中風(fēng)險(xiǎn)，則校驗(yàn)周期一般為3年；若安全閥的風(fēng)險(xiǎn)為中高風(fēng)險(xiǎn)，則校驗(yàn)周期一般為2年；若安全閥的風(fēng)險(xiǎn)為高風(fēng)險(xiǎn)，則校驗(yàn)周期一般為1年。6個(gè)團(tuán)隊(duì)安全閥RBI評(píng)估后，安全閥校驗(yàn)周期調(diào)整如表2所示。

表2 安全閥校驗(yàn)周期調(diào)整統(tǒng)計(jì)

安全閥延期檢驗(yàn)為公司節(jié)約檢維修費(fèi)用、安全閥校驗(yàn)人工時(shí)和操作員人工時(shí)，具體的節(jié)約費(fèi)用及人工時(shí)見表3。

表3 安全閥RBI評(píng)估節(jié)約的費(fèi)用及人工時(shí)

注：節(jié)約檢維修費(fèi)用包括吊裝費(fèi)、拆裝費(fèi)、材料費(fèi)及腳手架費(fèi)用；節(jié)約校驗(yàn)人工時(shí)是指對(duì)安全閥解體、研磨、恢復(fù)及定壓時(shí)間的總和，每臺(tái)按3個(gè)人工/時(shí)；節(jié)約操作員人工時(shí)指開具作業(yè)票、安全閥切出、排空、氣體檢測(cè)、投用及打鉛封時(shí)間的總和，每臺(tái)按1.5個(gè)人工/時(shí)；作業(yè)票包括一般作業(yè)票、打開設(shè)備作業(yè)票、吊裝作業(yè)票、高處作業(yè)票、腳手架作業(yè)票

由于一年內(nèi)需要校驗(yàn)的安全閥數(shù)量大幅減少，相較于之前一年一校的管理理念，通過安全閥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)一些低風(fēng)險(xiǎn)、低失效后果安全閥采取延長(zhǎng)校驗(yàn)的方法，使得2020年全年預(yù)計(jì)節(jié)約檢維修費(fèi)用近475.4萬元，即使根據(jù)評(píng)估結(jié)果到期校驗(yàn)后繼續(xù)按照一年一校的要求進(jìn)行校驗(yàn)，第4年仍能節(jié)約11.2萬元的檢維修費(fèi)用，同時(shí)，人工成本大幅減少，節(jié)約下來的人力資源可以專注于高風(fēng)險(xiǎn)、高失效安全閥的管理維護(hù)，提高生產(chǎn)裝置的管理水平，保障裝置的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

4 結(jié)論

(1)基于風(fēng)險(xiǎn)管理的理念，安全閥的日常管理引入定量RBI的分析方法，從每臺(tái)安全閥的失效可能性及失效后果來得到優(yōu)化的校驗(yàn)周期，可作為安全閥延期校驗(yàn)依據(jù)，避免低風(fēng)險(xiǎn)安全閥重復(fù)校驗(yàn)所占用的大量財(cái)力、物力、人力，使企業(yè)有更多的精力來進(jìn)行高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域設(shè)備的安全管理。

(2)基于風(fēng)險(xiǎn)的安全閥校驗(yàn)管理，可大大降低檢維修費(fèi)用，文中一年期安全閥檢維修費(fèi)用可節(jié)約近475.4萬元，大批量安全閥的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估經(jīng)濟(jì)效益愈發(fā)明顯，且人力資源得到解放，節(jié)約下來的有限資源用于高風(fēng)險(xiǎn)安全閥的管理，可提高企業(yè)資源配置，保障裝置運(yùn)行的本質(zhì)安全。

(3)對(duì)于目前的大型煉化企業(yè)，無論是裝置生產(chǎn)的連續(xù)性的要求，還是長(zhǎng)周期運(yùn)行的需要，都使得安全閥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)的合理運(yùn)用變得更加具有實(shí)際意義。