陳剛，張充霖 (中海石油技術(shù)檢測有限公司，天津 300452)

0 引言

海上壓力容器是海洋油氣生產(chǎn)、處理和儲存的重要設(shè)備，由于外部環(huán)境及容器內(nèi)部介質(zhì)的雙重作用，海上壓力容器在生產(chǎn)使用過程中面臨腐蝕減薄及應力集中開裂等運行風險，一旦發(fā)生泄漏或斷裂極有可能釀成火災、爆炸及環(huán)境污染等重大事故，使生命及財產(chǎn)遭受嚴重損失，因此定期開展海上壓力容器檢驗和評估已成為迫切需求。

1 RBI評估技術(shù)

基于風險的檢驗技術(shù)，即Risk based Inspection技術(shù)，是以可能發(fā)生介質(zhì)泄漏而損壞的設(shè)備為分析對象，以設(shè)備檢驗檢測為主要手段的風險評估和管理過程。對比傳統(tǒng)的檢驗檢測方法，RBI技術(shù)通過計算評價對象的經(jīng)濟、安全方面潛在的風險，根據(jù)不同的失效機理確定相應的檢驗策略以指導檢驗。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：設(shè)備的失效風險平均分配，約80%～90%的風險由10%～20%的設(shè)備承擔[1-2]。

傳統(tǒng)的檢驗技術(shù)和RBI檢驗技術(shù)的比較如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)檢驗和RBI的比較

從上圖可以看出：

(1)完成同等程度的檢驗，RBI的風險要小于傳統(tǒng)檢驗；

(2)在同等風險水平上，RBI的檢驗量要小于傳統(tǒng)檢驗。

傳統(tǒng)檢驗方法對于檢查設(shè)備使用狀況和確保設(shè)備的完整性而言至關(guān)重要，但對于準確估計后續(xù)檢驗工作量來說難度很大。RBI技術(shù)將設(shè)備在使用期間可能發(fā)生的風險與設(shè)備在役檢驗相聯(lián)系。采用風險分析方法，將流程中全部的設(shè)備按風險高低進行排序，在此基礎(chǔ)上，針對計算發(fā)現(xiàn)的高風險設(shè)備，按照其損傷的特點，采用針對性檢驗方法進行檢驗，從而顯著降低設(shè)備風險。

2 應用實例

以某海上平臺為例進行RBI評估分析。平臺容器共7臺(如表1所示)，評估軟件為Synergi Plant RBI Offshore軟件。

表1 容器清單

2.1 建立RBI數(shù)據(jù)庫

建立RBI數(shù)據(jù)庫包括資料搜集與數(shù)據(jù)采集。資料收集主要包括以下資料：

(1)設(shè)計、竣工資料：主要包括容器竣工圖、計算書、質(zhì)量證明書、檢驗資料、現(xiàn)場銘牌及設(shè)備和中控流程圖照片等；

(2)工藝資料：主要包括容器的操作壓力、操作溫度、工藝流程圖、PID圖、出口及入口的介質(zhì)、流速、取樣處化學分析報告等；

(3)操作資料：包括操作規(guī)程與操作運行記錄；

(4)腐蝕調(diào)查：包括關(guān)鍵設(shè)備、潛在失效模式和以往發(fā)生事故及事故原因；

(5)后果相關(guān)資料：包括設(shè)備資產(chǎn)明細、平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙、平臺人數(shù)、維修成本和停產(chǎn)損失等。

數(shù)據(jù)采集是指從搜集到的資料中進行提取和整合，即依據(jù)PFD圖，了解和掌握整個裝置的工藝流程和關(guān)斷設(shè)置，進行RBI分析的設(shè)備將根據(jù)PID輸入，按照工藝流程順序輸入到數(shù)據(jù)采集表中，數(shù)據(jù)錄入前須審核數(shù)據(jù)的準確性以及相關(guān)數(shù)據(jù)的一致性，并整理成RBI計算專用數(shù)據(jù)庫。

2.2 可疑區(qū)劃分

對于可疑區(qū)劃分，原則如下：當某隔離段的容器或接管失效泄漏時，只有此存量組中的物料會泄漏，其它隔離段中物料由于緊急切斷裝置的作用而不會泄漏。因此，任意隔離段中容器或接管發(fā)生失效時，其失效后果按照該段內(nèi)的物流泄漏量及泄漏速率進行計算。

2.3 后果區(qū)劃分

海洋平臺作為一個龐大的油氣生產(chǎn)系統(tǒng)可實現(xiàn)一系列完整的生產(chǎn)過程，而各個分系統(tǒng)又可獨立劃分為單獨的生產(chǎn)系統(tǒng)。海洋平臺平面圖為進行后果區(qū)域劃分的基礎(chǔ)，防爆墻的防爆等級和設(shè)置位置決定了后果區(qū)域的劃分方式，一般做法是將防爆等級為A60以上的防爆墻當作后果區(qū)域的劃分依據(jù)。

2.4 腐蝕回路劃分

腐蝕回路的劃分原則是將腐蝕機理相同 (材料、介質(zhì)相同，溫度在同一腐蝕機理范圍內(nèi)、保溫情況相同) 且彼此相連的設(shè)備劃分為一個腐蝕回路。根據(jù)海上平臺容器腐蝕機理及腐蝕機理識別方法，結(jié)合物流數(shù)據(jù)和相關(guān)流程、最新介質(zhì)取樣化驗數(shù)據(jù)、腐蝕分析報告、設(shè)備的材質(zhì)和介質(zhì)、操作壓力和操作溫度，最終判斷壓力容器的腐蝕類別并劃分腐蝕回路。

2.5 風險計算

2.5.1 風險計算原理

容器的風險有兩部分組成：一個是評價單元的失效概率；另一個是評價單元的失效后果。風險R(t)的計算公式如下所示：

式中：Pf(t)為失效概率，反映了容器預期的失效可能性大?。籆(t)為失效后果。

以上可見，風險是時間累積的函數(shù)，隨著壁厚減薄、裂紋或其它損傷機理在運行時間上的積累，損傷因子逐漸增大。當設(shè)備或單元存在多個損傷機理時，各損傷機理分別計算，得到一個與時間相關(guān)的風險。通過對比各損傷機理對應的風險，選取最高的風險作為該設(shè)備或單元的風險。

文章利用Synergi Plant RBI Offshore軟件進行定量分析時，從經(jīng)濟損失大小和安全水平高低對容器進行風險分析，結(jié)果以經(jīng)濟風險和安全風險的形式體現(xiàn)。

2.5.2 可能性計算

RBI分析對失效可能性的計算是設(shè)定設(shè)備的損傷速度超過預期值即可能發(fā)生未預料的災難性事故，并根據(jù)檢驗方法對檢出各種不同形式損傷及損傷速率的有效性來確定置信度。失效可能性采用極限狀態(tài)分析與可靠性指數(shù)法求得。

損傷速率模型可分為四類，即可忽略模型、未知模型、速率模型和敏感性模型。

2.5.3 失效后果計算

失效后果按照泄漏流體物料的性質(zhì)與數(shù)量進行計算，物料泄出量與泄出速率的影響因素為失效孔徑大小、操作壓力以及流體粘度與密度。設(shè)備常見的失效機理易導致在每一設(shè)備中發(fā)生泄漏，中等孔或大孔的失效、或發(fā)生破裂，須分別對各種失效形式進行計算，分析失效后果，再根據(jù)不同失效形式所造成后果的加權(quán)影響計算總的后果大小。

2.5.4 風險可接受準則

文章風險可接受準則如下所示：

——安全可接受風險準則以PLL表示，每年每部件0.000001；

——經(jīng)濟可接受風險準則以經(jīng)濟損失表示，每年每部件USD3000。

2.5.5 風險矩陣

風險排序，采用了5×5矩陣圖的方法，縱向失效可能性按失效可能性系數(shù)劃分1、2、3、4、5五個等級，橫向失效后果按失效后經(jīng)濟損失或安全影響劃分為A、B、C、D、E五個等級。經(jīng)過計算，得到容器的經(jīng)濟和安全風險矩陣如圖2和3所示。

圖2 當前經(jīng)濟風險

圖3 當前安全風險

2.5.6 風險分析結(jié)果

經(jīng)過計算分析及匯總，得到每臺容器最嚴重的經(jīng)濟風險等級和安全風險等級。平臺容器中不存在極高風險、低風險和極低風險設(shè)備；風險為高風險的設(shè)備有3臺，分別為計量加熱器EH-1301、生產(chǎn)加熱器EH-2001、生產(chǎn)分離器V-2001；風險為中風險的設(shè)備有4臺。

3 結(jié)語

(1)文章共詳細分析了7臺壓力容器，共劃分為109個評價單元。

(2)基于安全和經(jīng)濟風險分析結(jié)果，容器中不存在極高風險、低風險和極低風險設(shè)備；風險為高風險的設(shè)備有3臺，分別為計量加熱器EH-1301、生產(chǎn)加熱器EH-2001、生產(chǎn)分離器V-2001；風險為中風險的設(shè)備有4臺。

(3)平臺容器的驅(qū)動風險水平變化的主要腐蝕機理是外部腐蝕、水腐蝕和微生物腐蝕。針對外部腐蝕，應加強日常巡檢檢查設(shè)備的保溫覆蓋情況，發(fā)生破損應對外部涂層進行檢查并將設(shè)備恢復到完全保護的狀態(tài)。此外還應定期對重點部位的外涂層進行開孔監(jiān)測，保證外部涂層隨時處于完整的狀態(tài)。針對微生物腐蝕，應加強對設(shè)備內(nèi)流速較低區(qū)域和死角的監(jiān)測，通過在確認存在微生物腐蝕的流程中添加殺菌劑來控制微生物的繁殖。針對水腐蝕，建議控制碳鋼材質(zhì)容器內(nèi)海水、閉排水的流速在合理范圍，并在容器內(nèi)表面涂敷內(nèi)部涂層，使被保護表面與介質(zhì)機械隔離而控制水腐蝕。