趙曉隆，劉 哲，李 捷

（1.甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，甘肅 蘭州 730000；2.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京 100000）

1 概述

完整性管理于21 世紀(jì)初經(jīng)油氣管道企業(yè)引入國(guó)內(nèi)用于長(zhǎng)輸油氣管道的線路管理。自行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 7974—2014《油氣管道完整性管理實(shí)施指南》，轉(zhuǎn)化為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》，進(jìn)而于2019 年發(fā)布國(guó)內(nèi)主導(dǎo)的國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)ISO 19345《管道完整性管理規(guī)范》，形成了覆蓋站外管道線路設(shè)計(jì)建設(shè)、運(yùn)行、廢棄處置全周期的管理技術(shù)流程，并在油氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)日益發(fā)揮出對(duì)安全和效益的重要積極作用。2016 年，石油石化上游開(kāi)發(fā)企業(yè)響應(yīng)政策引導(dǎo)、吸納儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的先進(jìn)管理方式，在推行集輸管道線路完整性管理的同時(shí)，開(kāi)展站場(chǎng)完整性管理科研攻關(guān)，摸索建立適用于油氣田站場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備的完整性管理體系。針對(duì)油氣田站場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施，借鑒資產(chǎn)完整性管理理念，通過(guò)科學(xué)的分析評(píng)價(jià)和檢測(cè)維修將風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受的范圍內(nèi)，并優(yōu)化管理成本的投入。

經(jīng)歷多年試點(diǎn)研究和實(shí)踐，已形成了一系列站場(chǎng)完整性管理技術(shù)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)管理、腐蝕控制、風(fēng)險(xiǎn)分析和優(yōu)化后的檢維修手段，有效降低設(shè)備設(shè)施失效率、故障率，控制管理成本投入，提升站場(chǎng)安全管理水平。

2 技術(shù)現(xiàn)狀

相對(duì)于長(zhǎng)輸油氣管道，油氣田站場(chǎng)設(shè)備類(lèi)型復(fù)雜，完整性管理所需的分析評(píng)價(jià)、檢測(cè)維修技術(shù)各異，且須考慮與傳統(tǒng)管理方式的結(jié)合，尚未形成完備的技術(shù)方法和管理體系。目前，國(guó)際管道研究理事會(huì)等紛紛設(shè)立項(xiàng)目開(kāi)展站場(chǎng)設(shè)備完整性管理的相關(guān)研究應(yīng)用；部分理事會(huì)成員初步形成了各自體系實(shí)施設(shè)備設(shè)施完整性管理。國(guó)內(nèi)在站場(chǎng)的危險(xiǎn)與可操作性（HAZOP）分析、后果定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（QRA）等評(píng)估技術(shù)，在站場(chǎng)設(shè)施檢測(cè)與完整性評(píng)價(jià)、內(nèi)外腐蝕控制、泵/壓縮機(jī)組故障診斷等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展大量科研攻關(guān)，優(yōu)化了靜設(shè)備基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)（RBI）、轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備和電器儀表以可靠性為中心的維修（RCM）、安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級(jí)（SIL）評(píng)價(jià)等完整性管理技術(shù)的應(yīng)用策略，并通過(guò)在油氣田站場(chǎng)實(shí)踐逐步建立站場(chǎng)完整性管理框架、完善實(shí)施流程。歐美管道企業(yè)或團(tuán)體已有專(zhuān)業(yè)設(shè)備失效數(shù)據(jù)庫(kù)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件化的多年應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)亦有搭建站場(chǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、失效數(shù)據(jù)庫(kù)和完整性管理信息化的有益嘗試。國(guó)外管道完整性管理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有涉及管道站場(chǎng)完整性管理的大致原則和部分專(zhuān)業(yè)技術(shù)，如API 1160 指出站場(chǎng)完整性管理模式應(yīng)與長(zhǎng)輸管道模式相似，API 353 提出地面儲(chǔ)罐設(shè)施危害識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，但均未提及站場(chǎng)完整性管理完整技術(shù)體系和實(shí)施的方法步驟[2]。國(guó)內(nèi)大型企業(yè)均在開(kāi)展設(shè)備設(shè)施完整性管理實(shí)踐基礎(chǔ)上逐步建立各自體系，如2013 年中海油《設(shè)備設(shè)施完整性管理體系》，2017 年中石油“一規(guī)三則”，但迄今尚未提出支撐油氣田站場(chǎng)設(shè)備完整性管理的系統(tǒng)、完善的標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范體系。

3 管理體系

3.1 管理原則

風(fēng)險(xiǎn)管理是資產(chǎn)完整性管理的有效途徑，即識(shí)別資產(chǎn)運(yùn)行面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素，分析評(píng)估資產(chǎn)的適應(yīng)性和可靠性，制定實(shí)施基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)和維修維護(hù)策略，將資產(chǎn)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)水平控制在合理可接受的范圍內(nèi)。站場(chǎng)設(shè)備完整性管理是站場(chǎng)管理單位通過(guò)分析各類(lèi)設(shè)備的失效/故障模式及持續(xù)識(shí)別分析運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)因素，借助檢測(cè)技術(shù)評(píng)價(jià)設(shè)備的適用性和可靠性狀態(tài)，制定和實(shí)施最優(yōu)化的維修維護(hù)等風(fēng)險(xiǎn)控制措施，達(dá)到以經(jīng)濟(jì)合理的管理成本持續(xù)減少安全事故、改進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)管理水平的目的。資產(chǎn)完整性指正常運(yùn)行條件下資產(chǎn)應(yīng)有的機(jī)能狀態(tài)，資產(chǎn)在物理、功能上是均完整的，其風(fēng)險(xiǎn)和可靠性處于受控狀態(tài)。資產(chǎn)的使用單位通過(guò)科學(xué)合理的檢測(cè)、分析評(píng)價(jià)和維修改造保證其完整性，防止失效和故障的發(fā)生。資產(chǎn)完整性管理（Asset Integrity Management）技術(shù)是面向?qū)ο笕珘勖芷诘墓芾矸绞剑鶕?jù)設(shè)備的類(lèi)型、重要性、失效機(jī)理、故障模式等特征，制定優(yōu)化測(cè)試和檢測(cè)維修策略，并含管理效果驗(yàn)證改進(jìn)。并非單一管理方式，而是權(quán)衡管理投入與風(fēng)險(xiǎn)可接受性基礎(chǔ)上的綜合管理方式，可包括故障維修、計(jì)劃性維修、預(yù)防性維修、劃分優(yōu)先級(jí)的維修、基于風(fēng)險(xiǎn)的維修等。

3.2 體系組成

設(shè)備資產(chǎn)的管理體系通常由管理功能平臺(tái)（含數(shù)據(jù)庫(kù)）、管理體系文件、技術(shù)方法3 個(gè)重要部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)管理與功能平臺(tái)通常以完整性管理系統(tǒng)平臺(tái)的整體呈現(xiàn)。完整性管理是基于大量數(shù)據(jù)的管理方式，根據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)模型建立數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)站場(chǎng)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)管理所需的各類(lèi)數(shù)據(jù)項(xiàng)目與檢測(cè)、監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)等，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。功能平臺(tái)用于完整性管理過(guò)程中數(shù)據(jù)采集、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、檢測(cè)維護(hù)、效能評(píng)價(jià)等各環(huán)節(jié)工作的信息化和自動(dòng)化管理，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分析和檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果生成設(shè)備維修維護(hù)策略，為管理決策和工單執(zhí)行提供支持。站場(chǎng)設(shè)備的完整性管理須基于“三維空間+時(shí)間軸”的“四維”方式呈現(xiàn)，即實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)設(shè)備布置的三維空間關(guān)系和隨時(shí)間變化的各類(lèi)數(shù)據(jù)信息（如質(zhì)量安全狀況或風(fēng)險(xiǎn)水平的改變）[3]。廣義的管理體系文件包含法律規(guī)章和企業(yè)管理制度，其中企業(yè)的管理制度依據(jù)ISO 9001 質(zhì)量管理體系相關(guān)要求可分為總則（質(zhì)量手冊(cè)）、程序文件、操作規(guī)程和記錄文檔共4 個(gè)層級(jí)。技術(shù)方法用于實(shí)現(xiàn)各管理環(huán)節(jié)的主要目的，如站場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)、設(shè)備安全質(zhì)量狀況的檢驗(yàn)檢測(cè)、安全聯(lián)鎖功能的可靠性等級(jí)評(píng)估等。站場(chǎng)設(shè)備完整性管理涉及的技術(shù)專(zhuān)業(yè)廣泛，且隨工作對(duì)象和技術(shù)的自身更迭而持續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新如圖1 所示。

圖1 站場(chǎng)設(shè)備完整性管理循環(huán)

4 工作流程

站場(chǎng)設(shè)備完整性管理流程可劃分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、風(fēng)險(xiǎn)與需求分析、完整性與可靠性評(píng)價(jià)驗(yàn)證、風(fēng)險(xiǎn)消減策略制定實(shí)施、效能評(píng)價(jià)5 個(gè)主要環(huán)節(jié)并循環(huán)執(zhí)行。（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集：通過(guò)原始資料審查或現(xiàn)場(chǎng)獲取等方式收集風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，及后續(xù)管理周期比對(duì)的歷史數(shù)據(jù)。（2）風(fēng)險(xiǎn)與需求分析：評(píng)價(jià)站場(chǎng)總體風(fēng)險(xiǎn)、各設(shè)備單元、子系統(tǒng)或部件風(fēng)險(xiǎn)（失效可能性、失效后果），及分析對(duì)設(shè)備可靠性（失效率或故障率）的需求水平。（3）完整性與可靠性評(píng)價(jià)：采用相應(yīng)技術(shù)方法，結(jié)合所需的檢測(cè)手段獲取狀態(tài)數(shù)據(jù)，分析評(píng)價(jià)或驗(yàn)證設(shè)備的適用性、可靠性。（4）風(fēng)險(xiǎn)消減策略制定實(shí)施：依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)、可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果，制定或優(yōu)化針對(duì)設(shè)備失效或故障的風(fēng)險(xiǎn)管控策略，權(quán)衡風(fēng)險(xiǎn)水平及措施成本投入。（5）效能評(píng)價(jià)：基于分析評(píng)價(jià)和措施執(zhí)行的成本、效果等表征指標(biāo)，評(píng)估本管理周期的措施策略的實(shí)施效果，查找問(wèn)題并形成針對(duì)下一管理周期的改進(jìn)建議。由于通行的基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)維修程序（RIMAP，Risk Based Inspection and Maintenance Procedures）中，對(duì)于不同設(shè)備類(lèi)型有相應(yīng)適應(yīng)的方法流程（如靜設(shè)備基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)、動(dòng)設(shè)備以可靠性為中心的維護(hù)、安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級(jí)評(píng)價(jià)等），所以站場(chǎng)設(shè)備的完整性管理程序?qū)o、動(dòng)、安全聯(lián)鎖等設(shè)備類(lèi)型均有相應(yīng)工作流程如圖2 所示。

圖2 站場(chǎng)設(shè)備完整性管理工作流程

5 工程實(shí)踐

5.1 靜設(shè)備RBI 檢測(cè)與評(píng)估

靜設(shè)備基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(Risk—based Inspection，RBI) 技術(shù)，其基本思路是采用系統(tǒng)論的原理和方法，對(duì)系統(tǒng)中固有的或潛在的危險(xiǎn)及其程度進(jìn)行定量分析和評(píng)估，找出薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化檢驗(yàn)的效率和頻率，在保證設(shè)備安全的前提下，減少運(yùn)行檢維修費(fèi)用。2018 年某煉化企業(yè)采用基于風(fēng)險(xiǎn)的RBI 檢驗(yàn)技術(shù)對(duì)3 套裝置181 臺(tái)壓力容器、1473 條壓力管道和993 臺(tái)安全閥開(kāi)展了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和在線檢驗(yàn)，通過(guò)資料收集、失效機(jī)理分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、優(yōu)化檢驗(yàn)策略、安全評(píng)估，為企業(yè)節(jié)省了設(shè)備檢修費(fèi)用、開(kāi)、停機(jī)車(chē)的損耗費(fèi)用合計(jì)120 萬(wàn)元，因不停產(chǎn)大幅增加了經(jīng)濟(jì)效益3472.5 萬(wàn)元[4]。2014 年大慶石化公司委托檢驗(yàn)單位對(duì)120 萬(wàn)t/a 乙烯工藝裝置進(jìn)行基本RBI 評(píng)估，此套裝置包含296 臺(tái)壓力容器、4976 條工藝管道、322 臺(tái)安全閥，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估壓力容器中等風(fēng)險(xiǎn)占比達(dá)到56.07%，壓力管道低風(fēng)險(xiǎn)單元占比為64.63%，均未出現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)單元，采用風(fēng)險(xiǎn)分析降低了檢驗(yàn)工作量和維修成本，制定針對(duì)性的檢測(cè)手段有效地控制裝置的安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一[5]。

5.2 動(dòng)設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)與維護(hù)

基于可靠性為中心的維修（RCM）理論認(rèn)為，一切維修活動(dòng)，歸根結(jié)底都是為了保持、恢復(fù)設(shè)備的可靠性。根據(jù)設(shè)備及其構(gòu)件的可靠性狀況，運(yùn)用邏輯決斷分析方法來(lái)制定設(shè)備的維修大綱，確定所需要的維修內(nèi)容和合理的維修類(lèi)型和維修級(jí)別等，以最少的資源消耗來(lái)保持設(shè)備的可靠性，從而達(dá)到優(yōu)化維修的目的。在這種理論的指導(dǎo)下進(jìn)行設(shè)備維修，既能提高質(zhì)量和可用率，保證使用安全，又能節(jié)約費(fèi)用。董紹華等[6]應(yīng)用RCM 技術(shù)對(duì)站場(chǎng)關(guān)鍵動(dòng)設(shè)備進(jìn)行評(píng)估，采用IOTECH 震動(dòng)檢測(cè)儀對(duì)北京市衙門(mén)口加氣站4 臺(tái)壓縮機(jī)機(jī)組進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分類(lèi)，指導(dǎo)使用單位制定維修維護(hù)計(jì)劃。羅青[7]以可靠性為中心的維修（RCM）理論為基礎(chǔ)，面向現(xiàn)代設(shè)備討論維修管理的決策，將維修決策分為S 層維修方式?jīng)Q策、T 層維修時(shí)機(jī)決策和O 層維修決策管理系統(tǒng)，建立以可靠性和重要性為指標(biāo)的維修時(shí)機(jī)和維修方式?jīng)Q策模型，并開(kāi)發(fā)了以兩個(gè)模型為基礎(chǔ)的維修決策支持系統(tǒng)。

5.3 安全儀表系統(tǒng)SIL 評(píng)價(jià)

安全儀表的用途是當(dāng)DCS 控制失效時(shí)，及時(shí)通過(guò)安全聯(lián)鎖關(guān)閉或開(kāi)啟閥門(mén)，或觸發(fā)系統(tǒng)停車(chē)等方式確保系統(tǒng)安全性，可能由于保護(hù)功能不足或過(guò)度導(dǎo)致存在安全隱患。基于危險(xiǎn)與可操作性研究（HAZOP）方法形成的站場(chǎng)工藝危害分析結(jié)果，通過(guò)對(duì)工藝系統(tǒng)和過(guò)程進(jìn)行保護(hù)層（LOPA），以確定所有可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果的事故情形均有足夠的安全措施，其風(fēng)險(xiǎn)低于風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)所要求的水平，特別是確定是否需要采用安全儀表系統(tǒng)，以及所采用安全儀表系統(tǒng)的回路的安全完整性等級(jí)（SIL）。劉哲等[8]結(jié)合國(guó)際電工組織IEC 頒布標(biāo)準(zhǔn)所推薦的保護(hù)層分析方法和GB/T 20438/21109 功能安全標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)某油氣聯(lián)合站安全儀表系統(tǒng)中各個(gè)回路的可靠性進(jìn)行識(shí)別，并將安全儀表分成SIL1、SIL2、SIL3 和SIL4 4 個(gè)等級(jí)，根據(jù)使用單位提供的PFD 圖、PID 圖和聯(lián)鎖系統(tǒng)邏輯圖的設(shè)置要求等資料信息，分析確認(rèn)SIF 和硬件冗余設(shè)置，再按照Exida 和Oreda 數(shù)據(jù)庫(kù)選擇傳感器、邏輯求解器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性數(shù)據(jù)，采用Markov模型計(jì)算可靠性指標(biāo)，最后根據(jù)分析結(jié)果確定符合性并形成結(jié)論和改進(jìn)建議。

6 結(jié)論

（1）靜設(shè)備基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)、動(dòng)設(shè)備以可靠性為中心的分析和安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級(jí)評(píng)價(jià)等資產(chǎn)完整性管理方式和技術(shù)的有效實(shí)施，可以為油氣站場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)管理提出科學(xué)有效的解決方案，以助管理單位在風(fēng)險(xiǎn)管控的成本投入與效果之間尋求策略的最優(yōu)化。

（2）以實(shí)現(xiàn)完整性管理主要功能的系統(tǒng)平臺(tái)作為支撐，配合體系文件和有效的技術(shù)手段，可以構(gòu)建站場(chǎng)設(shè)備的完整性管理體系，但在體系框架建立完善過(guò)程中仍有大量技術(shù)和管理層面的問(wèn)題亟待解決，包括在時(shí)間維度上擴(kuò)展至站場(chǎng)設(shè)備的全壽命周期，對(duì)象維度上擴(kuò)展至更多的站場(chǎng)設(shè)備設(shè)施類(lèi)型。技術(shù)維度上擴(kuò)展至智能化數(shù)據(jù)采集、風(fēng)險(xiǎn)精準(zhǔn)識(shí)別與動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)、高精度完整性檢測(cè)評(píng)價(jià)等諸多方面。