李趙

上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院（上海 200062）

基于風險評估的檢驗（RBI）是以設備破壞引起的介質(zhì)泄漏為分析對象，以無損檢驗為主要手段的風險評估和設備管理過程[1]，主要關注材質(zhì)劣化導致的設備損壞，通過針對性的檢驗控制相應設備的風險，可以兼顧設備的安全性與經(jīng)濟性。

傳統(tǒng)的檢驗主要是從保證壓力容器安全的角度來制定相適應的檢驗方法、確定檢驗周期，雖然在制定壓力容器的檢驗計劃時也考慮了失效機理，但由于檢驗人員技術水平的差異，所制定檢驗方法的有效性、針對性、完整性并不理想[2]。而傳統(tǒng)的檢修計劃通常是停機后對壓力容器進行100%的檢驗，重點也不突出。同傳統(tǒng)的檢驗方法和檢修計劃相比，RBI技術綜合考慮了被評估對象的安全性、經(jīng)濟性和潛在的失效風險，并根據(jù)不同容器的失效機理確定相應的檢驗策略。RBI風險分析對容器的風險進行分類排序，識別高風險容器，并根據(jù)風險驅(qū)動因素提出針對性的檢驗策略[3]。

某能源企業(yè)丙烷脫氫（PDH）及地面火炬、產(chǎn)品罐區(qū)聯(lián)合裝置，因?qū)嶋H生產(chǎn)及工藝方面的原因，無法對承壓設備進行100%停車檢驗，因此釆用基于風險評估的檢驗方法。該項目采用“通用中特石化裝置工程風險分析系統(tǒng)”，結(jié)合在RBI檢驗工作中所積累的經(jīng)驗，以容器中介質(zhì)腐蝕流為主線，分析介質(zhì)中有害相可能對容器造成的損害，計算壓力容器的失效可能性和后果，確定壓力容器的風險等級，分析產(chǎn)生風險的因素，找出可能發(fā)生失效的部位和原因，提出有針對性的預防措施。

1 裝置概況

1.1 裝置簡介

該能源有限公司對PDH及地面火炬、產(chǎn)品罐區(qū)聯(lián)合裝置開展安全管理評價工作，滿足相關法規(guī)中RBI應用條件的要求，申請進行RBI檢驗。本次RBI評估工作范圍為該聯(lián)合裝置11臺壓力容器，容器基礎數(shù)據(jù)見表1。

表1 容器基礎數(shù)據(jù)表

1.2 倉儲單元

（1）工藝流程

倉儲單元共涉及壓力容器5臺，評估容器為丙烯產(chǎn)品儲罐TK704E，丙烯產(chǎn)品儲罐TK704G，蒸發(fā)氣體（BOG）冷凝液緩沖罐V23002，分液罐V1311，水封罐V1312。TK704E與TK704G用于成品丙烯儲存，設計相同，正常液體溫度范圍為10～25℃，飽和蒸汽壓為0.68～1.07 MPa，球罐內(nèi)溫度超過30℃，會手動打開噴水系統(tǒng)使其冷卻。高壓丙烯氣體和火炬氣經(jīng)過分液罐V1311進行分液，氣相部分進入水封罐，液相部分排出。壓縮BOG進入BOG冷凝液緩沖罐V23002。

（2）評估對象可能損傷機理

壓力容器可能損傷機理為制造缺陷、機械疲勞、硫化氫應力腐蝕開裂、保溫層下腐蝕、大氣腐蝕、沖刷腐蝕、未知腐蝕等。

1.3 PDH一期單元

（1）工藝流程

PDH一期單元共涉及壓力容器4臺，評估容器為濕火炬分液罐V1301，干火炬分液罐V1302，氯化物處理器V107，廢堿液儲罐V115。氯化物處理器V107用于吸附反應器流出物中的氯化物。廢堿液儲罐V115用來收集堿洗塔堿洗脫氣后的廢堿液，定期送至公用工程堿液處理單元。濕火炬系統(tǒng)帶有分液罐V1301，排入V1301的物料經(jīng)低壓蒸汽加熱后，分離的液相由凝液泵送至罐區(qū)，氣相排入火炬總管。干火炬系統(tǒng)帶有分液罐V1302，經(jīng)過甲醇汽化器加熱汽化后，氣相經(jīng)過熱器過熱后，排入火炬總管。

（2）評估對象可能損傷機理

壓力容器可能損傷機理為機械疲勞、大氣腐蝕、堿應力腐蝕開裂、未知腐蝕等。

1.4 公用工程單元

（1）工藝流程公用工程單元涉及壓力容器2臺，評估容器為緩沖罐V1832，儀表空氣增壓罐V1805。緩沖罐V1832主要用于儲存液氮儲罐中的液氮經(jīng)汽化器汽化后的氮氣，儀表空氣增壓罐V1805主要用于儲存儀表風增壓機來的壓縮空氣，給生產(chǎn)用氣動設備提供動力。

（2）評估對象可能損傷機理

壓力容器可能損傷機理為機械疲勞、大氣腐蝕、未知腐蝕等。

2 定量風險分析結(jié)果

2.1 風險分布

采用“通用中特石化裝置工程風險分析系統(tǒng)”進行分析，結(jié)合在RBI檢驗工作中所積累的相關經(jīng)驗,該裝置所包含的壓力容器在2021年度定期檢驗之前的風險矩陣圖如圖1所示。

圖1 壓力容器風險矩陣圖

2.2 風險統(tǒng)計

壓力容器風險統(tǒng)計見表2。從表2可以看出，裝置所包括的壓力容器在2021年定期檢驗之前，有2臺壓力容器處于中高風險，應列為重點檢驗設備。

表2 壓力容器風險統(tǒng)計 個

2.3 重點設備失效分析

2臺丙烯產(chǎn)品球罐TK704E，TK704G依據(jù)JB 4732—1995《鋼制壓力容器分析設計標準》、GB 12337—2014《鋼制球形儲罐》設計，設計容積均為4 000 m3，容器內(nèi)徑為19 700 mm，工作壓力為1.65 MPa，工作溫度為-20～50℃，介質(zhì)為丙烯，材料為07MnCrMoVR，厚度為47 mm，腐蝕裕量為1.5 mm，最大允許充裝系數(shù)為0.9，設計使用年限為20年，現(xiàn)場組焊而成，2013年12月投入使用，運行至檢驗時未發(fā)生重大安全事故。根據(jù)GB 12337—2014，厚度大于38 mm的07MnCrMoVR鋼需要進行565℃±20℃的熱處理，以消除焊接殘余應力?，F(xiàn)場熱處理溫度過高很容易產(chǎn)生再熱裂紋，而熱處理溫度過低無法有效消除焊接殘余應力，因此，該材料現(xiàn)場施工難度較大，焊接過程也容易產(chǎn)生缺陷。查詢安裝資料時，發(fā)現(xiàn)這兩臺球罐現(xiàn)場組焊后對埋藏缺陷的無損檢測并未采用傳統(tǒng)的射線檢測方法，而是采用100%超聲波衍射時差法（TOFD）。TOFD檢測雖然操作簡單、掃查速度快、檢測效率高，但其對容器表面粗糙度要求較高，對環(huán)境的清潔度也有一定要求，近表面存在檢測盲區(qū)，且對圖像判讀需要較為豐富的經(jīng)驗。同傳統(tǒng)的射線探傷相比，雖然TOFD靈敏度更高，但對缺陷的顯示卻不夠直觀，對操作人員的技術和責任心有較高的要求。此外，球罐外部接觸大氣，且距離海邊較近，外部防腐層發(fā)生破損若不及時修復容易發(fā)生大氣腐蝕。丙烯球罐充裝較為頻繁，容易在幾何不連續(xù)及結(jié)構(gòu)不連續(xù)處發(fā)生交變載荷變化，可能產(chǎn)生機械疲勞，介質(zhì)中若H2S含量增多，還易產(chǎn)生H2S應力腐蝕開裂。經(jīng)評估，該球罐可能存在制造缺陷、機械疲勞、H2S應力腐蝕開裂、大氣腐蝕。因此，建議在檢驗過程中對容易發(fā)生腐蝕的區(qū)域進行測厚抽查，并在埋藏缺陷檢驗中重點檢查容易發(fā)生缺陷的區(qū)域，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，在具備條件時及時開罐檢驗；使用單位應加強日常巡查和維護保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)問題立即停用。

3 檢驗策略

（1）根據(jù)損傷機理和失效概率確定檢驗項目和比例。

（2）壁厚是每次風險再評估的關鍵數(shù)據(jù)，一般情況下，宏觀檢查和測厚是必做項目，測厚點數(shù)可根據(jù)減薄損傷系數(shù)和容器規(guī)格作適當考慮。

（3）有應力腐蝕開裂傾向的容器部件應盡可能進入容器內(nèi)對焊縫部位進行熒光磁粉探傷，不能進入容器內(nèi)部的應在外壁進行聲發(fā)射和超聲波(或射線)檢測。檢驗有效性（比例）根據(jù)敏感性評價指標的高、中、低水平，分別選擇高效、中高效、中度有效3種類型。

（4）對于只有減薄可能的容器，主要進行宏觀檢查和厚度測量。

（5）對于有外部腐蝕可能的容器，應根據(jù)損傷因子的大小適當去除保溫層，進行外部宏觀檢查和壁厚測定。

（6）對于存在剩余壁厚報警的容器部件，必須進行在線壁厚監(jiān)測，剩余壁厚小于允許壁厚又無法及時更換時，應對容器進行安全分析。

4 檢驗結(jié)果

現(xiàn)場檢驗結(jié)果與前期的風險評估結(jié)果較為一致，由現(xiàn)場檢驗可知：

（1）11臺壓力容器的壁厚減薄均未超過腐蝕裕度，且未發(fā)現(xiàn)局部減薄問題。

（2）在外表面宏觀檢驗過程中，發(fā)現(xiàn)TK704E存在一處7 mm×7 mm的表面凹坑，使用單位已對機械損傷部位進行返修處理。

（3）外表面磁粉檢測發(fā)現(xiàn)2臺球罐外表面都存在表面裂紋，球罐TK704E表面裂紋問題尤其突出。針對球罐的表面裂紋問題，增加了球罐外表面的檢測比例，進行了對接焊縫的擴檢；針對球罐外表面裂紋較多的問題，對2臺球罐進行聲發(fā)射檢測，檢測結(jié)果顯示，球罐TK704E存在3處信號定位源。因3處信號源附近的對接焊縫外表面已進行檢測，為降低球罐的使用風險，提高安全運行水平，對球罐TK704E進行開罐內(nèi)表面檢測，對3處信號定位源附近的對接焊縫，內(nèi)表面打磨后進行熒光磁粉與超聲波檢測，未發(fā)現(xiàn)相關缺陷。

（4）超聲波檢測發(fā)現(xiàn)2臺球罐都存在一定數(shù)量的埋藏缺陷。球罐TK704E的部分埋藏缺陷超出相應產(chǎn)品標準，依據(jù)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》，該臺球罐安全狀況等級評定為4級，監(jiān)控使用，建議下次檢驗時對埋藏缺陷部位進行重點檢測。

后續(xù)使用過程中，對2臺丙烯球罐要加強巡檢力度，特別是檢驗中發(fā)現(xiàn)問題的部位，巡檢過程中發(fā)現(xiàn)異常應立即停止使用；加強對壓力容器工藝參數(shù)的控制，嚴禁不正常的工藝波動，降低對壓力容器安全運行的影響。

5 結(jié)語

RBI技術區(qū)別于傳統(tǒng)的檢驗，它從整套裝置出發(fā)，以損傷模式入手，對承壓設備的風險進行全面系統(tǒng)的分析，重點關注風險較高的承壓設備，通過有針對性的檢驗，降低裝置運行風險，延長裝置運行周期，降低檢驗成本，進而達到提高生產(chǎn)效益的目的。