劉 鵬*

（中海油（中國(guó)）有限公司天津分公司）

0 引言

基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)（RBI）是一種基于風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法,分析的對(duì)象是因設(shè)備損傷或失效而導(dǎo)致的介質(zhì)泄漏情況,以設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)為手段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理和評(píng)估的過(guò)程,通過(guò)識(shí)別設(shè)備、管線的各種損傷、腐蝕原理來(lái)計(jì)算設(shè)備失效的概率，以及出現(xiàn)失效可能會(huì)造成的后果,利用矩陣圖來(lái)計(jì)算失效風(fēng)險(xiǎn),并按照風(fēng)險(xiǎn)高低排序，有針對(duì)性地對(duì)選材、日常防護(hù)檢測(cè)及維修、工藝監(jiān)測(cè)、腐蝕情況管理等進(jìn)行有效的控制和管理。

本文對(duì)渤海某油田的11 臺(tái)超過(guò)設(shè)計(jì)年限的壓力容器進(jìn)行RBI 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,采用DNV Offshore 軟件對(duì)容器設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、維護(hù)保養(yǎng)、歷年檢驗(yàn)和介質(zhì)化驗(yàn)等相關(guān)信息進(jìn)行分析和計(jì)算,將11 臺(tái)壓力容器從設(shè)計(jì)到使用至今的狀態(tài)進(jìn)行全面調(diào)研，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，劃分物流回路和腐蝕回路，從而計(jì)算失效概率和失效后果，再根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣，確定風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別,依據(jù)分析得到的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別和壓力容器固有或潛在的失效、損傷模式制定有針對(duì)性的檢驗(yàn)管理對(duì)策,控制失效(損傷)及降低因未能識(shí)別、判斷腐蝕損傷事故的幾率,提高壓力容器在使用期間的安全性和可靠性,達(dá)到降低檢驗(yàn)成本、使用成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程

1.1 資料收集

2020 年11 月,該項(xiàng)目組對(duì)11 臺(tái)壓力容器進(jìn)行資料收集,收集內(nèi)容如下:

（1）設(shè)計(jì)建造資料，包括建造圖紙、計(jì)算書、質(zhì)量合格證明書等;

（2）工藝相關(guān)資料，設(shè)計(jì)資料主要包括平臺(tái)布置圖、 PFD 圖(即工藝流程圖)以及P&ID 圖(即管線與儀表流程圖)，使用期間的資料主要報(bào)告壓力容器的操作溫度和操作壓力、出入口的介質(zhì)分析報(bào)告及取樣點(diǎn)化學(xué)分析報(bào)告等;

（3）操作記錄等資料，主要有設(shè)備操作規(guī)程以及日常的運(yùn)行記錄，維修記錄;

（4）檢驗(yàn)資料，包括近5 年（2016 年—2020 年）平臺(tái)容器的年檢報(bào)告;

（5）腐蝕監(jiān)控，2020 年第1 次腐蝕檢測(cè)報(bào)告;

（6）現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)銘牌、設(shè)備、中控流程圖拍照。

在資料收集過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，壓力容器資料缺失情況較普遍，由于A 平臺(tái)壓力容器服役年限較長(zhǎng)，資料缺失情況尤為嚴(yán)重。該平臺(tái)75%以上壓力容器存在關(guān)鍵數(shù)據(jù)缺失的情況，無(wú)法滿足 RBI 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的數(shù)據(jù)采集要求。針對(duì)這種情況，制定了相應(yīng)的數(shù)據(jù)恢復(fù)方案，首先現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行尺寸測(cè)量和壁厚檢測(cè)，并進(jìn)行材質(zhì)成分化驗(yàn)，確定關(guān)鍵部件材質(zhì)牌號(hào)，完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集工作。該工作的難點(diǎn)在于確定材質(zhì)。經(jīng)調(diào)研，有3 種材質(zhì)確認(rèn)的方法：一是移動(dòng)式全譜直讀光譜法，使用時(shí)瞬間產(chǎn)生電火花，該方法對(duì)于在役壓力容器存在安全隱患；二是便攜式直讀光譜分析，該方法無(wú)法測(cè)定碳元素的含量；三是高頻紅外碳硫分析儀和便攜式直讀光譜分析法，該方法需要至少取 1 g 壓力容器本體粉末，但在役壓力容器無(wú)法進(jìn)行取樣。針對(duì)以上情況，通過(guò)對(duì)壓力容器用鋼主要牌號(hào)元素含量的變化進(jìn)行研究，最終確定利用便攜式直讀光譜分析儀通過(guò)測(cè)定 Mn、Si 元素的含量，來(lái)進(jìn)行壓力容器用鋼的材質(zhì)分析，成功解決了該難題。

1.2 建立RBI數(shù)據(jù)庫(kù)

該項(xiàng)目在建立RBI 分析數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí),遇到的難題是壓力容器數(shù)據(jù)恢復(fù)問(wèn)題，按照數(shù)據(jù)恢復(fù)制定的方案，首先進(jìn)行了數(shù)據(jù)恢復(fù)，并完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集工作。其次通過(guò)分析平臺(tái)工藝流程,對(duì)設(shè)備的關(guān)斷設(shè)置情況進(jìn)行分析。梳理相關(guān)數(shù)據(jù)、篩選出所需的數(shù)據(jù),并逐一審核數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和一致性，錄入軟件專屬表格，形成RBI 評(píng)估專用的數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.3 評(píng)估單元?jiǎng)澐?/h3>

在 RBI 軟件中，容器按照平臺(tái)-設(shè)備-設(shè)備部位的層次關(guān)系進(jìn)行管理。設(shè)備部位是指根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)劃分的設(shè)備部件，例如立式罐通常將上封頭、下封頭、筒體劃分為設(shè)備部位。按照其工作原理，分離器、換熱器、過(guò)濾器需劃分為多個(gè)設(shè)備部位進(jìn)行管理和分析。這是因?yàn)椴煌O(shè)備部位的數(shù)據(jù)可能不同，介質(zhì)也可能存在區(qū)別，因此具體的腐蝕情況可能存在差異，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)要分別進(jìn)行研究。對(duì)于己劃分評(píng)估單元的設(shè)備，除了設(shè)備數(shù)據(jù)外，還必須填寫因設(shè)備劃分而形成的部件的數(shù)據(jù)；未劃分設(shè)備部位的設(shè)備應(yīng)按照整臺(tái)設(shè)備進(jìn)行管理。

1.4 物流回路劃分

物流回路劃分是根據(jù)工藝流程中的緊急關(guān)斷裝置的位置，界定容器發(fā)生泄漏時(shí)哪些部分的物料會(huì)泄漏，即容器發(fā)生失效導(dǎo)致泄漏時(shí)，切斷緊急關(guān)斷裝置，阻止泄漏擴(kuò)大，緊急關(guān)斷裝置內(nèi)的部分即為一個(gè)物流回路。根據(jù)其中的物料泄漏量計(jì)算小后果。

1.5 后果區(qū)劃分

海上平臺(tái)是一個(gè)龐大的設(shè)備系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)一系列完整的生產(chǎn)流程，其中的各個(gè)分系統(tǒng)又可進(jìn)行獨(dú)立劃分完成單獨(dú)的生產(chǎn)任務(wù)。海上平臺(tái)平面圖是進(jìn)行后果區(qū)域劃分的基礎(chǔ)，防爆墻的設(shè)置位置和防爆等級(jí)決定了后果區(qū)域的劃分方式，一般把防爆等級(jí)為 A30 上的防爆墻當(dāng)作劃分區(qū)域進(jìn)行后果區(qū)域劃分，通過(guò)全面分析平臺(tái)的平面布置圖，將A1 平臺(tái)共劃分為1 個(gè)后果區(qū)，A2 平臺(tái)劃分2 個(gè)后果區(qū)，APP 平臺(tái)劃分4 個(gè)后果區(qū)。

1.6 識(shí)別損傷模式和腐蝕回路劃分

首先識(shí)別容器及其附屬設(shè)施的主要損傷模式，再根據(jù)設(shè)備的操作條件、材質(zhì)及工藝介質(zhì)等因素，將同一損傷模式的部件劃分為一個(gè)腐蝕回路，即將繁多的部件進(jìn)行規(guī)整，匹配其損傷模式，進(jìn)而便于計(jì)算其失效概率。

依據(jù)物料平衡和對(duì)實(shí)際物流采樣化驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果進(jìn)行分析,該油田所屬的11 臺(tái)壓力容器主要的潛在損傷原理有:內(nèi)部腐蝕（主要是二氧化碳腐蝕和微生物腐蝕）、應(yīng)力腐蝕開裂（主要是濕H2S 損傷）、外部腐蝕（主要是保溫層下腐蝕及大氣腐蝕）。

1.7 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

風(fēng)險(xiǎn)是失效概率和失效后果的乘積。容器的風(fēng)險(xiǎn)取決于2 個(gè)方面，即評(píng)價(jià)單元的失效概率和評(píng)價(jià)單元的失效后果。

（1）失效概率計(jì)算

計(jì)算失效概率時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)操作條件及設(shè)備管線基本參數(shù)確定損傷原理(通過(guò)腐蝕回路確定具有相同原理的管線和設(shè)備)，然后根據(jù)識(shí)別得到的每種損傷原理定量計(jì)算其失效概率,再根據(jù)權(quán)重計(jì)算總的失效概率。

（2）失效后果計(jì)算

失效后果包括人員安全后果、環(huán)境后果和經(jīng)濟(jì)后果。以人員潛在的生命損失表示安全后果；使用適當(dāng)金額的錢表示經(jīng)濟(jì)后果（包括停產(chǎn)損失的費(fèi)用和設(shè)備維修的花銷）；以污染物釋放到環(huán)境中的質(zhì)量或體積，或因污染物溢出導(dǎo)致的環(huán)境清理費(fèi)用來(lái)表示環(huán)境后果。失效后果計(jì)算時(shí)按預(yù)先劃分好的物流回路進(jìn)行分別計(jì)算，即根據(jù)每個(gè)物流回路中的泄漏物料進(jìn)行計(jì)算。泄漏物流的量主要取決于介質(zhì)的黏度、密度以及失效孔的大小、現(xiàn)場(chǎng)的操作壓力等，計(jì)算前需將主要參數(shù)分別錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)泄漏流體物料的量和性質(zhì)來(lái)計(jì)算失效后果，不同的失效模式需分別進(jìn)行失效后果計(jì)算，并將其加權(quán)計(jì)算出總失效后果。

本次RBI 分析中,分別計(jì)算了設(shè)備失效后造成的經(jīng)濟(jì)后果和安全后果。

（3）風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

風(fēng)險(xiǎn)=失效概率×失效后果

一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)有兩種形成可能：一是高的失效可能性與低的失效后果形成,二是高的失效后果與低的失效后果造成。所有詳細(xì)評(píng)估的壓力容器均針對(duì)不同的腐蝕原理計(jì)算了各自的風(fēng)險(xiǎn)大小。

（4）風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則

根據(jù)中國(guó)海洋石油集團(tuán)公司資產(chǎn)完整性管理規(guī)定要求,并結(jié)合國(guó)際慣例制定本項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則,確定本項(xiàng)目安全可接收準(zhǔn)則為每年每部件0.000 001，經(jīng)濟(jì)可接受風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則為USD 3000。

（5）風(fēng)險(xiǎn)矩陣

為保證現(xiàn)場(chǎng)能方便、快捷地對(duì)壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排序,利用5×5 矩陣圖的方法,矩陣圖中橫向矩陣數(shù)值為失效后果,按照失效后安全影響或經(jīng)濟(jì)損失劃分為A～E 五個(gè)等級(jí),縱向矩陣數(shù)值為失效概率,按照失效概率系數(shù)劃分1～5 五個(gè)等級(jí),以此來(lái)確定經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)矩陣和安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣。

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

經(jīng)過(guò)分析計(jì)算可知,目前的平臺(tái)壓力容器經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)狀況為不存在高風(fēng)險(xiǎn)單元，有7 個(gè)中風(fēng)險(xiǎn)單元和25 個(gè)低風(fēng)險(xiǎn)單元及51 個(gè)極低風(fēng)險(xiǎn)單元；安全風(fēng)險(xiǎn)狀況為不存在高風(fēng)險(xiǎn)單元，有13 個(gè)中風(fēng)險(xiǎn)單元和30 個(gè)低風(fēng)險(xiǎn)單元及40 個(gè)極低風(fēng)險(xiǎn)單元。

3 使用和維護(hù)策略

通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果和損傷原理的分析,給出使用、維護(hù)策略及建議。

（1）針對(duì)11 臺(tái)均已超過(guò)設(shè)計(jì)服役年限的壓力容器,如風(fēng)險(xiǎn)較高的計(jì)量分離器和閉排罐,建議在生產(chǎn)條件允許的情況下,開展內(nèi)部全面檢驗(yàn),了解容器內(nèi)部腐蝕減薄和內(nèi)部裂紋的真實(shí)狀況,降低風(fēng)險(xiǎn)。

（2）由于容器處在露天的海洋環(huán)境,極易產(chǎn)生保溫層下腐蝕,建議平臺(tái)加強(qiáng)設(shè)備的防腐涂層及保溫層的管理工作,維護(hù)防腐涂層和保溫層的完整性,降低外部腐蝕導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn),延長(zhǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行周期。例如，WHPF 平臺(tái)的閉排罐接管處,常常出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕。

（3）焊縫及其熱影響區(qū)較容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂,建議關(guān)注金屬焊接部位及其熱影響區(qū)。

（4）壓力容器有必要進(jìn)行在線無(wú)損檢測(cè),檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題需進(jìn)一步確認(rèn)時(shí)，要相應(yīng)增加檢測(cè)項(xiàng)目,提高檢測(cè)的精確度,降低失效發(fā)生的概率。

（5）建議建立和完善壓力容器的詳細(xì)臺(tái)賬,至少包括設(shè)備的操作條件、材質(zhì)、壁厚、直徑、部件檢驗(yàn)維修和更換歷史、保溫材料及防腐蝕涂層的維護(hù)和更換歷史等詳細(xì)信息,加強(qiáng)對(duì)壓力容器的管理。

（6）對(duì)存在二氧化碳腐蝕的部件,建議按檢驗(yàn)策略給出的檢驗(yàn)日期和檢驗(yàn)方法UT/RT 30 實(shí)施檢驗(yàn);對(duì)存在內(nèi)部應(yīng)力腐蝕開裂的部件,建議按檢驗(yàn)策略給出的檢驗(yàn)日期和檢驗(yàn)方法WFMT/ACFM 75 實(shí)施檢驗(yàn);對(duì)存在外部腐蝕的部件,建議按檢驗(yàn)策略給出的檢驗(yàn)日期和檢驗(yàn)方法移除50%～100%保溫結(jié)合UT/RT 實(shí)施檢驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

在渤海某油田應(yīng)用RBI 技術(shù)分析每個(gè)評(píng)估單元的損傷模式,評(píng)定每個(gè)部件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并根據(jù)損傷模式和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),制定相應(yīng)的針對(duì)性的檢驗(yàn)策略。根據(jù)檢驗(yàn)策略實(shí)施3 年檢驗(yàn)計(jì)劃，該計(jì)劃較傳統(tǒng)檢驗(yàn)的檢驗(yàn)量大幅減少,檢驗(yàn)成本大大降低,檢驗(yàn)方法更具針對(duì)性、有效性和完整性。將檢驗(yàn)中心向高風(fēng)險(xiǎn)及中風(fēng)險(xiǎn)傾斜，低風(fēng)險(xiǎn)及極低風(fēng)險(xiǎn)只需最低監(jiān)管，檢驗(yàn)頻次可以適當(dāng)降低。通過(guò)系統(tǒng)的評(píng)估，對(duì)容器的情況進(jìn)行了徹底摸排，也為設(shè)備維修、維護(hù)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。