压力容器基于风险的检验

原创 胡伟明  2021-06-17 20:56:00  阅读 133 次 评论 0 条
摘要:

问题提出石油化工装置在停车进行定期检验的过程中,要占用较长的生产时间,影响生产效益。在进行压力容器定期检验时清洗、置换、拆装保温、卸装触媒催化剂及触媒催化剂的再生等都要花费大量的费用。对于绝大多数重要压力容器来说,这些辅助工作所花费的费用要远大于直接的检验费用,而企业做这些工作的目的往往是单纯为了压力容器的定期检验。这样就对检验单位提出了一系列新的问题,在保证安全的前提下,什么样的检验是必须的?怎样检验才能既保证压力容器使用安全,同时又能缩短企业停工时间,节省企业的辅助工作费用?我们知道压力容器

问题提出

石油化工装置在停车进行定期检验的过程中,要占用较长的生产时间,影响生产效益。在进行压力容器定期检验时清洗、置换、拆装保温、卸装触媒催化剂及触媒催化剂的再生等都要花费大量的费用。对于绝大多数重要压力容器来说,这些辅助工作所花费的费用要远大于直接的检验费用,而企业做这些工作的目的往往是单纯为了压力容器的定期检验。这样就对检验单位提出了一系列新的问题,在保证安全的前提下,什么样的检验是必须的?怎样检验才能既保证压力容器使用安全,同时又能缩短企业停工时间,节省企业的辅助工作费用?

我们知道压力容器的安全并不是孤立的,它与自身因素、系统因素、使用因素、环境因素等有着紧密的联系。从事故案例来看,压力容器安全事故中大部分与容器的使用和管理有关。如压力容器制造质量很好,设计条件完全满足使用条件,这时对安全附件的检验就更为重要,我们知道,压力容器的正常腐蚀减薄是可以预测的,并且容易检测,而氢脆、应力腐蚀等复杂的失效是要有相应的条件才能发生的。

压力容器检验的目的就是降低风险,对于一台压力容器来说,计划采用的检验程序是不是降低风险所必需的?检验程序能否起到降低风险的作用?针对这两个问题,国际上许多机构进行了大量的研究和探索,提出了基于风险的检验的概念。这一概念一经提出,立即得到了企业用户的欢迎。目前已在西方发达国家得到了广泛的应用。

基于风险的检验

基于风险的检验(RBI-Risk Based Inspection)是近年来国际上飞速发展的检验理念,目前在西方发达国家应用非常广泛,美国石油学会( API)风险检验项目于1993年5月由一个工业资助团体发起,开展风险检验实用方法研究,该资助团体由API组织和管理。2000年美国石油学会巳发行公开出版物API 581 Risk Based Inspection。它将风险定义为失效可能性与失效后果的乘积,下图是API 581定义的风险矩阵,其纵轴代表失效可能性,依据失效可能性的大小,分为1~5级。横轴图代表失效后果,依据后果的大小分为A~E级。

RBI风险矩阵.png

失效后果由失效后可能泄漏的介质存量及介质的性质计算得来,它主要考虑以下4个方面(在API 581中这4个方面被称为4种情形);

1.可燃事件(热辐射和爆炸冲击波超压)

2.毒性泄放;

3.环境污染;

4.营业中断。

对于失效可能性,API 581总结了石油化工设备中的失效机理,并将其划分为以下8个模式。

1.减薄技术模块(Thinning Technical Module);

2.应力腐蚀开裂技术模块(Stress Corrosion Cracking Technical Module);

3.高温氢腐蚀(HTHA)技术模块(High Temperature Hydrogen Technical Module);

4.炉管技术模块(Furnace Tube Technical Module);

5.机械疲劳(仅管道)技术模块[Mechanical Fatigue(Piping Only) Technical Module];

6.脆性断裂技术模块(Brittle  Fracture Technical Module);

7.设备衬里技术模块(Equipment Linings Technical Moduje);

8.外部损伤技术模块(External Damage Technical Module)。

每种失效可能性的总和即为总的失效可能性,每种失效情形的后果的总和即为总失效后果,总失效可能性与总失效后果的乘积即为风险。这样的分析是针对每一筛选的设备项的,在API 581中,设备项可以是一台设备、一条管道、或者是一台设备中的一部分(如换热器中的管程和壳程)。

在检验程序中,待检设备部件根据其风险进行评级。在每一情形中,一旦风险被识别,就会有降低风险的替代机会。知道了设备风险的组成,就可通过采取相应的检验手段包括在线监测等方法降低设备项的失效可能性,还可通过设置缓解设施如消防系统、隔离系统等降低失效后果。

压力容器的检验可降低其失效可能性,针对每一失效机理,APl 581将检验方法按效果划分为:高度有效,正常有效,基本有效,效果差,无效5个有效性等级,并针对每一失效机理规定了每种有效性的内容。下表给出了不同检验技术的效果,注意对于微孔的破坏类型没有最高效果,同时也没有哪种检验技术对所有破坏类型都是最高的效果。

对应不同失效类型的检验技术使用效果.png

但是对于大多数破坏类型,却对应多种检验技术可以使用,每种都可提高检验有效性。例如,在内壁腐蚀情况下,如果结合目视检查,超声测厚数据将更加有效;蠕变、微孔、形变等失效形式用任何一种检验手段都不太有效,但是结合超声波测厚、射线检测、尺寸测量等方法反复测量则会使数据更加有效。

量化了的风险程度结合量化了的检验有效性,就可以考查计划的检验程序对降低风险的贡献,并优化检验程序,优化的原则如下:

1.如果计划的检验程序不能足够的降低风险,就提高检验有效性级别或缩短检验周期;

2.如果使用了检验有效性级别高的检验程序而不能取得风险降低的效果,就降低检验有效性,或延长检验周期。

有了以上分析结果,就可以考核我们的检验方案是否针对了设备项的失效机理,是否真正起到了降低失效可能性的效果。如降低检验比例或取消检验项目不影响检验降低失效可能性的效果,则可减少检验比例及项目。这样可大大地减少企业的辅助工作量,产生巨大的经济效益。据国外统计,对于一个单一功能的炼油厂,实行RBI后每年可节省检修费用一百万美元。


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