陳 勁，劉佳佳

(中國(guó)石化濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南 250101)

基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)在安全閥定檢中的應(yīng)用

陳 勁，劉佳佳

(中國(guó)石化濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南250101)

利用基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)(Risk-Based Inspection，RBI)的方法對(duì)裝置內(nèi)的安全閥進(jìn)行分析，判斷出風(fēng)險(xiǎn)分布及失效模式，從而確定安全閥校驗(yàn)周期。由于校驗(yàn)周期的精確判斷，解決了原先安全閥每年必檢的問(wèn)題，提高了工作效率，降低了工作風(fēng)險(xiǎn)。

基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù) 安全閥 校驗(yàn)

安全閥是鍋爐、壓力容器和其他受壓設(shè)備上重要的安全附件，以保證設(shè)備不因?yàn)閴毫^(guò)高而產(chǎn)生損壞，從而引起次生事故。

由于煉油生產(chǎn)的連續(xù)性及危險(xiǎn)性，中國(guó)石化濟(jì)南分公司之前安全閥校驗(yàn)周期一直定為每年一次。隨著裝置的增加以及人員的精簡(jiǎn)，同時(shí)鑒于之前幾十年裝置安全閥檢驗(yàn)的結(jié)果，為提高效率和減少運(yùn)行成本，在確保不降低安全等級(jí)和裝置本質(zhì)安全的前提下，勢(shì)必要對(duì)安全閥的校驗(yàn)周期進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化和分級(jí)，因此以追求系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一的基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)方法被引入到安全閥的評(píng)估中來(lái)。

1 基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)(RBI)技術(shù)概述

風(fēng)險(xiǎn)是通過(guò)事故現(xiàn)象和損失事件表現(xiàn)出來(lái)的。為理解風(fēng)險(xiǎn)的概念，可以分析事故的形成過(guò)程，如圖1表示。

圖1事故過(guò)程

基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)(RBI)是一種追求系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一的理念與方法，它是以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全為目的，運(yùn)用安全系統(tǒng)工程原理和方法，在對(duì)系統(tǒng)中固有的或潛在的危險(xiǎn)發(fā)生的可能性與后果進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行辨識(shí)與分析，判斷系統(tǒng)發(fā)生事故和職業(yè)危害的可能性及嚴(yán)重程度，從而給出風(fēng)險(xiǎn)排序，找出薄弱環(huán)節(jié)，以確保本質(zhì)安全和減少運(yùn)行費(fèi)用為目標(biāo)，進(jìn)而制定方法措施和優(yōu)化檢驗(yàn)策略的一種管理方式。

上個(gè)世紀(jì)90年代初期，歐美20余家石化企業(yè)集團(tuán)為了在安全的前提下降低運(yùn)行成本，共同發(fā)起資助美國(guó)石油學(xué)會(huì)(API)開(kāi)展RBI在石化企業(yè)(主要是煉油廠)的應(yīng)用研究工作。1996年API公布了RBI基本資源文件API BRD 581草案，2000年5月又公布API 581正式文件。2002年5月正式頒布了RBI標(biāo)準(zhǔn)API RP 580。十多年來(lái)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家甚至亞洲的韓國(guó)、新加坡等國(guó)家和地區(qū)的石化煉油廠廣泛應(yīng)用RBI方法進(jìn)行成套裝置中的承壓設(shè)備的檢驗(yàn)和維修，使得風(fēng)險(xiǎn)和檢驗(yàn)維修費(fèi)用都大幅度下降。

2 裝置安全閥統(tǒng)計(jì)

中國(guó)石化濟(jì)南煉化1971年4月開(kāi)始籌建，1975年7月正式投產(chǎn)。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，企業(yè)由原油加工能力50×104t/a的中小型煉油廠，發(fā)展成為具有800×104t/a原油綜合加工配套能力的集煉油、化工于一體的大型綜合性石油化工生產(chǎn)企業(yè)。

各裝置安全閥統(tǒng)計(jì)如圖2。

圖2 安全閥統(tǒng)計(jì)

3 安全閥的RBI評(píng)估

3.1 安全閥失效可能性確定

對(duì)于安全閥評(píng)價(jià)單元的失效可能性，以安全閥中彈簧的失效、安全閥的操作條件、履歷和管理水平4個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)安全閥的失效可能性。其中安全閥彈簧失效是根據(jù)不同類型的安全閥型式在大型石化企業(yè)失效的統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行整理分析而得到的概率值；安全閥的操作條件包括操作壓力、操作溫度、操作介質(zhì)的腐蝕性、操作介質(zhì)的黏度、操作介質(zhì)的清潔程度等子因素；履歷包括運(yùn)行歷史、校驗(yàn)情況等子因素；管理水平因素的分級(jí)采取API 581對(duì)各個(gè)管理指標(biāo)打分的方法綜合管理。

3.2 安全閥失效后果確定

在失效后果方面主要考慮操作介質(zhì)的特性以及泄放量和泄放速率等參數(shù)，以與其相連的壓力容器或壓力管道周圍的破壞影響面積為指標(biāo)來(lái)確定后果。

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的定義，風(fēng)險(xiǎn)是由失效可能性和失效后果兩部分組成的，安全閥的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可以通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)矩陣進(jìn)行表征。風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖中的縱坐標(biāo)1～5表示失效可能性從低至高的5個(gè)等級(jí)，橫坐標(biāo)A～E表示失效后果從低至高的5個(gè)等級(jí)。

3.3 安全閥校驗(yàn)周期確定原則

在石化企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，廣泛使用著各種類型的安全閥。其中彈簧直接載荷式安全閥使用最為普遍。根據(jù)《壓力容器使用管理規(guī)則》和《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，對(duì)滿足相關(guān)條件的安全閥可以適當(dāng)延期校驗(yàn)。企業(yè)為了適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需求，要求壓力容器長(zhǎng)期安穩(wěn)運(yùn)行。為保證企業(yè)安全快速的發(fā)展，對(duì)在役安全閥裝置的RBI風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的大小，對(duì)安全閥進(jìn)行合理分類，按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定其校驗(yàn)周期：對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)的重點(diǎn)檢查，檢驗(yàn)周期短；風(fēng)險(xiǎn)小的安全閥采取適當(dāng)延長(zhǎng)其檢驗(yàn)周期的檢驗(yàn)策略。

從彈簧安全閥失效原因可以看出安全閥的質(zhì)量、維修和校驗(yàn)都是導(dǎo)致安全閥失效的重要原因。但是本次評(píng)估考慮雖然不同安全閥廠家其產(chǎn)品的失效概率等級(jí)不一樣，但只要在所考慮的安全閥使用參數(shù)范圍內(nèi)，安全閥性能是穩(wěn)定的，對(duì)此使用參數(shù)范圍內(nèi)的安全閥進(jìn)行失效概率分析時(shí)可不考慮安全閥本身質(zhì)量。安全閥的失效還與使用、維修和校驗(yàn)相關(guān)，考慮到濟(jì)南煉化多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，這些因素都是可以控制的，在此不再把他們作為考慮因素。

在本次評(píng)估中，為了方便校驗(yàn)時(shí)間的集中安排，設(shè)置了2014年5月、2015年5月、2016年5月、2017年5月4個(gè)校驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)，被評(píng)估的安全閥都應(yīng)在達(dá)到所評(píng)估的校驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)之前進(jìn)行校驗(yàn)，考慮到安全閥的風(fēng)險(xiǎn)隨著累計(jì)投用時(shí)間和檢驗(yàn)歷史的變化性，本次評(píng)估結(jié)論有效期為2017年5月之前。在有效期內(nèi)，如果對(duì)安全閥進(jìn)行了檢驗(yàn)，其風(fēng)險(xiǎn)水平會(huì)有所變化，應(yīng)重新進(jìn)行評(píng)估。

綜合以上考慮，安全閥校驗(yàn)周期的確定原則如下。

a)在2017年的安全閥基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)點(diǎn)，如果安全閥的失效可能性等級(jí)小于4且風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中或更低，安全閥可在2017年到期前實(shí)施校驗(yàn)。

b)所有具有較嚴(yán)重應(yīng)力腐蝕傾向的安全閥經(jīng)車間確認(rèn)后應(yīng)在2015年到期前實(shí)施校驗(yàn)。

c)所有存在嚴(yán)重堵塞傾向的安全閥應(yīng)在2014年到期前進(jìn)行校驗(yàn)。

d)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)存在異常的安全閥，應(yīng)縮短下次校驗(yàn)日期，必要時(shí)應(yīng)立即校驗(yàn)。

3.4 安全閥現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)

對(duì)評(píng)估范圍內(nèi)的安全閥的進(jìn)出口法蘭連接、密封性能、外腐蝕情況逐臺(tái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，根據(jù)校驗(yàn)結(jié)果對(duì)安全閥RBI評(píng)估結(jié)果進(jìn)行修正、補(bǔ)充和完善，為RBI后評(píng)估提供支撐，并將現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)結(jié)果以圖片的形式記錄存檔。

3.5 安全閥在役期間的維護(hù)管理

a)將彈簧式安全閥納入日常設(shè)備管理，定期檢查運(yùn)行中的安全閥是否有泄漏、卡阻及彈簧銹蝕等不正?，F(xiàn)象，并注意觀察調(diào)節(jié)螺套及調(diào)節(jié)圈緊定螺釘?shù)逆i緊螺母是否有松動(dòng)，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取適當(dāng)措施。如發(fā)現(xiàn)安全閥泄漏時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換或維修校驗(yàn)，禁止用加大載荷的方法來(lái)消除泄漏。

b)要經(jīng)常保持安全閥的清潔，防止閥體彈簧等被油垢臟物填滿或腐蝕，防止安全閥排放管被油污或其它異物堵塞。經(jīng)常檢查鉛封是否完好，防止杠桿式安全閥的重錘松動(dòng)或被移動(dòng)，防止隨意擰動(dòng)。

c)為防止閥瓣和閥座被氣體中的油污等臟物黏住，致使安全閥不能正常開(kāi)啟，對(duì)用于空氣、蒸汽或帶有粘滯性臟物但排放不會(huì)造成危害的其他氣體的安全閥，應(yīng)定期做手提排放試驗(yàn)。

d)安全閥排放管道有積水時(shí)，還應(yīng)定期檢查排放積水，防止安全閥出口管道因積水而增加背壓，影響安全閥的動(dòng)作性能。

e)安全閥外表有無(wú)腐蝕，表面溫度是否正常，有無(wú)異常結(jié)霜、結(jié)冰或溫度異常。

f)安全閥的附屬設(shè)施運(yùn)行是否正常，如有冷卻水夾套的安全閥，冷卻水供給是否正常。

g)帶波紋管的安全閥，為波紋管設(shè)置的泄出口應(yīng)當(dāng)是敞開(kāi)的和清潔的。

h)安全閥周圍環(huán)境良好，安全閥應(yīng)處于正常的工作狀態(tài)，沒(méi)有影響安全閥運(yùn)行的因素，如：重錘式安全閥的杠桿和重錘，不能附加任何重物；帶扳手彈簧式安全閥不能有壓在提升螺母上和限制安全閥啟跳，或者不能達(dá)到應(yīng)開(kāi)啟高度的阻礙物品。

i)必須設(shè)置截?cái)嚅y的情況下，安全閥上游和下游截?cái)嚅y的鉛封或鎖緊機(jī)構(gòu)是否完好，并且處于正常開(kāi)啟狀態(tài)。

4 裝置在役安全閥評(píng)估結(jié)果

4.1 安全閥失效模式分析

安全閥作為承壓設(shè)備的超壓保護(hù)裝置，在使用中必須滿足準(zhǔn)確開(kāi)啟、穩(wěn)定排放、及時(shí)關(guān)閉、密封可靠的要求。安全閥在使用過(guò)程中，除安全閥頻跳是由于安全閥進(jìn)口管路過(guò)長(zhǎng)、管路存在節(jié)流物或安全閥調(diào)節(jié)圈調(diào)整不當(dāng)引起外，介質(zhì)溫度、壓力、物性對(duì)安全閥的準(zhǔn)確開(kāi)啟、及時(shí)關(guān)閉、可靠密封產(chǎn)生影響，造成安全閥使用一段時(shí)間后性能達(dá)不到要求，導(dǎo)致安全閥失效。

從安全閥開(kāi)啟準(zhǔn)確性方面來(lái)看，安全閥在使用中，存在著3種可能的失效模式：

a)安全閥由于運(yùn)動(dòng)件黏死，或進(jìn)出腔堵塞無(wú)法開(kāi)啟。

b)安全閥超壓開(kāi)啟——介質(zhì)壓力達(dá)到安全閥整定壓力而安全閥未開(kāi)啟，超過(guò)整定壓力一定值后才開(kāi)啟。

c)安全閥提前開(kāi)啟——安全閥開(kāi)啟壓力低于整定壓力。

從安全閥穩(wěn)定排放方面來(lái)看，對(duì)于前后配管不合適，或安全閥調(diào)節(jié)圈調(diào)整有誤的安全閥存在著動(dòng)作時(shí)頻跳這種失效模式。

從安全閥動(dòng)作后及時(shí)關(guān)閉性能來(lái)看，安全閥存在著彈簧斷裂，不能回座這一失效模式。

從安全閥可靠密封性能來(lái)看，安全閥在使用中存在著泄漏這一失效模式。

綜上所述，可把安全閥在使用中可能的失效模式簡(jiǎn)化為以下6中形式：①安全閥黏死、堵塞不能開(kāi)啟；②安全閥超壓開(kāi)啟；③安全閥提前開(kāi)啟；④安全閥起跳后彈簧斷裂無(wú)法關(guān)閉；⑤安全閥泄漏；⑥安全閥排放時(shí)頻跳不穩(wěn)定。

4.2 裝置安全閥失效分析

石化企業(yè)生產(chǎn)裝置多，介質(zhì)參數(shù)多(介質(zhì)壓力從低壓到高壓，溫度從低溫到常溫再到500℃高溫)，介質(zhì)物性差異大(有腐蝕介質(zhì)、非腐蝕介質(zhì)；有環(huán)境溫度下可自流介質(zhì)，也有不可自流介質(zhì)；有環(huán)境溫度下易結(jié)晶、結(jié)焦、含雜質(zhì)介質(zhì)，也有潔凈介質(zhì))。下面就對(duì)本裝置可能存在的失效進(jìn)行分析。

4.2.1加氫裝置

原料油經(jīng)過(guò)加氫反應(yīng)器反應(yīng)后，生成的油氣中含H2S、水、銨鹽等腐蝕性介質(zhì)。反應(yīng)流出物經(jīng)過(guò)高、低壓分離器進(jìn)行氣液分離，H2S、H2、輕烴等介質(zhì)從分離器頂部發(fā)揮，如果氣液分離不徹底，氣相中會(huì)含少量的水，用于分離器、循環(huán)氫、富液閃蒸罐的安全閥有較嚴(yán)重的濕H2S環(huán)境下腐蝕。油氣經(jīng)過(guò)汽提塔汽提，H2S、水被帶到塔頂部，在汽提塔與分餾塔頂?shù)陌踩y可能有H2S環(huán)境下的腐蝕。

加氫裝置安全閥主要的失效模式有：

a)安全閥泄漏(腐蝕損壞密封面)。

b)安全閥啟跳后無(wú)法關(guān)閉(彈簧腐蝕斷裂，特別是高、低壓分離器與汽提塔頂系統(tǒng)安全閥)。

4.2.2焦化裝置

原料油中含有較多的硫化物，經(jīng)過(guò)焦炭塔高溫反應(yīng)后分解出來(lái)的各種活性硫，使得腐蝕更為激烈。通常，高溫硫腐蝕本身表現(xiàn)為整個(gè)系統(tǒng)材料均勻變薄，它會(huì)影響焦炭塔頂安全閥。分餾塔頂?shù)冒踩y可能有H2S環(huán)境下的腐蝕。

焦化裝置安全閥主要的失效模式有：

a)安全閥黏死、堵塞不能開(kāi)啟。

b)安全閥啟跳后彈簧斷裂無(wú)法關(guān)閉。

c)安全閥泄漏。

4.3 RBI風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估結(jié)果(表1～4)

表1 2014年5月安全閥風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)結(jié)果

表2 2015年5月安全閥風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)結(jié)果

表3 2016年5月安全閥風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)結(jié)果

表4 2017年5月安全閥風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)險(xiǎn)管理為企業(yè)發(fā)展提供對(duì)待風(fēng)險(xiǎn)的整體科學(xué)依據(jù)，有助于全面識(shí)別、衡量、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，用最小的代價(jià)將風(fēng)險(xiǎn)損失控制到最小，盡可能維護(hù)企業(yè)的效益，成為企業(yè)發(fā)展的有力保障。RBI技術(shù)的應(yīng)用是風(fēng)險(xiǎn)管理的一種，其目的是保障設(shè)備的安全、提高企業(yè)的管理水平、提高技術(shù)人員的技術(shù)水平、優(yōu)化檢修策略、降低維護(hù)成本等。因此通過(guò)此次RBI評(píng)估能夠切實(shí)提高本企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管理水平。

一個(gè)完整的RBI評(píng)估應(yīng)包括RBI再評(píng)估工作，通過(guò)本次評(píng)估提供的檢驗(yàn)策略進(jìn)行檢驗(yàn)后，應(yīng)根據(jù)檢驗(yàn)情況，對(duì)裝置安全閥進(jìn)行再評(píng)估，調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)，提出更切合實(shí)際情況的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，從而保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

Risk-BasedInspectionintheRegularInspectionoftheSafetyValve

Chen Jin, Liu Jiajia

(SINOPEC Jinan Branch, Shandong, Jinan, 250101)

Analyze the safety valve within the device based on RBI (Risk-Based Inspection), determine the risk distribution and failure modes, so as to confirm the safety valve testing cycle. Due to the accurate judgment of the testing cycle, solve the problem of the original safety valve checked repeatedly each year, improve work efficiency, and reduce the risks at work.

risk-based inspection; safety valve; testing

2015-11-02

陳勁，工程師，安全總監(jiān)，2004年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)在中國(guó)石化濟(jì)南分公司從事安全方面工作。