王團亮
(中國石化中原油田普光分公司,四川達州 636156)
普光氣田是我國“十一五”國家重點工程“川氣東送”的氣源地,而天然氣凈化廠是該工程的重要組成部分。工廠以普光氣田高含硫天然氣為原料,其H2S和CO2平均含量分別為14%和8%(體積分數(shù)),年凈化天然氣生產(chǎn)能力120×108m3,年產(chǎn)硫黃能力240×104t,共建設(shè)6套凈化裝置及配套設(shè)施,是國內(nèi)首座百億立方米級高含硫天然氣凈化廠。凈化裝置管廊蒸汽管道主要功能是輸送高壓、低壓蒸汽,確保生產(chǎn)裝置連續(xù)運行和熱平衡,其安全性與可靠性影響著裝置的安穩(wěn)運行。但企業(yè)由于受連續(xù)生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保等方面的制約,管廊蒸汽管道一直未停車,在現(xiàn)有技術(shù)條件下無法開展全面檢驗,存在合法合規(guī)安全運行的問題。隨著我國基于風險的檢驗(RBI)相關(guān)配套標準的日益完善及在線檢測技術(shù)的發(fā)展,通過對高溫高壓管廊蒸汽管道開展基于風險的在線檢驗,綜合考慮失效可能性和失效后果,經(jīng)過風險分析與計算,對管道風險程度做出評估,制定降風險的最優(yōu)檢驗策略,提高檢驗方案針對性、有效性,在不停工狀態(tài)下完成壓力管道定期檢驗,解決壓力管道檢驗周期與裝置運行周期不一致的矛盾,確保管道合法合規(guī)安全運行[1-5]。
RBI(Risk-Based Inspection)是基于風險的檢驗,即以設(shè)備管線的失效破壞可能性和失效導(dǎo)致的后果為分析對象,評估其風險程度,對風險等級較高的設(shè)備管線給予重點關(guān)注,并施以有針對性的檢驗手段的風險評估和管理過程。與傳統(tǒng)檢驗方法相比,RBI優(yōu)先對重要設(shè)備管線及其重點部位進行檢驗,避免過度檢驗、檢驗不足或無效檢驗,追求系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一。
20世紀90年代,在美國石油學(xué)會(API)的組織下,歐美以煉油廠為主的約20余家石化企業(yè)共同參與RBI技術(shù)的發(fā)展計劃及應(yīng)用研究工作,期望在安全的前提下降低運行成本。1996年,API公布了RBI基本資源文件API BRD 581《Risk Based Inspection Base Resource Document》的草案,2000年正式公布API 581,2002年公布了RBI指南API RP 580《Risk-Based Inspection》,在石油化工行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,形成了較為完整的評價方法和風險評價軟件,如挪威船級社(DNV)的Orbit onshore、法國商檢局(BV)的RB.eye、英國TiS-chuK公司的T-OCA、英國焊接協(xié)會(TWI)的Riskwise等。
20世紀90年代末期,我國一些高校和研究機構(gòu)逐步引入RBI概念,國家科技部、中國石化設(shè)立多個科研項目支持RBI在中國的應(yīng)用,并取得了一些研究成果。2006年國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局及其特種設(shè)備局分別發(fā)布國質(zhì)檢特[2006]198號《關(guān)于開展基于風險的檢驗(RBI)技術(shù)試點應(yīng)用工作的通知》,批準在國內(nèi)進行RBI技術(shù)應(yīng)用試點工作,為后續(xù)推廣RBI技術(shù)積累了寶貴的經(jīng)驗。在此基礎(chǔ)上,2009年頒布的TSG D0001-2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程-工業(yè)管道》,2014年頒布的GB/T 26610-2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風險的檢驗實施導(dǎo)則》,2018年頒布的TSG D7005-2018《壓力管道定期檢驗規(guī)則-工業(yè)管道》中明確了生產(chǎn)單位RBI應(yīng)用條件、檢驗單位RBI實施條件和方法、檢驗周期的確定等內(nèi)容,為RBI技術(shù)在我國特種設(shè)備檢驗環(huán)節(jié)中的應(yīng)用提供了堅實的政策保證。
普光天然氣凈化廠共注冊壓力管道2 570條,其中管廊蒸汽管道共有16條,長約7 km,公稱直徑為300~1 000 mm,介質(zhì)為高壓、低壓蒸汽,其中高壓蒸汽最高工作溫度420 ℃,工作壓力3.5 MPa,材質(zhì)為20 G;低壓蒸汽最高工作溫度220 ℃,工作壓力0.4 MPa,材質(zhì)為L245。因管廊蒸汽管道為全廠持續(xù)提供高壓、低壓蒸汽,無法停車進行定期檢驗,根據(jù)《特種設(shè)備安全法》、TSG D0001-2009、TSG D7005-2018等相關(guān)法律法規(guī)及安全技術(shù)規(guī)范,開展管廊蒸汽管道基于風險的在線檢驗。
3.1.1TSGD0001-2009
第一百一十六條規(guī)定按照基于風險檢驗(RBI)的結(jié)果確定的檢驗周期,一般不超過9年。第一百一十九條規(guī)定基于風險的檢驗(RBI)由國家質(zhì)檢總局指定的技術(shù)機構(gòu)承擔。
3.1.2TSG D7005-2018
第1章第1.6.2項規(guī)定管道定期檢驗可以采用基于風險的檢驗,其檢驗周期按本章節(jié)相關(guān)內(nèi)容要求確定。
第2章第2.1項規(guī)定定期檢驗一般在管道停止運行期間進行。當管道運行條件不影響檢驗的有效性和安全性時,也可以基于管道的損傷模式和風險水平,結(jié)合管道的使用情況制定檢驗策略,在運行狀態(tài)下實施檢驗。
RBI技術(shù)應(yīng)用應(yīng)委托國家質(zhì)檢總局批準的機構(gòu)承擔。同時基于風險的檢驗方案通過普光分公司主管部門審批,并在當?shù)厥袌霰O(jiān)管局特種設(shè)備安全監(jiān)察部門辦理完成備案登記。
基于風險的在線檢驗技術(shù)路線主要包括數(shù)據(jù)收集整合、風險計算及評估、風險排序、制定檢驗計劃、實施檢驗降低運行風險、到期實施再評估等環(huán)節(jié),詳見圖1。
圖1 基于風險的檢驗技術(shù)路線
根據(jù)蒸汽管道工藝、物流分析,同時考慮管道的操作工況、材質(zhì)的腐蝕敏感性,經(jīng)分析存在以下?lián)p傷模式:腐蝕減薄、材質(zhì)劣化、機械損傷和其他損傷4大類,其損傷機理詳見表1。
表1 主要損傷模式及機理
依據(jù)GB/T 26610-2014,采用Riskwise軟件,確定同類設(shè)備平均失效概率并計算修正系數(shù),得到蒸汽管道失效可能性;根據(jù)蒸汽管道介質(zhì)參數(shù)、損傷模式及機理、泄漏孔大小及速率,在考慮探測和隔離系統(tǒng)的影響下,得出失效后果。綜合考慮失效可能性和失效后果,圖2給出了2019年12月10日時間點管廊蒸汽管道的安全風險矩陣圖。由圖可見,所有評估的單元中沒有高風險及中高風險管道;中風險管道為2條,占評價總數(shù)的比例為12.5%,低風險管道為14條,占評價總數(shù)的比例為87.5%。
依據(jù)管廊蒸汽管道損傷機理分析和風險評估結(jié)果,提出降低風險在線檢驗策略,主要包括宏觀檢查、壁厚檢測、焊縫埋藏缺陷檢測、安全保護裝置與儀表檢測、必要時進行耐壓強度校核和管道應(yīng)力分析等,詳見表2。
圖2 管廊蒸汽管道2019年12月10日風險評估結(jié)果
表2 損傷模式和在線檢驗項目
依據(jù)檢驗策略,編制檢驗方案,對管廊蒸汽管道進行在線檢驗。
3.7.1宏觀檢查
對16條管廊蒸汽管道全部進行宏觀檢查,發(fā)現(xiàn)部分管道存在外表面腐蝕、支吊架脫落與變形、保溫層破損等問題,已全部整改。
3.7.2電磁超聲高溫測厚
電磁超聲是無損檢測領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù),該技術(shù)利用電磁耦合方法激勵和接收超聲波。本次采用的電磁超聲檢測設(shè)備測量溫度范圍可達0~600 ℃,與傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)相比,它具有精度高(0.01 mm)、不需要耦合劑、不需打磨、檢測速度快,適于高溫管道不停工情況下腐蝕檢測。通過檢測,未發(fā)現(xiàn)嚴重減薄管道,不影響管道評級。
3.7.3數(shù)字射線焊縫檢測
依據(jù)風險評估檢驗策略,對管廊蒸汽管道焊縫埋藏缺陷進行數(shù)字射線檢測(DR)。根據(jù)檢測結(jié)果,未發(fā)現(xiàn)影響管道評級的超標缺陷。
3.7.4在線檢驗周期
根據(jù)在線檢驗情況,檢驗單位出具工業(yè)管道定期檢驗報告,安全狀況等級2級,下次檢驗日期2022年12月10日前,基于風險的檢驗周期為3年。
與傳統(tǒng)常規(guī)檢驗相比,壓力管道基于風險的在線檢驗具有如下優(yōu)越性。
a)采用基于風險的在線檢驗,解決了壓力管道檢驗周期與裝置運行周期不一致的矛盾,促進生產(chǎn)裝置長周期安全運行。
b)通過失效可能性及后果分析,確定管道風險等級,合理配置檢驗資源,最大限度優(yōu)化檢驗策略,降低檢驗配合的工作量,節(jié)約成本。
c)通過損傷模式和損傷機理分析,檢驗方案針對性、有效性得到提高,有利于發(fā)現(xiàn)安全隱患,保證裝置運行安全可靠。
d)在運行狀態(tài)下進行在線檢驗,最大限度避免停車倒空,降低開停車安全風險,減少物料排放和環(huán)境污染。
本次管廊16條蒸汽管道基于風險的在線檢驗與常規(guī)檢驗效益對比如表3(凈化廠管廊16條蒸汽管道共有768個彎頭,35個三通,18個大小頭,2 246道焊縫。常規(guī)檢驗工作量統(tǒng)計按照TSG D7005-2018中管件壁厚測定及管道焊接接頭埋藏缺陷檢測抽查比例的要求)。
表3 基于風險的在線檢驗與常規(guī)檢驗效益對比
a)管廊蒸汽管道的損傷模式主要是保溫層下腐蝕、沖刷引起的局部減薄、高溫引起的材質(zhì)劣化等。
b)2019年12月所有評估的單元中沒有高風險及中高風險管道;中風險管道為2條,占評價總數(shù)的比例為12.5%;低風險管道為14條,占評價總數(shù)的比例為87.5%。
c)根據(jù)本次風險分析結(jié)果,制定了管道在線檢驗策略。所有管道進行100%原始資料審查及宏觀檢查;中風險管道和低風險管道抽檢不低于6%的管件進行壁厚檢測(每條管道抽檢管件數(shù)不少于1個);選取部分管道進行焊縫無損檢測。
d)應(yīng)用基于風險的在線檢驗技術(shù),解決了天然氣凈化裝置高溫高壓管廊蒸汽管道到期不能檢驗的問題,及時發(fā)現(xiàn)隱患并整改,提高重點設(shè)備管線的安全性和管理水平。
e)為了降低潛在風險,應(yīng)保持操作工藝條件穩(wěn)定,避免介質(zhì)溫度和壓力波動;重視壓力管道年度檢查,年度檢查項目以宏觀檢查為主,必要時進行在線測厚;制定科學(xué)合理的應(yīng)急預(yù)案并定期實施演練。