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（中海石油技術(shù)檢測有限公司 天津 300450）

鑒于海洋石油鉆采平臺(tái)的生產(chǎn)設(shè)備集中于海洋平臺(tái)這一生產(chǎn)特點(diǎn)，其生產(chǎn)布局緊湊、設(shè)備高度集中。此外，海洋設(shè)備的生產(chǎn)環(huán)境常是高鹽霧、高潮濕、長日照和高頻振動(dòng)，由于海上生產(chǎn)中使用的壓力容器長期處于這一惡劣環(huán)境，極其容易造成生產(chǎn)過程中的設(shè)備損壞，從而導(dǎo)致生產(chǎn)原料的泄 露[1]。而基于風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)（RBI），能夠針對(duì)相關(guān)設(shè)備的損傷模式提供針對(duì)性的檢驗(yàn)策略和使用建議，從而達(dá)到設(shè)備的本質(zhì)安全需要，近年來在石化生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，并且發(fā)展至今已經(jīng)較為成熟[2]。其能在保障容器設(shè)備安全運(yùn)營的同時(shí)最大程度地保障生產(chǎn)方的利益。

1.RBI簡介

RBI（Risk-Based Inspection）[3]即基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)，是一種基于平臺(tái)工藝流程、設(shè)備參數(shù)、操作環(huán)境、檢驗(yàn)檢測技術(shù)等為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)評(píng)估工具，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)大小及壓力容器潛在的損傷機(jī)理確定出相應(yīng)的檢驗(yàn)管理策略，以控制失效及防止非預(yù)期的腐蝕損傷事故發(fā)生，提高壓力容器使用的安全性和可靠性。其能通過應(yīng)用檢驗(yàn)檢測技術(shù)、生產(chǎn)工藝與設(shè)備維護(hù)等信息進(jìn)行不斷的糾正維護(hù)。

RBI可以對(duì)所處的平臺(tái)上壓力容器的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)大小進(jìn)行系統(tǒng)化的評(píng)估和管理，根據(jù)篩選分析后設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)大小和設(shè)備潛在的失效模式制定科學(xué)的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)管理的檢驗(yàn)策略，以控制失效和防止突發(fā)的腐蝕損傷事故發(fā)生，提高壓力容器運(yùn)行使用中的安全性與可靠性。

2.RBI相對(duì)傳統(tǒng)檢驗(yàn)的優(yōu)勢

傳統(tǒng)壓力容器的檢驗(yàn)方法和時(shí)間的確定，主要從容器安全運(yùn)行的角度出發(fā)進(jìn)行制定。但是對(duì)壓力容器的定期檢驗(yàn)施工方案的制定過程中，由于檢驗(yàn)策略的制定受檢驗(yàn)員個(gè)人水平影響較大，即使在失效模式方面有所考慮，但是檢驗(yàn)策略的制定沒有充分發(fā)揮所在團(tuán)隊(duì)的群體優(yōu)勢，所制定的檢驗(yàn)策略難免有點(diǎn)偏差。RBI技術(shù)和傳統(tǒng)檢驗(yàn)或定期檢驗(yàn)相比，RBI技術(shù)在對(duì)評(píng)估目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)性、安全性等多個(gè)方面進(jìn)行了綜合的考慮，其檢驗(yàn)策略的制定需要在針對(duì)設(shè)備的損傷機(jī)理和滿足平臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)管控的基礎(chǔ)上，與平臺(tái)整體維修計(jì)劃相一致且具備可操作性。最終用于指導(dǎo)和優(yōu)化壓力容器的檢驗(yàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，設(shè)備的失效風(fēng)險(xiǎn)并非均勻分配，約20%的設(shè)備承擔(dān)了80%的風(fēng)險(xiǎn)。采用RBI技術(shù)對(duì)評(píng)估設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)排序，確定出中高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)因素提出適配的檢驗(yàn)策略[4]。

傳統(tǒng)檢驗(yàn)和RBI檢驗(yàn)對(duì)比，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)檢驗(yàn)與RBI檢驗(yàn)

從圖1可以看出，RBI優(yōu)于傳統(tǒng)的檢驗(yàn)。檢驗(yàn)量相同時(shí)，RBI具有較低的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)；處于同一設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，RBI的檢驗(yàn)量更小。

而RBI技術(shù)以設(shè)備損壞為基礎(chǔ)，以導(dǎo)致設(shè)備介質(zhì)泄露為對(duì)象，根據(jù)收集到設(shè)備或設(shè)施的數(shù)據(jù)資料建立數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行系統(tǒng)完整的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從而達(dá)到對(duì)壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分類的目的，進(jìn)而采取相應(yīng)的檢驗(yàn)策略。

3.分析流程

制定檢驗(yàn)策略主要依靠專家并運(yùn)用由挪威船級(jí)社（DNV GL）開發(fā)的一款專門針對(duì)海上設(shè)備進(jìn)行RBI技術(shù)分析的軟件Synergi Plant RBI Offshore完成。該款軟件能對(duì)設(shè)備進(jìn)行量化風(fēng)險(xiǎn)并篩選出高風(fēng)險(xiǎn)的單元，并制定具備可操作性的檢驗(yàn)策略。其通過運(yùn)用完善成熟的材料、介質(zhì)、損傷機(jī)理等數(shù)據(jù)庫，可對(duì)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行較準(zhǔn)確的評(píng)估，用于對(duì)壓力容器進(jìn)行主動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控，圖2給出了RBI分析過程的流程。

圖2 RBI工作分析流程

4.風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要步驟

(1)建立數(shù)據(jù)庫

RBI技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫需要進(jìn)行資料收集，主要包含壓力容器的設(shè)計(jì)和完工圖紙、設(shè)施生產(chǎn)工藝相關(guān)資料及維修改造資料等。

文中結(jié)合投產(chǎn)于2014年的海洋石油某FPSO設(shè)施上運(yùn)行的48臺(tái)壓力容器進(jìn)行壓力容器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。該項(xiàng)目的目的是系統(tǒng)地評(píng)估海洋石油某FPSO的48臺(tái)壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)大小及潛在的損傷機(jī)理制定出相應(yīng)的檢驗(yàn)策略、管理策略，以控制設(shè)備損傷事故發(fā)生，提高壓力容器在役期間的安全性、可靠性。

(2)物流回路和腐蝕回路劃分

物流回路劃分的原則：大量的部件組成同一壓力系統(tǒng)，包括管道、閥門、壓力容器等，壓力系統(tǒng)可以通過緊急關(guān)斷閥自動(dòng)關(guān)閉。物流存量組可定義為如果系統(tǒng)中任意元件發(fā)生失效，釋放的液體或氣體的最大量。一些物流存量組既包括液體又包括氣體，依據(jù)后果的影響分別考慮。

腐蝕回路劃分原則：設(shè)備中采用同一材質(zhì)的一類部件有相同的工作環(huán)境，因此有相同的損傷機(jī)理；對(duì)于腐蝕回路相同的設(shè)備部件，可將一個(gè)部件的檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)到同一組中的所有部件。

海洋石油某FPSO，針對(duì)分析的48臺(tái)壓力容器，其物流回路和腐蝕回路分別劃分為21條、16條。

(3)篩選分析

篩選分析的目的是將從需要分析的容器系統(tǒng)中分離出高風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)，并進(jìn)行詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。采用定性分析方法的篩選分析，再逐一識(shí)別腐蝕回路組、物流回路組、平臺(tái)/設(shè)施涉及到的各處理系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)。結(jié)合設(shè)施運(yùn)行記錄、檢驗(yàn)策略與損傷模式，對(duì)評(píng)估對(duì)象展開失效概率、失效后果的分析，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后的結(jié)果分別為高、中和低風(fēng)險(xiǎn)。

由于低風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備其事故/損傷機(jī)理出現(xiàn)的概率較低或事故發(fā)生后對(duì)設(shè)備設(shè)施的影響不大，因此，低風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備或部件常常采取事后修復(fù)的方式，只需進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)管理的措施。通過篩選將資源傾向于詳細(xì)分析系統(tǒng)的數(shù)量，可以將風(fēng)險(xiǎn)管理的資源更集中于對(duì)整個(gè)裝置會(huì)產(chǎn)生重要影響的系統(tǒng)。

篩選分析根據(jù)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)與公用系統(tǒng)的系統(tǒng)功能來進(jìn)行劃分篩選系統(tǒng)，并且篩選系統(tǒng)參照生產(chǎn)介質(zhì)、設(shè)備材質(zhì)、操作條件等變量再劃分成具體的篩選項(xiàng)（即子系統(tǒng)）。篩選分析采取定性的方法，考慮每一子系統(tǒng)的失效可能性和失效后果，其中失效可能性包括內(nèi)部/外部腐蝕、疲勞及其它四種類型。確定一個(gè)系統(tǒng)是高失效可能性還是低失效可能性，必須對(duì)四種可能性類型中的每一種都要進(jìn)行分析。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中考慮了系統(tǒng)中各介質(zhì)可能導(dǎo)致內(nèi)外部的退化機(jī)理。篩選分析的風(fēng)險(xiǎn)矩陣根據(jù)失效概率和失效后果共分為如下四種情況：

①詳細(xì)評(píng)估：這些系統(tǒng)具有高失效可能性和高失效后果，需要進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估；②預(yù)防性維護(hù)：這些系統(tǒng)具有低失效可能性和高失效后果；③糾正性維護(hù)：這些系統(tǒng)具有高失效可能性和低失效后果；④最低監(jiān)護(hù)：這些系統(tǒng)具有低失效可能性和低失效后果。

在對(duì)海洋石油某FPSO的48臺(tái)壓力容器涉及到的原油、閉排、燃?xì)獾?6個(gè)系統(tǒng)分析中，高風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)有9個(gè)，占比56%，中風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)有3個(gè)，占比19%，低風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)有4個(gè)占比25%。

(4)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

①風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算原理。設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)來源由評(píng)價(jià)單元的失效可能性和評(píng)價(jià)單元的失效后果兩部分組成。風(fēng)險(xiǎn)可由失效概率與失效后果的乘積得出：

式（1）中，Pf(t)為失效可能性，作為時(shí)間的函數(shù)，其數(shù)值隨著原件損傷的累積增加，反映了容器預(yù)期的失效概率大??；C(t)表示的是失效后果，由泄露孔的泄露量和泄漏速率定量計(jì)算后果面積。

失效可能性由如下公式的計(jì)算得到：

式（2）中，gff為評(píng)價(jià)單元的通用失效頻率，其數(shù)值根據(jù)石油行業(yè)失效數(shù)據(jù)的典型代表值來表示不同類型設(shè)備的通用失效頻率；Df(t)為損傷因子，損傷因子由設(shè)備的損傷機(jī)理確定（均勻或局部減薄、開裂、蠕變、材質(zhì)劣化、機(jī)械損傷等），損傷機(jī)理與設(shè)備材質(zhì)、操作工況、在役環(huán)境以及量化損傷的檢驗(yàn)監(jiān)測技術(shù)密切相關(guān)。

結(jié)合公式（1）和公式（2）可以看出，風(fēng)險(xiǎn)是隨時(shí)間變化的函數(shù)，伴隨著減薄、裂紋等損傷機(jī)理在運(yùn)行時(shí)間上的積累，損傷因子值慢慢變大。如果設(shè)備單元有多個(gè)損傷機(jī)理時(shí)，各損傷機(jī)理要得到一個(gè)與時(shí)間相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行對(duì)比，選擇最高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)當(dāng)做該設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。

RBI技術(shù)綜合評(píng)估失效概率、失效后果、失效概率和后果組合這三個(gè)主要參數(shù)，此外，RBI中定義風(fēng)險(xiǎn)為容器的失效可能性和失效后果的乘積。

結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果制定針對(duì)性的檢驗(yàn)策略，可較為科學(xué)地制定出檢測任務(wù)。

②失效可能性計(jì)算?；陲L(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)針對(duì)失效可能性的計(jì)算是默認(rèn)設(shè)備的損壞程度要比預(yù)計(jì)要快，通過將收集到的設(shè)備檢驗(yàn)檢測報(bào)告匯總，并結(jié)合以往檢驗(yàn)方法對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的各種損傷模式、損傷速率的有效性來確定置信度[5]。

現(xiàn)將設(shè)備常見的四類損傷速率模型進(jìn)行介紹：

A.可忽略模型：可忽略模型的設(shè)備損傷曲線，其損傷速率數(shù)值沒有明顯的變化，由于其與時(shí)間無關(guān)，可忽略模型指定一個(gè)固定的失效可能性值。對(duì)于屬于可忽略模型的元件，可以不展開檢驗(yàn)。

B.未知模型：元件物質(zhì)或材料未知時(shí)，則判斷元件屬未知模型。先設(shè)定其失效可能性為1，再結(jié)合失效后果判斷是否有必要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。若失效后果嚴(yán)重，則該元件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高，則要展開詳細(xì)的分析。

C.速率模型：常應(yīng)用于損傷導(dǎo)致元件壁厚局部或均勻減薄的工況，隨著時(shí)間的累積失效可能性逐漸增大。設(shè)備的厚度值將隨著時(shí)間逐漸減小，導(dǎo)致這種腐蝕機(jī)理的失效概率隨時(shí)間的增加而增大。

常見的符合速率模型的腐蝕機(jī)理有二氧化碳腐蝕、碳鋼的水腐蝕等。

在失效可能性評(píng)估中，除計(jì)算估計(jì)腐蝕速率時(shí)的失效可能性外，軟件還要計(jì)算2倍和4倍的預(yù)計(jì)腐蝕率時(shí)的失效可能性，腐蝕減薄的失效可能性的值采用上述三個(gè)失效可能性的加權(quán)值相加。此外，根據(jù)以往采用檢驗(yàn)方法對(duì)檢出不同形式損傷和損傷速率的有效性來確定置信度。

D.敏感性模型：某種損傷機(jī)理一旦受到外界條件觸發(fā)后，損傷發(fā)生得非常迅速，符合此類情況都屬于敏感性模型。這種模型與失效相關(guān)的因素不發(fā)生變化時(shí)，則失效可能性保持常數(shù)。常見的敏感性模型包括微生物腐蝕、不銹鋼材質(zhì)（含雙相不銹鋼、6Mo不銹鋼等）的大氣腐蝕、不銹鋼材質(zhì)的水腐蝕等。設(shè)備失效概率值可通過每毫米壁厚的失效可能性除以設(shè)備壁厚計(jì)算得到。

(5)檢驗(yàn)策略制定

壓力容器的RBI評(píng)估結(jié)果，可以作為制定整體檢驗(yàn)策略的基礎(chǔ)來指導(dǎo)和優(yōu)化檢驗(yàn)。檢驗(yàn)策略和其他降險(xiǎn)計(jì)劃的目的是使所有設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)都在可接受范圍內(nèi)。同時(shí)，檢驗(yàn)策略的制定應(yīng)綜合考慮海上壓力容器及部件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、損傷機(jī)理、檢驗(yàn)歷史、腐蝕檢測數(shù)據(jù)、設(shè)備壽命、檢測技術(shù)的有效性等因素。首先，按照壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)值確定檢驗(yàn)檢測順序；其次，根據(jù)損傷機(jī)理和檢驗(yàn)計(jì)劃實(shí)施檢驗(yàn)任務(wù)。檢驗(yàn)策略包括檢驗(yàn)位置、損傷機(jī)理、檢驗(yàn)范圍/方法/比例/時(shí)間等。

在對(duì)海洋石油某FPSO檢驗(yàn)策略的制定中，其主要潛在的失效機(jī)理有：外部損傷（保溫層腐蝕、大氣腐蝕、外部應(yīng)力腐蝕開裂）、內(nèi)部腐蝕（包括涂層下腐蝕、CO2腐蝕、微生物腐蝕、水腐蝕）；當(dāng)前海洋石油某FPSO的壓力容器中不存在極高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)單元，但是設(shè)施中中高風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)單元相對(duì)較多，需要針對(duì)設(shè)備的損傷機(jī)理，選擇合適的檢驗(yàn)策略。

(6)執(zhí)行和再評(píng)估

基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)是一種隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的工具，可用于對(duì)設(shè)備當(dāng)前和未來的風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行評(píng)估。一旦設(shè)備材料改變、風(fēng)險(xiǎn)接受限度的修改和評(píng)估周期期滿，會(huì)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。因此，RBI應(yīng)該采用最新工藝、維修改造信息和風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則等來進(jìn)行持續(xù)的更新。

5.結(jié)論

風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)作為采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中損傷模式的針對(duì)性定期檢驗(yàn)，通過收集設(shè)備設(shè)施的工藝流程、設(shè)備參數(shù)、操作環(huán)境、檢驗(yàn)檢測等信息基礎(chǔ)上，進(jìn)行綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。將設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)管控，在滿足設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)管控的基礎(chǔ)上制定并執(zhí)行檢驗(yàn)策略，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）協(xié)助生產(chǎn)方進(jìn)行容器資料管理；（2）可以避免盲目開罐，提供在線降險(xiǎn)策略，提升生產(chǎn)效率；（3）可以更為全面系統(tǒng)地了解相應(yīng)設(shè)施的運(yùn)行狀況，并適配科學(xué)的管理策略；（4）對(duì)不同設(shè)備進(jìn)行針對(duì)性的檢驗(yàn)，提升風(fēng)險(xiǎn)管控能力；（5）滿足設(shè)備合規(guī)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，避免系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)；（6）群策群力，能有效規(guī)避因個(gè)人經(jīng)驗(yàn)不足而漏檢某些關(guān)鍵設(shè)施的部位，并制定有針對(duì)性、主動(dòng)的檢驗(yàn)策略；（7）優(yōu)化檢驗(yàn)策略，節(jié)約生產(chǎn)維護(hù)成本，從而達(dá)到降本增效的目的。