趙雅蕾，陳 煒，王 哲，余 進(jìn)，程 偉，徐志弓

(1.合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽 合肥 230031;2.合肥通用機(jī)械研究院特種設(shè)備檢驗(yàn)站有限公司，安徽 合肥 230031)

煉化裝置具有高溫高壓、連續(xù)生產(chǎn)、加工介質(zhì)易燃易爆和有毒有害等特點(diǎn)[1]。開(kāi)展成套裝置完整性管理工作能降低設(shè)備故障率、管控裝置風(fēng)險(xiǎn)、降低經(jīng)濟(jì)成本和保障裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行[2]。完整性管理概念最早于1992年由美國(guó)職業(yè)安全與健康管理局以過(guò)程安全管理法規(guī)的形式提出[3]；2004年，英國(guó)資產(chǎn)完整性管理標(biāo)準(zhǔn)提出了構(gòu)建完整性管理體系“計(jì)劃—執(zhí)行—檢查—處理”循環(huán)與基本要素；2006年，美國(guó)化學(xué)工藝安全中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“CCPS”)提出全壽命周期設(shè)備完整性管理概念，并將風(fēng)險(xiǎn)管理、質(zhì)量管理、缺陷管理、檢驗(yàn)檢測(cè)和預(yù)防性維修作為完整性管理的主要內(nèi)容[4]。

1 國(guó)內(nèi)完整性管理的規(guī)范

國(guó)內(nèi)完整性管理應(yīng)用研究起步較晚，但也取得了顯著成果。2015年，國(guó)家頒布實(shí)施了GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理》標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著長(zhǎng)輸管道完整性管理提升到國(guó)家推廣層面。2019年，國(guó)家頒布實(shí)施了GB/T 37327—2019《常壓儲(chǔ)罐完整性管理》標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)標(biāo)國(guó)外，國(guó)內(nèi)煉化企業(yè)開(kāi)展成套裝置完整性管理仍存在不少問(wèn)題。

為此，建立了以風(fēng)險(xiǎn)管理為核心，管理、技術(shù)和信息相融合的完整性管理體系，構(gòu)建了完整性管理信息系統(tǒng)框架，并在某煉化企業(yè)開(kāi)展了基于風(fēng)險(xiǎn)的完整性管理工作。

2 成套裝置完整性管理體系

2.1 體系框架

在汲取國(guó)外資產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)、資產(chǎn)完整性體系指南的基礎(chǔ)上，注重與中石化等企業(yè)的設(shè)備管理實(shí)踐方法相融合，明確了成套裝置全壽命周期完整性管理的基本要素，形成了基于風(fēng)險(xiǎn)的完整性管理支撐技術(shù)架構(gòu)，建立了適用于石油化工成套裝置中靜設(shè)備、動(dòng)設(shè)備、儀表系統(tǒng)和電氣設(shè)備全壽命周期完整性管理的體系,見(jiàn)圖1。體系分為管理、信息和技術(shù)三部分(18大要素)，管理部分是頂層設(shè)計(jì)，信息部分是中間載體，技術(shù)部分是執(zhí)行核心，各部分緊密關(guān)聯(lián)共同構(gòu)成一個(gè)持續(xù)改進(jìn)的完整性管理體系。為補(bǔ)齊以往設(shè)備管理的短板，體系中重點(diǎn)強(qiáng)化了前期管理、風(fēng)險(xiǎn)管理、預(yù)防性維修、缺陷管理和變更管理等要素。

圖1 成套裝置完整性管理體系

2.2 基于風(fēng)險(xiǎn)的完整性管理支撐技術(shù)

成套裝置完整性管理以風(fēng)險(xiǎn)管理為核心，以降低裝置內(nèi)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)或至少維持同等風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)。國(guó)際上已普遍使用基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)、以可靠性為中心的維修、儀表安全完整性等級(jí)等風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)，設(shè)備管理形式由被動(dòng)逐步向主動(dòng)轉(zhuǎn)變，風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)由單獨(dú)使用到集成應(yīng)用。如殼牌提出以基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)與維修、儀表保護(hù)功能為技術(shù)支撐的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)及可靠性管理方法;挪威船級(jí)社利用信息化平臺(tái)將基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)、以可靠性為中心的維修、儀表安全完整性等級(jí)技術(shù)軟件與煉化企業(yè)資源管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行整合[5]。對(duì)成套裝置中各類(lèi)設(shè)備實(shí)施完整性管理，必須根據(jù)設(shè)備全壽命周期不同階段的特點(diǎn)有針對(duì)性地運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)水平、防范隱患并控制風(fēng)險(xiǎn)。不同設(shè)備類(lèi)型、階段適用的風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)不同，梳理了10種風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合、主要功能及相關(guān)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，形成了基于風(fēng)險(xiǎn)的完整性管理支撐技術(shù)架構(gòu)(見(jiàn)圖2)。

圖2 完整性管理支撐技術(shù)架構(gòu)

基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(RBI)技術(shù)在成套裝置精細(xì)化評(píng)估時(shí)存在局限，基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)計(jì)算可能會(huì)出現(xiàn)缺陷的風(fēng)險(xiǎn)，但并非所有缺陷都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備失效，關(guān)鍵在于對(duì)缺陷加以區(qū)別，并且基于必要的合理使用評(píng)價(jià)，消除存在隱患的缺陷，保留相對(duì)安全的缺陷。

成套裝置由靜-動(dòng)-電-儀等構(gòu)成，任何一部分非正常動(dòng)作都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失效，因此加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)的集成應(yīng)用對(duì)保障設(shè)備安全和長(zhǎng)周期運(yùn)行具有重要意義。

2.3 構(gòu)建完整性管理信息系統(tǒng)

成套裝置完整性管理信息系統(tǒng)是完整性管理成果展示的平臺(tái)，是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)、預(yù)防性維修技術(shù)、腐蝕防護(hù)技術(shù)得以落實(shí)的中間載體，對(duì)規(guī)范化、數(shù)字化和程序化完整性管理流程而言，提高設(shè)備管理業(yè)務(wù)執(zhí)行效率具有重要意義[6]。目前煉化企業(yè)常見(jiàn)的設(shè)備信息管理系統(tǒng)信息連通性不足，內(nèi)部管理存在“數(shù)據(jù)孤島”，缺乏一個(gè)以完整性管理為中心的信息平臺(tái)。如現(xiàn)有基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)、以可靠性為中心的維修、儀表安全完整性等級(jí)、完整性操作窗口軟件之間相互獨(dú)立，而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中靜-動(dòng)-電-儀相互作用，設(shè)備、工藝、儀表密切相關(guān)。因此建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)、增強(qiáng)數(shù)據(jù)互通、軟件異構(gòu)互融是設(shè)備信息管理的必然趨勢(shì)。構(gòu)建了以“管理、技術(shù)、信息”為核心的成套裝置完整性管理信息系統(tǒng)，在企業(yè)資源管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)、腐蝕監(jiān)檢測(cè)系統(tǒng)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)成套裝置基礎(chǔ)設(shè)備數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、腐蝕數(shù)據(jù)、風(fēng)險(xiǎn)分析數(shù)據(jù)和檢維修數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和分析，實(shí)現(xiàn)了腐蝕調(diào)查、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、檢測(cè)維修、風(fēng)險(xiǎn)降低和績(jī)效評(píng)價(jià)等功能。信息系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 裝置完整性管理信息系統(tǒng)架構(gòu)

成套裝置完整性管理信息系統(tǒng)包括操作層、執(zhí)行層、管理層與決策層四部分。操作層包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、檢維修數(shù)據(jù)和腐蝕數(shù)據(jù)等；執(zhí)行層涵蓋成套裝置中靜設(shè)備、動(dòng)設(shè)備、儀表系統(tǒng)和電氣設(shè)備；全壽命周期完整性管理的主要技術(shù)手段，包括了設(shè)備設(shè)計(jì)、制造安裝、投用運(yùn)行和停用報(bào)廢等環(huán)節(jié)的完整性管理內(nèi)容；管理層是貫徹決策者在設(shè)備管理方面的指導(dǎo)思想和原則，是成功實(shí)施完整性管理的基礎(chǔ)；決策層提出完整性管理的目標(biāo)，并對(duì)實(shí)施過(guò)程、結(jié)果進(jìn)行檢查與評(píng)價(jià)，是推動(dòng)完整性管理體系持續(xù)改進(jìn)的不竭動(dòng)力。

3 應(yīng) 用

3.1 體系建設(shè)

為實(shí)現(xiàn)裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，某企業(yè)委托合肥通用院開(kāi)展了13套裝置基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)、儀表安全完整性等級(jí)、完整性操作窗口與再評(píng)估等完整性管理工作。開(kāi)展了組織架構(gòu)與職責(zé)分工、程序文件編寫(xiě)、信息平臺(tái)整合、技術(shù)工具集成應(yīng)用等工作。促進(jìn)形成了體系化、標(biāo)準(zhǔn)化、流程化的完整性管理模式，組建了設(shè)備完整性管理團(tuán)隊(duì)，明確了管理目標(biāo)與策略，建立了完整性管理構(gòu)架。

3.2 設(shè)備信息管理平臺(tái)建設(shè)

建設(shè)基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備完整性管理信息平臺(tái)至關(guān)重要，在已有的設(shè)備管理一體化平臺(tái)與設(shè)備腐蝕與防護(hù)管理平臺(tái)基礎(chǔ)上，組建了以基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)、儀表安全完整性等級(jí)和完整性操作窗口遠(yuǎn)程運(yùn)維平臺(tái)為核心的信息化管理平臺(tái)，有效提高了完整性管理數(shù)字化、信息化水平。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)集成應(yīng)用

以常減壓蒸餾裝置為例介紹風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)集成應(yīng)用情況。評(píng)估容器91臺(tái)，管道1 655條，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估關(guān)注的重點(diǎn)腐蝕部位在常頂冷凝系統(tǒng)、常頂循環(huán)回流系統(tǒng)、常底高溫油漿系統(tǒng)及減頂冷卻系統(tǒng)、減一線(xiàn)、減底高溫渣油系統(tǒng)等。

通過(guò)RBI，明確了常減壓蒸餾裝置承壓設(shè)備的損傷模式、潛在損傷機(jī)理。損傷機(jī)理主要包括保溫層下腐蝕、鹽酸腐蝕、氯化銨腐蝕、酸性水腐蝕、濕硫化氫腐蝕、高溫硫/環(huán)烷酸腐蝕[7]；通過(guò)RBI計(jì)算得到了常減壓蒸餾裝置每臺(tái)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其中，中高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備6臺(tái)，中高風(fēng)險(xiǎn)管道92條，裝置設(shè)備與管道風(fēng)險(xiǎn)分布情況見(jiàn)圖4；通過(guò)RBI，制定有效降低風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)策略，確定合理的檢驗(yàn)周期、檢驗(yàn)比例、檢驗(yàn)方式，指出重點(diǎn)檢驗(yàn)部位與方法，大大降低設(shè)備檢驗(yàn)比例，節(jié)省檢驗(yàn)時(shí)間和檢驗(yàn)費(fèi)用[8]。針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高風(fēng)險(xiǎn)、失效可能性不低于4的中高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備和管道實(shí)施在線(xiàn)檢驗(yàn)，針對(duì)環(huán)境開(kāi)裂敏感性為中或高、理論腐蝕速率不低于0.1 mm/a的設(shè)備和管道實(shí)施在線(xiàn)抽檢；當(dāng)設(shè)備與管道的風(fēng)險(xiǎn)處于不可接受水平時(shí)，應(yīng)通過(guò)基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)與改造、完整性操作窗口、合于使用評(píng)價(jià)、在線(xiàn)降險(xiǎn)(在線(xiàn)檢驗(yàn)、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、巡檢)和更換維修等手段降險(xiǎn)。通過(guò)上述手段，減少“不可接受風(fēng)險(xiǎn)”設(shè)備或管道，盡量實(shí)現(xiàn)裝置設(shè)備與管道檢驗(yàn)周期的統(tǒng)一，為裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行提供必要的依據(jù)。

圖4 常減壓蒸餾裝置設(shè)備、管道風(fēng)險(xiǎn)矩陣

通過(guò)識(shí)別損傷機(jī)理、劃分腐蝕回路、控制操作參數(shù)、在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)預(yù)警，建立了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制的完整性操作窗口，將承壓設(shè)備的安全邊界轉(zhuǎn)化為工藝操作邊界，注重腐蝕過(guò)程與腐蝕結(jié)果，提出了從設(shè)備和工藝兩方面協(xié)同開(kāi)展石化裝置設(shè)備完整性管理的新思路，奠定了全壽命周期設(shè)備完整性管理的基礎(chǔ)。為減緩常頂油氣系統(tǒng)腐蝕，針對(duì)常頂運(yùn)用完整性操作窗口技術(shù)，選擇常頂油氣介質(zhì)為裝置不可接受風(fēng)險(xiǎn)的腐蝕回路。運(yùn)用工藝數(shù)值模擬軟件中的混合器模型對(duì)常頂系統(tǒng)進(jìn)行工藝模擬，從完整性操作窗口角度建議對(duì)常頂系統(tǒng)原油控制指標(biāo)、脫后原油控制指標(biāo)、塔頂注水控制指標(biāo)和塔頂溫度控制指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

經(jīng)儀表安全完整性等級(jí)評(píng)估，對(duì)聯(lián)鎖系統(tǒng)所保護(hù)的對(duì)象開(kāi)展危險(xiǎn)及可操作性分析、保護(hù)層分析和聯(lián)鎖系統(tǒng)充分必要性分析，提出了聯(lián)鎖系統(tǒng)中考慮不周或建議進(jìn)行修改的聯(lián)鎖。本裝置儀表安全完整性等級(jí)評(píng)估包括17個(gè)安全儀表子系統(tǒng)(聯(lián)鎖回路)的安全完整性等級(jí)評(píng)估。經(jīng)評(píng)估發(fā)現(xiàn)約11%的聯(lián)鎖回路存在誤跳過(guò)高或者可進(jìn)行誤跳車(chē)改進(jìn)的情況。針對(duì)常減壓蒸餾裝置換熱器E-101A油氣外漏的情況，建議在適當(dāng)位置設(shè)置可燃有毒氣體報(bào)警儀作為保護(hù)層。

在構(gòu)建靜-動(dòng)-電-儀完整性管理體系的基礎(chǔ)上，集成應(yīng)用“基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)-儀表安全完整性等級(jí)-完整性管理窗口”技術(shù)，可以更精確地找出風(fēng)險(xiǎn)的源頭，制定更有效的降險(xiǎn)措施。通過(guò)開(kāi)展“基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)-儀表安全完整性等級(jí)-完整性管理窗口”技術(shù)的完整性管理工作，該企業(yè)常減壓裝置GC1級(jí)壓力管道經(jīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估檢驗(yàn)策略給出的檢驗(yàn)比例比常規(guī)檢驗(yàn)比例分別降低50%，GC2級(jí)管道檢驗(yàn)比例降低8.7%，常減壓蒸餾裝置運(yùn)行周期延長(zhǎng)了14個(gè)月。

4 展 望

未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步創(chuàng)新管理理念、調(diào)整和優(yōu)化管理機(jī)構(gòu)，完善完整性管理相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和制度，培養(yǎng)具有現(xiàn)代設(shè)備管理意識(shí)的隊(duì)伍，形成體系文件、程序文件、作業(yè)文件，并不斷更新與優(yōu)化；未來(lái)的石化裝置應(yīng)更加注重全壽命周期的完整性管理，注重對(duì)設(shè)計(jì)、制造過(guò)程的設(shè)備前期管理，努力提升設(shè)備設(shè)計(jì)、制造水平；未來(lái)的石化裝置應(yīng)主動(dòng)應(yīng)對(duì)數(shù)字革命，加快智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展，將大數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)孿生、物聯(lián)網(wǎng)、流程仿真等技術(shù)應(yīng)用到完整性管理中。