（机械工程专业论文）基于风险的检测技术方法rbi在燕山石化裂解乙烯装置的应用与研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 随着石油化工装置向大型化、复杂化发展，装置发生事故所带来的经济损失与社会 影响越来越严重。过去那些基于时间以及基于条件的检验方法已不能有效降低设备事故 的发生率。 基于风险的检测技术方法( r i s k b a s e di n s p e c t i o n ) r b i 近三十年来国际上的一门新 兴学科，是利用设备的风险作为优化和管理设备检验基础的一种系统方法。r b i 作为一 种针对大型设备的新型的风险检验概念被引进国际上大中型石化能源工业企业，用于提 高设备运行的可靠性、降低检验成本，并经过实践检验被证明是一种高效的风险分析工 具。 我国对r b i 技术的研究和应用尚处于初级阶段，本文通过对r b i 技术的研究与其 在燕山石化公司裂解乙烯装置的应用分析，为r b i 技术的进一步研究和推广奠定了一定 的基础。 本文首先介绍了基于风险的检测技术方法( 1 m i ) 的基本原理，详细阐述了r b i 风 险分析方法及r b i 的实施流程。针对燕山石化公司的裂解乙烯装置进行了r b i 的技术 应用，包括组织准备、风险评估、风险结果分析等。最后重点分析了燕山石化公司裂解 乙烯装置的失效形式和失效机理，并提出了相应检验计划。通过r b l 分析和检验计划的 实施，使燕山石化公司裂解乙烯装置降低了约7 5 的风险，使企业从中获得了显著的经 济效益与社会效益。 关键词：基于风险检测( r b i ) ；乙烯装置；风险评估；失效分析；检验计划 基于风险的检测技术方法( r b i ) 在燕山石化裂解乙烯装置的应用与研究 a p p l i c a t i o na n d r e s e a r c ho fr i s k b a s e di n s p e c t i o n m e t h o df o re t h y l e n ec r a c k i n gu n i to fy a n s h a ns h i h u a a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f t h el a r g e s c a l ea n dc o m p l e xt r e n do f p e t r o - c h e m i c a li n s t a l l a t i o n s ， t h ee c o n o m i cl o s s e sa n ds o c i a li m p a c tb r o u g h tb yt h ei n s t a l l a t i o na c c i d e n tb e c o m em o r ea n d m o r es e r i o u s ，n l cf o r m e ri n s p e c t i o nm e t h o dw h i c hb a s e do nt i m ea n db a s i cc o n d i t i o n sc a nn o t e f f e c t i v e l yr e d u c et h ei n c i d e n c eo fa c c i d e n t e s r i s k - b a s e di n s p e c t i o n ( r b dt e c h n o l o g yi san e ws u b j e c ti nr e c e n t3 0y e a r s ，i ti san e w i n s p e c t i o nt e c h n o l o g ya p p r o a c hf o rr e f i n e r i e sa n dp r o c e s s i n gp l a n t s r b iw a su s e di n i m p r o v i n gr e l i a b i l i t i e so fe q u i p m e n t sr u n n i n g ，r e d u c i n gi n s p e c t i o nc o s t ，a n dw a sp r o v e dt ob e ah i g h l ye f f e c t i v et o o lf o rr i s ka n a l y s i sa f t e rp r a c t i c e i nc h i n a , r b ir e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no ft e c h n o l o g yi ss t i l li ni t s 州m a r yp h a s e ，t h i s p a p e rb yr b ia n di t st e c h n o l o g yi nt h ey a n s h a np e t r o c h e m i c a lc o r p o r a t i o ne t h y l e n ec r a c k i n g d e v i c ea p p l i c a t i o na n a l y s i st c h n o l o g i e sf o rt h er b ic a np r o m o t ef u r t h e rr e s e a r c ha n dl a ya c e r t a i nf o u n d a t i o n t h i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h eb a s i cp r i n c i p l eo fr b it e c h n o l o g y ，t h e nm a k ead e t a i l e d e x p l a n a t i o no ft h er i s ka n a l y s i sm e t h o d o l o g ya n dt h ei m p l e m e n t a t i o np r o e e s so f r b i a n dt h e n s t u d yt h ey a n s h a np e t r o c h e m i c a lc o r p o r a t i o ne t h y l e n ec r a c k i n gd e v i c er b it e c h n o l o g y p r o c e s s ，i n c l u d i n gt h eo r g a n i z a t i o no fp r e p a r a t i o n ，r i s ka s s e s s m e n t , r i s ka n a l y s i sr e s u l t s f i n a l l y ，i t m a k e saf o c u so na na n a l y s i so fy a n s h a np e t r o c h e m i c a lc o r p o r a t i o ne t h y l e n ec r a c k i n gd e v i c e s f a i l u r eo ft h ef o r ma n df a i l u r em e c h a n i s m ，a n db r i n g sf o r w a r dac o r r e s p o n d i n gi n s p e c t i o n s c h e m e t h r o u g hr b ia n a l y s i sa n dt e s t i n g ，t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h es c h e m et oy a n s h a n p e t r o c h e m i c a lc o r p o r a t i o ne t h y l e n ec r a c k i n gd e v i c er e d u c e sa b o u t7 5p e r c e n to f t h er i s kw h i c h e n a b l ee n t e r p r i s e st og a i ne c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t ss i g n i f i c a n t l y k e y w o r d s ：r i s kb a s e di n s p e c t i o n ( r b i ) ；e t h y l e n ed e v i c e ；r i s ka s s e s s m e n t ； f a t l u r ea n a l y s i s ；i n s p e c t i o ns c h e m e i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 作者。签名： 大连理工大学专业学位坝士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 导师签名： 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1 论文的题目和研究的核心内容 本课题的题目为基于风险的检测技术方法( r b i ) 在燕山石化裂解乙烯装置的应 用与研究，本课题属于机械工程领域。课题源于燕山石化的实际项目。本课题以r b i 技术的研究和应用为核心。 1 2 传统的设备管理技术 半个世纪以来，国内石化设备向大型化、复杂化发展的同时，设备维修技术也从事 后维修向预知维修发展，使设备的可靠性取得巨大进展。早期的工厂设备维修过程多为 事后维修，这种维修方式虽然能充分利用设备的寿命，但有时事故本身造成的损失则 无法估量。 目前，如何提高运转率成了设备可靠性和降低维修成本的焦点，并要求从技术上 有效地加以解决。早期设备维修方式主要是以时间为基础的维修( 定期维修) ，即在事 故发生前，定期对设备进行维修。同事后维修方法比较，这种方法可减少事故发生率， 但这种方法同样存在较大的不足n 3 ： ( 1 ) 损失了部分生产时间，装置的检修时间长。 ( 2 ) 过度维修的费用高。 ( 3 ) 如果不知道设备或配件的真实寿命，不能进行正确的故障分析。 近几年来，随着石化企业的发展，生产规模的不断扩大，特种设备的数量迅速增加。 正是由于特种设备有其特殊性，国家主管部门逐渐加强了对特种设备的管理工作，并相 继出台或更新了相应的规程和管理办法，以便统一规范管理。虽然新的特种设备检验规 程较旧版本有很大程度的修改和完善，但对石化装置的长周期运行来说仍有许多制约的 因素。石化装置长周期安全稳定运行是企业提高生产效率、降低生产成本、增长经济效 益的根本途径之一。尤其是在今天，石化产业已经跨越了粗放发展的阶段，降本增效是企 业提升竞争力的重要手段之一。如何保证生产装置的长周期安全稳定运行已经成为世界 各大跨国石油公司加以研究和解决的技术和管理问题。目前国外石化装置的运行周期已 从过去的2 - - - , 3 年延长到4 - - - 6 年，2 0 世纪9 0 年代初期，中国石化的生产装置一般是 “一年一修”，后来逐步发展到今天的“两年一修、“三年一修 甚至更长的运行周 期。 从总体上讲，目前设备管理许多方面还是传统经验型、规定型。生产装置的长周期 运行水平与世界跨国石油公司相比还有不小的差距；一方面在装置长周期运行的支撑技 基于风险的检测技术方法( r b i ) 在燕山石化裂解乙烯装置的应用与研究 术方面缺乏研究，对国外的相关技术缺乏深入地了解；另一方面，企业外部的相关法规环 境也不利于开展装置的长周期运行工作。 目前大量在役设备在安全可靠条件下继续运行、延长使用寿命、缩短装置的检修时 间是人们迫切的期盼。 1 3r bi 技术简介 1 3 1 r b i 的定义 r b i 是基于风险的检测技术方法( r is kb a s e di n s p e c t i o n ) 的缩写，它是基于风险 优化检验行为的一种方法论，是近十年来发展起来的一项设备管理新技术，并在石化行 业形成了国际性标准a p ib p 5 8 0r is kb a s e di n s p e c t i o n 。r b i 是以设备破坏而导致的 介质泄漏为分析对象，以设备检验为主要手段的风险评估和管理过程 2 。该技术对于 降低设备风险，优化设备检验和备件计划，提供延长装置运行周期的决策支持发挥了重 要作用。 r b i 对设备实施风险评估和风险管理的过程，关注的重点有两个方面：一是材料退 化失效引起的压力设备内容物泄漏的风险；二是通过检测实施风险控制。r b i 能指出设 备可能发生什么样的失效，发生失效的概率有多大，失效的后果有多严重。同时根据失 效机理及风险水平制定检验计划。 1 3 2r b i 产生背景 现代化工业生产逐渐向规模集中、设备大型化、生产连续化、自动化程度高的方向 发展，生产介质具有易燃、易爆、有毒、腐蚀的特点，使生产过程发生事故的可能性增 大，诱发事故的因素更加复杂。因此，确保设备安全是一个高度综合的整体化，系统化 的工作。 表1 1 为1 9 7 0 年至1 9 9 9 年间，全球石化行业的超大型事故统计口1 。统计表明：3 8 大型事故由爆炸引起，泄漏形成的蒸汽云爆炸占4 4 ；事故的一半来自炼油厂，而且事 故的发生率仍就在逐年地上升，传统的压力容器定期检验未能有效降低设备事故的发生 率。 通过对一些重大事故的分析以及来自管理层方面的压力，引导了设备完整性技术 ( m i ) 的发展。设备完整性技术的提出，与传统的设备维修方法经历的事后维修，定期 维修和状态维修三个阶段相比，设备管理更强调安全，效率，效益，环保有机结合的必 要性。与此同时起始于2 0 世纪7 0 年代核工业的风险管理学科，在9 0 年代逐渐形成， 并在航空、航天、石油化工、压力容器与管道等工业得到应用。 一2 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 风险管理是在经济与社会效益、风险和费用的三度空间中寻求达到风险最小，效益 最大的目标。风险评估技术与设备管理的需求相结合，r b i ( r i s kb a s e di n s p e c t i o n ) 基 于风险的检验技术应运而生。 表1 1 世界石化行业大型事故统计( 1 9 8 5 1 9 9 9 ) t a b 1 1 l a r g ep r o p e r t yd a m a g el o s s e sw o r l d w i d e ( 1 9 8 5t o1 9 9 9 ) 1 。3 2r b i 的发展过程 r b i 最早是在2 0 世纪6 0 年代由英国原子能权威机构开发的，主要应用于能源工 业，尤其是核工业。这项技术的设计是用于处理“极端事件 ，即低可能性、高后果的 事故情况。在化学工业，同样存在对这类事件的防范要求，如高有害性化学品工艺安全 管理( 0 s h a1 9 1 0 11 9 ) 和机械完整性的要求，目的在于避免高后果和灾难性的事件发 生。由于整个定量的风险评估资金昂贵而且耗时，美国石油协会( a p i ) 和美国机械工 程协会( a s m e ) 开始开发针对石油、天然气、石油化工与化学工业的实践方法。 1 9 9 1 年至1 9 9 9 年，美国机械工程师协会先后出版了不同行业的r b i 指导文件m 1 ， 分别是：1 9 9 1 年，r b i 指导文件( a s m er b ig u i d a n c ed o c u m e n t ，v 0 1 1 ) ；1 9 9 2 年， 应用于核电厂的r b i 技术( a s m er b if o rn u c l e a rp l a n t ，v 0 1 2 ，1 9 9 2 ) ；1 9 9 4 年，应 用于发电厂的r b i 技术指导文件( a s m er b if o rp o w e rp l a n t ，v 0 1 3 ，1 9 9 4 ) ；1 9 9 9 年， 起草了压力容器系统的r b i 指导方针( r b ig u i d e l i n ef o rp r e s s u r es y s t e m s ) 。 a p i 的r b i 项目系在1 9 9 3 年8 月开始实施。由于挪威船级社( d n v ) 在风险管理 方面具有的能力和长期以来在世界范围执行完整性与检验的丰富经验，a p i 选择d n v 作 为项目的主要研发人。同时，该项目还得到2 0 多家石化公司的赞助。在2 0 0 0 年5 月 基于风险的检测技术方法( r b i ) 在燕山石化裂解乙烯装置的应用与研究 正式颁布了( ( a p ip u b l i c a t i o n5 8 1 ：r i s k - b a s e di n s p e c t i o nb a s er e s o u r c ed o c u m e n t 哺1 。在a p i5 8 1 中，清楚地陈述了该方法的适用范围、目标和实施过程，定义了r b i 基 本术语，介绍了r b i 的两种方法一定性与定量，失效的可能性、失效后果的分析， 风险的评估与计算等详细技术信息，以及检验方法的制订。 2 0 0 2 年5 月，a p i 正式颁布了实施r b i 的指导性文件 a p ir e c o m m e n d e d p r a c t i c e5 8 0 ：r i s k b a s e di n s p e c t i o n 踊3 ，a p i5 8 0 同时被批准为美国国家标准。a p i 5 8 0 以标准的形式，介绍了该标准的目的和范围，定义了风险管理和r b i 方法的基本概 念，r b i 方法的介绍，r b i 评估的计划书，r b i 需要收集的原始数据与资料和数据质量 的保证度，失效可能性与失效后果的分析与评估，风险的评估与计算，如何制订r b i 的 检验计划，执行r b i 所担负的责任，r b i 应用的考核和培训，r b i 的文档管理，r b i 的 持续改进等内容。 a p i5 8 1 和a p i5 8 0 对r b i 在石化行业的应用起到了很大推动作用。目前已有许多 国家将其作为设备定期检验的参考依据之一。r b i 技术的应用与研究主要以美国石油协 会( a p i ) 和美国机械工程协会( a s m e ) 为主。 1 4r bi 与传统检验技术的比较 传统的检验规程主要从保障压力容器、压力管道和安全阀安全的角度出发，来确定 相应的检验方法和检验时间。如制定压力容器的定检方案时，虽然对其失效机理也有所 考虑，但由于检验人员的技术水平的差异，所制定的检验方法的针对性、有效性、完整 性并不理想。在确定检验时间时，1 、2 级一般为6 年，3 级一般为3 - - 6 年，具体定几 年主要根据经验。而传统的大检修计划也通常是停产后设备1 0 0 进行检修，重点不突 出。与传统的检验方法和大检修计划相对比，r b i 技术全面考虑了评价对象的经济性、 安全性以及潜在的失效风险，根据不同设备的失效机理确定相应的检验计划。大量的统 计数据表明：设备的失效风险不是平均分配的，其中约1 0 - - 2 0 的设备承担了大约8 0 9 6 - - 9 0 的风险。r b i 风险分析对设备进行风险排序，确定高风险设备，并可根据风险驱动因 素提出有针对性的检验计划。 r b i 是一种系统和动态的检验方法。一方面r b i 充分考虑设备早期的检验结果和经 验、服役时间、设备损伤水平和风险等级来确定检验时间，另一方面r b i 提供了合理分 配检验和维修资源的基础，它能够保证对高风险设备有较多的重视，同时对低风险的设 备进行适当的评估，允许业主将精力集中于高风险的设备上，应用有效的检验技术加以 检测，在降低成本的同时提高设备的安全性和可靠性。 传统检验和r b i 检验的比较见图1 1 口1 。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 风险 检验量 图1 1 传统检验和r b i 的比较 从图1 1 可以看出： ( 1 ) 进行同样程度的检验， ( 2 ) 在同样的风险水平上， r b i 的风险小于传统检验。 r b i 的检验量小于传统检验。 传统的检验及维修对于检查设备使用状况和确保装置的完整性而言是很重要的，但 是一般很难准确地确定出需要多少检验。r b i 将设备在使用期间可能发生的风险与设备 在用检验相联系。应用风险分析，将流程中所有的设备( 包括压力管道) 按风险进行排 序，在此基础上可重点针对高风险的设备，按照其损伤的特点，采用有效的检验方法进 行检验，显著降低其风险。r b i 是一种制定先进检验计划的方法，r b i 通过评估三个主 要参数( 失效可能性、失效后果，失效可能性和后果组合的风险) 可较为准确地确定出 检验的范围和要求。 1 5r bi 的应用和发展趋势 r b i 技术从2 0 世纪8 0 年代末诞生，已在炼油、化工、油气生产、核电等行业进行 了应用，得到了业界的广泛认可。欧洲大多数国家、美国等欧美发达国家均从法规层面 认可并得到了广泛应用，亚洲的韩国、马来西亚、印尼、印度等国家以及我国的台湾地 区也进行了r b i 技术的研究和应用。在非州，南非的煤液化厂也应用了r b i 方法。 上述国家与地区，对r b i 的执行有应用性的、研究开发性的，无论何种出发点，结 果都取得了显著的直接成本效益或安全保证带来的间接效益。如；南非在其加氢反应器 中应用r b i 研究结果，发现起决定作用的潜在损伤机理存在于催化剂的倾到管口和设备 出口，主要是由于轻度有机酸引起的内部腐蚀。通过从外部采用超声波c 扫描技术精确 基于风险的检测技术方法( r b i ) 在燕山石化裂解乙烯装置的应用与研究 地展示了实际壁厚，及时采取措施，延长了反应器的停车周期，使催化剂费用节省了几 百万兰特( r a n d s ) 哺1 。英国t i s c h u k 原油中运行进行了研究，评估了杂质含量对设备的 风险影响，结果表明处理0 5 s 和0 2 8 t a n 比处理0 1 s 和0 1 5 t a n ，在1 0 年周期 内，经济风险上升1 9 ；而0 8 s 和0 6 7 t a n 比0 1 s 和0 1 5 t a n ，经济风险上升 7 7 。因而通过r b i 方法应用，采用有效的检验，不仅是检验费用节省，更多的是风险 下降可带来间接的显著利益饽，1 们。 国内最早进行r b i 技术研究的是天津石化公司机械研究所、中石化上海设备失效分 析与预防研究中心和挪威船级社的合作，于2 0 0 2 年，采用d n v 的r b i 软件对天津石化 公司化工厂大芳烃联合装置的预加氢单元进行了风险评估n 。 2 0 0 3 年，茂名石化公司委托合肥通用机械研究所压力容器检验站对乙烯裂解装置 和炼油加氢裂化装置这两套装置进行r b i 应用，所采用的是法国国际检验局( b v ) 软件。 2 0 0 4 年，扬子石化与d n v 合作完成了芳烃联合加氢裂化装置的r b i 。2 0 0 5 年，镇海炼 化委托挪威船级社( d n v ) 和国家锅炉与压力容器特检中心对其合成氨装置进行了r b i 研究与应用。此外，中国石化青岛安全工程研究院引进英国t i a c h u k 公司的r b i 技术和 软件( t o c a ) ，与齐鲁石化炼油厂合作进行加氢裂化装置的r b l 分析项目n 引。 e n t e r p r i s e ( u k ) l t d 开发了一个完整性软件系统t - o c a ，通过在北海气体终端、 油气田的气体压缩、炼油装置、气体处理厂等五个不同装置中的应用，采用了有效的检 验技术，利用“生命周期 价值，均不同程度地获得了巨大的费用节省n 3 i 。 综上所述，基于风险的检验在石化行业的应用己在世界范围形成一种趋势，安全与 经济的共同需求，会使各国政府立法机构对r b i 方法逐渐给予认可。 r b i 在工艺工厂的应用处于刚刚起步，它仅仅是许多基于风险的评估方法之一。将 来，r b i 的应用将更为普遍，r b i 的应用范围将超越炼油与石化工业，r b i 的发展趋势一 方面是不断完善现有软件的功能，如通过代表性流体与新损伤机理的增补，强化在石化 行业的应用，另一方面是与f f s 、p h a 、s i l 、r c m 、r a m 等其它基于风险的评估方法，共 同集成以达到工厂整体最优资产完整性评估与管理( a i m ) 以屯坫3 ，从而使工厂在长周期的 连续生产中保证安全，降低费用和提高效益。 1 6 本文的组织安排 本文的第二章详细阐述了r b i 技术的基本原理、分析方法及相关分析软件；第三章 介绍了r i b 技术在燕山石化裂解乙烯装置实施过程和分析结果；第四章总结了燕山石化 裂解乙烯装置存在的失效形式，并对其失效机理进行了详细的分析；第五章根据r b l 分 析结果，提出了合理的检验计划：第六章总结了本文的研究工作，并提出了下一步的研 究方向。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2r bi 的原理 2 1 r bl 的计算方法 2 。1 。1r b i 构成要素及计算公式 r b i 将设备在使用期间可能发生的风险与设备日常检验相联系。应用风险分析，将 工艺流程中所有的设备( 包括管道) 按风险进行排序，在此基础上可仅对高风险的设备， 按照其损伤的特点，采用有效的检验方法进行检验，显著降低其风险，以使流程中所有 设备在下一个运行期间的风险都处于低的、人们可接受的风险水平。按照r b i 方法制 订的检验计划对中等风险与低风险的设备则不需要检验。因此说，r b i 是一种制订优化 检验程序的方法，采用这一方法可降低设备风险与生产成本。 在进行r b l 分析时，将风险定义为在一定时间内的失效可能性( l o f ) 乘以失效后果 ( c o f ) ，也即潜在的失效会对人员、环境和经济财产所造成的损失。r b i 的构成要素如 图2 1 所示。 失效的可能性( l o f ) l 管理系数 通用失效可能系数 i 频率 设备修正因子 l 舌莩子ll 螫拿子li 菖摹子 ll 蛩攀子i 图2 1r b i 风险构成要素 f i g 2 1f a c t o r so fr b i 风险可用下式表示： 风险( r is k ) = 失效可能性( l o f ) x 失效后果( c o f ) 具体到一个设备项的风险，是将其所有事故风险进行累计，即： 风险( 设备项) = 风险( i ) = 际习 i一 ( 2 1 ) ( 2 2 ) 基于风险的检测技术方法( r b i ) 在燕山石化裂解乙烯装置的应用与研究 上式风险( i ) 代表一种事故情况，风险( 设备项) 代表每台设备项的风险。风险的 单位取决于所考虑的后果：对可燃性或毒性后果为一定时间内的影响面积( 米2 年) ， 对环境或营业中断为一定时期的的损失费用( 美元或人民币等年) 。 对于后果计算，因考虑失效时装置中的毒性、易燃、易爆等流体物料泄出所引起的 对人员安全、设备损坏、环境破坏与生产中断等所带来的影响。在r b l 分析中，般都 将这些影响转换为经济损失计算，即折算为人员伤亡费用、设备修理费用、环境清理费 用、相邻周边的恢复费用与停产损失等费用，最后合计为总的经济损失费用。 影响风险的另一因素是失效可能性。在a p i5 8 1 定量分析中，对失效可能性认为 由通用失效频率、管理系统评价系数和设备修正系数等三个因素组成，即： 失效可能性( p o f ) = 通用失效频率( g f f ) x 设备修正系数( f e ) 管理系统评价系数( f m ) ( 2 3 ) 通用失效频率是根据世界各国所发表的有关设备、管线失效的文献、报告、商业数 据而统计得出的工业统计频率大小，该值并不能反应某一特定装置或单元的实际失效可 能性，实际失效可能性与其管理水平及实际设备的状况、损伤机理、损伤速率和检验的 有效性有关。因此，通用失效频率需要由管理评价系数和设备修正系数来加以修正。 管理系统评估系数是对工厂或一个操作单元管理系统的管理水平的评估，如工厂管 理制度、设备操作与维护规则、生产安全制度、检验计划、职工岗位技术培训等管理水 平。a p i5 8 1 中给出了确定管理系统评价系数的方法。 设备修正系数由四个因子组成。通用因子、机械因子和工艺因子在a p i5 8 1 中相应 给出了它们的数值。技术模块因子较为复杂，是通过一些技术模块加以确定的。 2 1 2 实施r b i 的过程 r b i 的实施过程如图2 2 所示1 。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图2 2r b i 实施过程 f i g 2 2o p e r a t i o n a lp r o c e s so fr b i 2 2r b1 分类 r b l 分析方法可概括为定性和定量两种n6 i 。它们的共同点在于为风险筛选、潜在高 风险区域的识别和进一步检验或分析、编制设备项的优先排序提供了一个系统的途径， 而且都可给出风险评估的措施。 定性的方法需要采集的资料较少，执行起来快速而简单，在较短的时间里就可得出 整个装置的风险等级及分布，使用户快速关注于工厂最高风险的区域，但分析结果相对 保守，需要更多的专家介入。它一般用于r b i 应用的第一步，对较为复杂的整个装置或 部分单元先进行筛选，以便确定定量r b i 研究或应用的目标，是定量r b l 分析的基础。 定量的r b i 方法需要设备项的较为完整的资料，对一个设备项的可能性分析建立在 失效频率的通用数据基础上，需要由设备修正因子和管理系统评价系数加以修正。其失 效的可能性包括一系列评估失效机理的技术模块。对泄漏物的后果计算使用效果模块。 定量的r b i 程序将这些后果分为四种：可燃或爆炸事件、毒性介质泄漏、环境风险和商 业中断。一般在定性分析筛选后，再对高风险项进行每个设备项或管段进行定量分析与 评估计算，初次计算需要较长的时间，但不需要更多的专家。可给出详细有效的检验计 划。 基于风险的检测技术方法( r b i ) 在燕山石化裂解乙烯装置的应用与研究 两种方法使用同样的失效可能性与失效后果的概念。它们之间的区别在于输入的数 据数量与详细程度，计算方法和输出结果，其特点区别见表2 1 n7 1 。 表2 1r b i 定量与定性分析方法比较 t a b 2 1c o m p a r i s i o nb e t w e e mq u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v ea n a l y s i so f r b i 定量的r b i 定性的r b i 可重新计算，可对数据和结果进行跟踪、传递和 审核。 计算出的结果 能展示效益 初次评估比定性法费时，以后可加快速度。 对敏感的案例比较容易评估，如调查新的工艺状 况原料。 随时可容易演示风险的变化。 在长期内，比定性法花费更高。 容易验证内外部的标准。 需要专家知识，一般不能重复计算。 基于个人观点的结果。 不能用来展示效益 相对更快地处理大量数据。 对定量研究或低危害的工厂的首次筛选更有益。 每次必须重新全面分析。 较便宜。 不易验证。 2 3 定量分析 2 3 1定量分析的计算过程 r b i 定量分析的计算过程如图所示2 3 。 图2 3 定量分析计算过程 f i g 2 3c a l c u l a t i o n a lp r o c e s so fq u a n t i t a t i v ea n a l y s is 一1 0 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 3 2 失效可能性分析 失效可能性分析考虑的要素包括通用失效频率和现场特定调整的因素。通用失效频 率主要受泄露孑l 径影响，现场特定调整的因素包括设备修正因子( 技术子因子，环境子 因子，机械子因子和设备子因子) 和管理修正因子。 通过设备修正因子( f e ) 和管理系统评价因子( 刚) 对同类失效频率进行修正调整，这 样可以得出一个修正的故障发生频率： 频率修正= 频率( 同类) f exf m x 超标缺陷修正因子 ( 2 4 ) 2 3 3 失效频率的确定 为了能用一种切合实际的方法进行r b i 风险计算，必须采用一组不连续的开孔尺寸。 对连续开孔尺寸进行风险计算是不切实际的。经验表明，限制开孔尺寸的数量能够保证 分析易于管理，并且仍然能反映可能的后果的范围。 r b i 方法使用一组预先定义好的开孔尺寸。这一方法使得研究具有再现性和一致性， 而且使操作更加简易，可以利用软件自动计算。r b i 定义了四种开孔尺寸，它们分别表 示小、中等、大尺寸开孔及完全开裂时的情况。 失效可能性评价以失效频率表示。分别计算下述四种情况下的失效频率s 1 ，- - $ 4 ( 见 表2 2 ) 1 引。 表2 2 失效频率划分 t a b 2 2c l a s so fi n v a lid a ti o nf r e q u e n c y 表2 2 中，其和为最终失效频率对每种破坏规模，失效频率口按下式计算： s i = 同类失效频率设备修正因子管理修正因子( 2 5 ) 同类失效频率是对设备故障历史记录的搜集建立起来的，可以从这些数据中得出各 种设备和直径不同的管子的一般故障发生频率。根据设备类型和破坏规模，从“同类 事故频率数据库中确定所预计的破坏规模所对应的“同类”事故频率 2 3 4 设备修正因子 设备修正因子反映设备实际状况对失效频率的影响。分别确定技术模型子因子、环 境子因子、机械子因子和工艺子因子，并按照下式确定设备修正因子： 基于风险的检测技术方法( r b i ) 在燕山石化裂解乙烯装置的应用与研究 设备修正因子= 技术模型子因子+ 环境子因子( 通用子因子) + 机械子因子+ 工艺子因 子一2 ( 2 6 ) 上述公式当中的“一2 的意义：当一个评价单元没有运行的失效机理时，它应具 有一个比同类失效频率稍低的失效频率，因此，所有的设备项的设备修正因子都被赋予 一个一2 的基数值，然后考虑相应的破坏机理值。 图2 4 设备修正因子要素 f i g 2 4c o m p o s i n go fe q u i p m e n t sa m e n d a t o r yf a c t o r 大连理工大学专业学位硕士学位论文 根据上式所有分项值相加的结果，该结果可正可负，如果上式相加的设备系数为负 值，按照下列的规则进行修正以确定最终的设备修正因子。计算出的设备修正因子按照 表2 3 进行调整。设备修正因子包括的要素如图2 4 所示n 7 舯l 。 表2 3 设备因子修正表 t a b 2 3 a m e n d a t o r yv a l u eo fe q u i p m e n tf a c t o r 计算的设备修正因子调整后的设备修正因子 小于一1 介于一1 和1 之间 大于1 取计算值的绝对值的倒数 1 取计算值 2 3 4 1 技术模块因子 技术模型子因子由潜在破坏模式决定。如果设备存在多种破坏模式，则分别确定各 种破坏模式所对应的技术模型子因子，但有两个例外： ( 1 ) 如果涉及炉管破坏模式时，则不单独计算减薄技术模型子因子。 ( 2 ) 如果涉及衬里破坏模式时，则不单独计算减薄技术模型子因子、应力腐蚀开 裂技术模型子因子和高温氢侵腐子因子。 各种破坏模式( 减薄、应力腐蚀等) 所对应的技术模型子因子之和为最终的技术模 型子因子。 技术模块主要评价两类数据： ( 1 ) 确定破坏模式 a ) 减薄 b ) 应力腐蚀 c ) 材料性能劣化 d ) 机械失效 ( 2 ) 确定破坏程度与速度 对在役破坏和检验的对技术模型失效可能性影响有如下的七个步骤： a )鉴别破坏机理然后得出一个预期的破坏速度。 b ) 确定破坏速度的置信水平。 c ) 测定确定检测破坏程度和破坏速度的程序的效果。 d ) 计算检测程序提高破坏速度的置信水平的结果。 e ) 计算已知破坏度超过设备破坏限度并导致故障的可能性。 f ) 计算技术模块亚因子。 g ) 计算所有破坏机理的复合技术模块亚因子。 基于风险的检测技术方法( r b i ) 在燕山石化裂解乙烯装置的应用与研究 对于工艺车间的设备，在确定有破坏机理处，破坏发展速度一般是已知的或者是可 以估算的，破坏速度资料的来源包括： ( 1 ) 已发表在文献中的数据。 ( 2 ) 实验室里的试验。 ( 3 ) 现场试验。 ( 4 ) 来自于相似设备的经验。 ( 5 ) 以前的检测数据。 2 3 4 2 环境子因子 环境子因子又称为通用子因子，适用于对所有设备部件有相同影响的条件。环境子 因子包括下面三个要素： ( 1 ) 工厂装置条件：装置的总体现状，维护，布局等。 ( 2 ) 低气温运行：影响检验维护，液位控制器、盲管冻结或破裂。 ( 3 ) 地震活动性：主要以1 9 8 2 年a n s i a 5 8 1 提供的地震区为根据的。 工厂装置条件的取值、冷天气运行的补偿值及地震区运行的补偿值可分别依据表 2 4 、表2 5 和表2 6 确定。环境子因子等于三者得分之和。 环境子因子= 工厂( 车间) 条件得分+ 寒冷气候得分+ 地震得分 ( 2 6 ) 表2 4 工厂装置条件一赋予的数值 t a b 2 4c o m p e n s a t i o nv a l u ed e p e n d so nf a c t o r yc o n d i t i o n 表2 5 冷天气运行的补偿 t a b 2 5c o m p e n s a t i o nv a l u ed e p e n d so nt e m p e r a t u r e 冬天温度数值 4 0 下以上 + 2 0 下一+ 4 0 下 - 2 0 下- + 2 0 下 一2 0 下以下 o 1 o 2 o 3 o 大连理工大学专业学位硕士学位论文 表2 6 地震区运行的补偿 t a b 2 6c o m p e n s a t i o nv a l u ed e p e n d so nt h ep o s s i b i1i t yo fe a r t h q u a k e 地震区数值 0 或1 2 或3 4 0 1 o 2 o 2 3 4 3 机械子因子 机械子因子是与设备部件最初设计和制造相关的条件，机械子因子为上列五个因 素的数值和。 ( 1 ) 复杂性：需考虑容器单元上的接管数一大于2 的接管及人孔和管道上的焊接 接头数、注入点数( 注氯、水、多硫化物、放泡剂等) 、支管数( 排液管、混合三通、 泄压阀支管) 、阀门数( 切断阀、控制阀、排液阀等) 。管道复杂度系数按下式进行计 算： 管道复杂度系数= ( 接头数x l o ) + ( 注入点x 2 0 ) + ( 支路x 3 ) + ( 阀门x 5 )( 2 7 ) ( 2 ) 制造规范：制造规范满足的版本情况。 ( 3 ) 寿命周期：设计寿命( 假定4 0 年) 和已服役年限。 ( 4 ) 安全系数：运行压力和运行温度。 ( 5 ) 振动监测：泵和压缩机的振动监测情况。 2 3 4 4 工艺子因子 工艺子因子包括最受工艺影响的条件以及设备的运行方式，由以下3 个要素构成： ( 1 ) 工艺的连续性：计划停车和非计划停车。 ( 2 ) 工艺的稳定性：和其他工段的平均工艺稳定性相比 ( 3 ) 泄压阀的因素：维护程序、污垢工况、腐蚀工况、清洁工矿。 工艺子因子涉及工艺流程的相关方面，可按下式计算： 工艺子因子= 工艺连续性得分+ 工艺稳定性得分+ 安全阀得分 ( 2 8 ) 其中： 工艺连续性得分= 计划停车得分+ 非计划停车得分 工艺稳定性得分= 和同类工艺相比的稳定性情况 安全阀得分= 维护状态得分+ 堵塞得分+ 腐蚀介质得分+ 干净环境得分 工艺连续性得分、工艺稳定性得分和安全阀得分的取值分别如表2 7 、表2 8 和表 2 9 所示。 基于风险的检测技术方法( r b i ) 在燕山石化裂解乙烯装置的应用与研究 表2 7 工艺连续性得分 t a b 2 7v a l u ed e p e n d so nt h ec o n t i n u i t yo ft e c h n i c s 表2 8 工艺稳定性得分 t a b 2 8v a l u ed e p e n d so nt h es t a b i1i t yo ft e c h n i c s 工艺稳定性得分 明显高于同类工艺 与同类工艺大致相当 低于同类工艺 明显低于同类工艺 一1 o 1 2 表2 9 安全阀得分 t a b 2 9v a l u ed e p e n d so ns e c u r ev a lv e 逾期未校验和检验安全阀安全阀总量( )得分 2 5 ( 或维护程序) 无明显堵塞 存在聚合物或其它易堵塞介质，有时堵塞 经常堵塞 无介质腐蚀性 介质腐蚀性明显 介质在干净的服役环境 介质在不干净的服役环境 2 3 4 5 管理修正因子 管理修正因子反映设备所在工厂( 车间) 的管理水平对失效频率的影响。分别确定 安全生产责任制、工艺安全信息、工艺危害性分析、安全检查、变更管理、操作规程、 安全作业、人员培训、检验和维护、投用前的安全检查、应急措施、事故调查、分包管 一1 6 1 o 1 2 o 2