压力容器安全：风险工程概述

风险工程概述1.风险概念的起源风险一词由来已久

东方：

远古时期，渔民们出海前祈求神灵保佑风平浪静；“风”即意味着“险”

西方：来源于意大利语的“RISQUE”一词。在早期的运用中，也是被理解为客观的危险

现代意义上的风险，已经超越了“遇到危险”的狭义含义，而是“遇到破坏或损失的机会或危险”

风险概念的起源风险还没有统一的定义，几种代表性观点：

风险是事件未来可能结果发生的不确定性风险是损失发生的不确定性风险是指可能发生损失的损害程度的大小风险是指损失的大小和发生的可能性风险是由风险构成要素相互作用的结果共识：危险：可能产生潜在损失(损伤)的征兆，客观存在风险：危险事件发生的概率 一定程度上可以随危险一旦出现的后果严重程度与损失大小 着人的意志而改变

社会与环境企业自身风险概念的起源2风险工程发展概述

20世纪70年代风险工程技术起源于能源工业化工工业：OSHA1910．119标准石油领域：DNV提出RBI技术在海洋平台应用20世纪90年代初API发布API581、APIRP5801998年4月ASME和API联合，制定RBI+FFS标准的协议欧盟研发自己的RBI+FFS标准

欧盟和美国都提出他们的标准要争取成为ISO标准

风险评估方法在各个领域蓬勃发展航天、建筑、桥梁、石油化工、压力容器与管道等多个工业领域

风险工程发展概述

风险工程现状7维修与资产完整性管理8危险源风险链暴露后果风险分析风险评价风险预测风险检测风险设计风险管理风险工程控制风险及对风险采取相应措施分析风险链相互关系及相互作用的方法风险分析与风险工程3RBI技术在中国石化行业的应用情况概述

RBI技术简介中国RBI技术发展现状

RBI评估应用案例中国石化装置设备及管道风险概况成套装置中RBI技术应用中的发现的问题及今后工作要点分析

基于风险检测(Risk-BasedInspectionRBI)理念：安全性＋经济性原理：失效可能性×失效后果 风险排序关键：优化检验策略目的：本质安全＋节约成本WHAT： 要检查何种类型的缺陷？WHERE：何处去寻找缺陷？缺陷的位置/可接近性？HOW： 能发现缺陷的最佳技术？破坏形式(减薄，裂纹等)WHEN： 从风险级别和经济性平衡角度确定最佳检验时间？

避免检验不足与检验无效过度检验基于风险检测(Risk-BasedInspectionRBI)3.1RBI技术简介基于风险检测(Risk-BasedInspectionRBI)RBI技术简介基于风险检测(Risk-BasedInspectionRBI)RBI技术简介失效概率5ⅢⅢⅢⅣⅣ4ⅡⅡⅢⅢⅣ3ⅠⅠⅡⅢⅣ2ⅠⅠⅡⅡⅢ1ⅠⅠⅡⅡⅢ

ABCDE失效后果风险矩阵设备风险等级表RBI过程示意图检验计划风险评估ABCDE12435风险矩阵基于风险检测(Risk-BasedInspectionRBI)RBI技术简介

风险评估的执行步骤

分类工艺设备定性分析定量分析设备类型可靠度PlotPlansPFD/P&ID失效概率损坏后果等级失效概率健康后果等级可燃性风险毒性泄放风险环境污染风险生产中断风险(两者中最坏情况)半定量分析或火灾爆炸风险毒性外泄风险

DNV法（即API581的方法）

是从失效库里面取出同类型设备的平均失效概率，然后针对该设备的特点用2个系数加以修正，一是该设备的修正系数，一是管理系统评价系数。失效概率的计算DNV法（即API581的方法）Freqadjusted=FreqgenericxFExFMFreqadjusted=修正后的失效概率Freqgeneric=一般失效概率（取自失效概率库）FE=设备修正系数（对每台的特点及其操作环境进行详细分析后确定）FM=管理系统评价系数（对管理系统对设备完整性的影响作详细分析后确定）英国焊接研究所（TWI）法与DNV法类似，以每一种破坏机制的平均失效概率为基础，然后再以各种系数加以修正，但不分设备修正系数和管理系统评价系数。其公式如下：L（t）=DMF（t）x（LF1+LF2+LF3+……）式中：L（t）=每台设备对于每种破坏机制在时间t内的失效概率得分

DMF=破坏机制因数得分

LF=失效概率因数得分反向计算失效概率，所计算的是完整性因数（INTEGRITYFACTOR，S），完整性因数愈大，失效概率就愈低。如从S求相应的失效概率，应为S的倒数，即1/S。阿克苏-诺贝尔（AKZONOBEL）法：

式中：

Dlast=前次测得的厚度（mm）

CR=厚度减薄率（mm/year）

I=检验周期（year）

U=不确定系数

Dmin=允许的最小厚度（mm）计算公式如下：S={Dlast-（CRxI）xU}/Dmin

定性RBI分析－依据APIRP580/581Risk-BasedInspection－风险的意义：Risk＝Frequency×Consequence 风险＝(概率)×(后果)概率分析(六项系数)设备系数损坏系数检测系数维修状况系数工艺系数机械设计系数后果分析损坏后果或健康后果(六项系数)

(四项系数)化学物质系数毒性量系数物质存量系数扩散性系数状态系数保护系数自燃系数人口系数保护系数压力系数定性RBI分析——失效概率系数构成定性RBI分析——损坏后果系数构成定性RBI分析——健康后果系数构成26定性RBI分析——失效概率等级划分失效概率系数构成：设备系数＋损坏系数＋检测系数＋维修状况系数＋工艺系数＋机械设计系数失效概率等级失效概率系数失效概率等级0～15116～25226～35336～50451～755定性RBI分析——后果等级划分──后果等级由损坏后果等级和健康后果等级较高的确定损坏后果系数构成：化学物质系数＋物质存量系数＋状态系数＋自燃系数＋保护系数＋压力系数＋损坏可能系数健康后果系数构成：毒性量系数＋扩散性系数＋保护系数＋人口系数健康后果等级损坏后果等级健康后果系数健康后果等级＜10A10～19B20～29C30～39D>40E损坏后果系数损坏后果等级0～19A20～34B35～49C50～70D>70E定性RBI分析——风险矩阵风险增加ABCDE12345失效慨率

失效后果RBI定性分析装置单元设备系数损坏系数检测系数维修状况系数工艺系数机械设计系数失效可能性系数化学物质系数物质存量系数状态系数自燃系数压力系数保护系数失效后果系数1.裂解与聚冷57-6667251337-3-10-10-7202.裂解气体压缩与冷凝液汽提00-6602213318-10-10-7253.酸性气体去除02-6602413318-10-10-8244.裂解气体干燥与激冷00-6602213348-10-10-8275.去甲烷系统00-6602213378-10-10-7316.去乙烷乙炔氢化乙烯精馏系统00-6602215346-10-10-7287.去丙烷、去丁烷系统00-6632515286-10-10-7228.丙二烯/甲基乙炔氢化丙烯精馏00-6602213376-10-10-7299.丙烯冷冻02-6622613346-10-10-72610.乙烯冷冻02-6612515288-10-10-72411.乙炔回收02-6612520288-10-10-72912.乙烯储存00-6602215378-10-10-832乙烯裂解装置RBI定性分析结果失效概率5432112.~12.

ABCDE失效后果RBI风险矩阵2.5定量RBI分析工艺条件PHA结果保养/检测记录PSM系统评估结果设备资料档案后果严重性分析失效概率分析危害风险评估其它降低风险措施检测计划变更定量RBI分析流程图定量RBI分析涉及资料内容 平面布置图 工艺仪表流程图(P&ID) 工艺流程图(PFD)

工艺介质数据 各类设备设计、制造、采购、安装、竣工验收资料 安全保护装置资料 操作与维护手册 历次检验维修记录定量RBI分析－失效可能性的计算国内外同类设备失效可能性基于安全管理系统评估修正个别设备设计条件数据和检验计划失效可能性Ｆ=平均失效可能性ＦG个别设备修正因子ＦE管理因素修正因子ＦMXX同类设备失效的可能性设备类型泄漏频率(4个孔尺寸/年)¼in1in4in破裂单密封离心泵6×10-25×10-41×10-4

双密封离心泵6×10-35×10-41×10-4

塔器8×10-52×10-42×10-56×10-6离心压缩机

1×10-31×10-4

往复式压缩机

6×10-36×10-4

过滤器9×10-41×10-45×10-51×10-5翅片/风扇冷却器2×10-33×10-45×10-82×10-8换热器，壳程4×10-51×10-41×10-56×10-6换热器，管程4×10-51×10-41×10-56×10-6管子，0.75in.直径，/ft1×10-5

3×10-7管子，1in.直径，/ft5×10-6

5×10-7管子，2in.直径，/ft3×10-6

6×10-2管子，4in.直径，/ft9×10-76×10-7

7×10-8管子，6in.直径，/ft4×10-74×10-7

7×10-8管子，8in.直径，/ft3×10-73×10-78×10-82×10-8管子，10in.直径，/ft2×10-73×10-78×10-82×10-8管子，12in.直径，/ft1×10-73×10-73×10-82×10-8管子，16in.直径，/ft1×10-72×10-72×10-82×10-8管子，＞16in.直径，/ft6×10-82×10-72×10-81×10-8压力容器4×10-51×10-41×10-56×10-6反应器1×10-43×10-43×10-52×10-6往复泵0.70.010.0010.001常压储罐4×10-51×10-41×10-52×10-5设备修正因子换算的设备修正系数设备修正因子的最终值FE＜-1.0该值绝对值的倒数-1.0～1.01.0＞1.0等于该数值管理修正因子管理系统现状审核API581附录D,101questions,1000scores管理系统评估分数项目主题问题数分值1领导和管理6702工艺安全信息10803工艺危害性分析91004变更管理6805操作规程6806安全作业7857培训81008机械完整性201209开工前安全审查56010应急措施66511事故调查97512承包商54513安全生产管理系统评估440

合计1011000管理操作维护安全检验培训工程管理系统评估分值与管理修正系数的关系定量RBI分析－后果分析流程确定泄放类型在设备和环境中流体的性质泄漏率泄漏孔径范围0.25”,1”,4”,破裂持续泄放流量瞬时泄放流量确定最后相确定最后相持续/气体持续/液体瞬时/气体瞬时/液体泄放总质量有毒后果可燃后果减缓环境后果停产后果1233454673.3RBI评估应用案例茂名石化加氢裂化装置的RBI风险评估项目案例介绍

加氢裂化装置的设备及管道情况

机械与动力工程学院

项目流程（1）装置分割（2）数据采集（3）分析假设条件（4）风险排序情况（5）损伤机理（6）检验策略（7）通过在线检验调整风险

案例介绍分析假设条件

设备与管道的设计寿命为30年加氢裂化装置3台加氢反应器的重要程度定为“极为重要”(Vital)

其它设备和管道均定为“重要”(Important)

下次检验年份：加氢裂化装置为2006年最小允许壁厚按原设计规范计算确定腐蚀裕量取原设计值对API581中未给出腐蚀机理的材料、介质、温度组合，依据试验数据和专家经验进行补充，对腐蚀明显轻微的(如干燥空气、新鲜水、成品油等)情况，人为添加“未知”(Unknown)腐蚀减薄机理，腐蚀减薄速率设定为0.02mm/年。案例介绍损伤机理

腐蚀减薄应力腐蚀开裂外部腐蚀高温氢损伤高温硫酸/环烷酸腐蚀高温硫化氢/氢气腐蚀酸性水腐蚀案例介绍

设备风险排序情况

案例介绍98台设备风险分布情况

案例介绍

管道风险排序情况

443根管道风险分布情况

检测效力分类高度有效(Highlyeffective)

通常有效(Usuallyeffective)

一般有效(Fairlyeffective)

效果差(Poorlyeffective)和无效(Ineffective)

不同的检测方法对各种损伤形式具有不同的检测效力允许“在线”检查，调整风险案例介绍

检验策略

案例介绍

通过在线检验调整风险

检测项目、检验有效性及模拟检测后的风险调整情况

3.4中国石化装置设备及管道风险概况

中国通用机械研究院近年完成的10套石化装置RBI项目情况

中国石化装置设备及管道风险概况10套装置的设备及管道风险分布情况表

高风险设备和管道的占比很低，而中低风险的设备和管道占比很高，说明开展RBI工作意义重大中国石化装置设备及管道风险概况

高风险设备占比不到10%，中低风险设备占比超过50％中国石化装置设备及管道风险概况

高风险管道占比不到2%，中低风险管道占比近90％中国石化装置设备及管道风险概况

高风险设备分布情况中国石化装置设备及管道风险概况损伤机理和失效模式多样性，API581现有资料不能完全涵盖

茂名乙烯裂解装置损伤机理分布损伤机理和失效模式多样性茂名加氢裂化装置损伤机理分布损伤机理和失效模式多样性WEPEC重油加氢(ARDS)装置损伤机理分布损伤机理和失效模式多样性WEPEC常减压(CDU)装置损伤机理分布损伤机理和失效模式多样性中原乙烯装置损伤机理分布损伤机理和失效模式多样性福建炼化催化裂化装置两脱系统损伤机理分布基于风险检测(Risk-BasedInspectionRBI)理念：安全性＋经济性原理：失效可能性×失效后果 风险排序关键：优化检验策略目的：本质安全＋节约成本WHAT： 要检查何种类型的缺陷？WHERE：何处去寻找缺陷？缺陷的位置/可接近性？HOW： 能发现缺陷的最佳技术？破坏形式(减薄，裂纹等)WHEN： 从风险级别和经济性平衡角度确定最佳检验时间？

避免检验不足与检验无效过度检验基于风险检测(Risk-BasedInspectionRBI)RBI技术避免传统检验的某些不足、确保本质安全：RBI技术简介

不清楚特种设备失效模式，失效机理 检验不足 盲目追求“全面” 不清楚失效发生的可能部位 检验无效 过度检查

装置、设备的重要度划分考虑因素较少

重点不突出

检验周期确定依据不足

过频或过长RBI与传统方法的区别6280%的损失是由20%的设备引起的

风险系数不是越小是好，安全与经济的统一“二八”理论模型RBI技术简介有利于针对突出问题腐蚀、疲劳等使用中产生缺陷引起失效设计选材不当、结构不合理、焊接缺陷引起失效各种腐蚀焊接缺陷高温损伤疲劳八十年代末期前投用九十年代中期后投用不同时期的压力容器失效的不同原因超标缺陷全球原油品质劣化——介质腐蚀加剧装置大型化——高强钢使用(裂纹敏感性增大)长期超期服役——未经合理评估，盲目使用3.5中国RBI技术发展现状及存在问题

建立了适合国情的失效模式和失效机理分析方法和数据库；

建立了自己的风险评估体系和方法，开发具有自主知识产权的计算软件

在上百家企业实施了风险检验工作，并取得较好的成果；建立相关的标准和法规：SY/T6653—2006基于风险的检查(RBI)推荐作法埋地钢质管道风险评估方法，Riskassessmentforburiedsteelpipeline，（送审稿）

（一）相关研究进展（二）发现的问题及今后工作要点分析

（1）国内设备现状问题目前国内多以API581为基础，API581没有考虑设备的超标缺陷和材料质量的影响；国内很多装置是上世纪70、80年代投产的。设备中存在着超标制造缺陷。国产钢材在质量、国产材料与国外材料存在差异性。当前的RBI技术应用中的材料数据库均为国外的材料，没有国产材料，相近牌号材料的直接转换可能产生较大差异；我国压力容器与管道没有明确的设计寿命概念，严重超期服役状态风险的调整问题也是国外所没有的。发现的问题及今后工作要点分析

（2）RBI技术应用软件引进及基础数据库的建立和完善问题RBI的数学方法简单，实现软件很容易，难点是基础数据库。

发展RBI技术关键不是引进计算软件，而是引进的基础数据库。API581和API580文件的适用范围是有限的。石化装置中，除去炼油厂装置与乙烯装置外，其它化工装置往往不可直接使用API581中的数据库。国内设备与管道的实际情况与国外情况仍有一定的不同。目前国内已经在损伤机理分析中，增加和改进了“重整加氢反应器的轻微蠕变”、“催化再生器硝酸盐应力腐蚀开裂”、“高压空冷器的硫氢化胺冲刷腐蚀”等损伤机理和失效分析模块。发现的问题及今后工作要点分析

（3）风险可接受准则问题API580、API581中没有规定也无法规定统一的可接受风险，强调各行业可以有自己的风险准则。

这一情况在中国目前条件下，难以实现。在后果计算方面考虑的几种因素中，有环境因素、人员安全因素、停车损失和设备破坏因素。国外计算中环境因素和人员安全因素在占有较高比例，国内偏重于停车损失和设备破坏因素，环境因素和人员安全因素比例相对偏低。发现的问题及今后工作要点分析

（4）RBI技术的认识问题认识误区：实施RBI技术就可以降低检验工作量，节省检验费用。如果装置中设备的管理水平不高，存在较多安全隐患，首次实施RBI技术时检验量和检验费用不但不会降低，而且可能会更高。

RBI的主要目的是要获得全面风险的降低。因而以风险为基准的检验策略的优化不应只着眼于直接成本的降低，实质的节省依然是通过延长检验周期，减少停车检修时间，以及以优化的在线检验取代内部检验。

发现的问题及今后工作要点分析

（5）风险评估技术与我国有关法规的衔接问题风险评估技术应用和结果与现行的部分法规存在冲突。成为在我国推广风险评估技术的主要难点之一。需要研究政府、企业和研究机构协调解决。SY/T6653—2006基于风险的检查(RBI)推荐作法埋地钢质管道风险评估方法，Riskassessmentforburiedsteelpipeline，（送审稿）发现的问题及今后工作要点分析

（6）风险分析技术在设备设计领域的研究和应用问题目前主要应用于在役设备和管道的应用和研究；在装置、设备、管道设计领域的研究和应用较少，建议开展次方面的研究工作。4风险评估技术在中国桥梁工程设计上的应用情况介绍

4.1

背景中国桥梁工程出现了“跨越式”发展多个世界级桥梁陆续开工HangzhouBayBridgeSuzhou-NantongBridge4风险评估技术在中国桥梁工程设计上的应用情况介绍

城市高架桥迅速发展如何提高桥梁设计、施工、管理、维护的水平成为迫切需要解决的问题利用风险评估解决桥梁工程中复杂决策问题，并基于风险管理处置这些问题成为解决这一问题的新思路。

ShanghaiPudongNewRegionShanghaiWorldFinancialCenterandJinMaoBuilding4.2风险评估技术在桥梁工程进展情况1983IABSE哥本哈根会议船撞风险评估和设计2001CIBWG32土木工程中的风险评估和风险交流2001fibJCSS…

马耳他会议2005IABSE葡萄牙会议国际上尚处于起步阶段4.2风险评估技术在桥梁工程进展情况开展大型研究计划：2003中国工程院：大型建筑工程风险评价与保险研究2004西部科技项目：桥梁工程全寿命设计理论与方法工程实践：

2002崇明越江工程风险评估

2004南宁大桥工程风险评估苏通大桥索塔施工风险评估杭州湾大桥风障设置风险评估中国开始风险评估技术在桥梁国产上的研究和应用4.3工程案例介绍－崇明越江通道风险评估

国内第一次系统的工程风险评估研究项目目的：解决崇明越江方案可行性和方案比选问题

南隧北桥、全隧、全桥等四方案分17个专题分别展开

河势、地质、环境、施工、自然灾害、事故、恐怖袭击、财务等方法：各专题分别研究，分析、评价方法多样（专家调查、数值模拟、等风险图）崇明越江通道风险评估�结论：各方案风险程度排序，确定南隧北桥方案�决策者开始接受工程风险的概念�定性风险集成问题：风险方法多样