成套装置承压设备完整性管理

马 磊贾国栋王 辉

成套装置承压设备完整性管理

马 磊1贾国栋2王 辉2

本文介绍了成套装置承压设备完整性管理架构和国内应用现状，并结合国内法规标准要求，阐明了各部分的具体内容和作用，指出了未来工作重点。

成套装置 承压设备 完整性管理

1 成套装置承压设备完整性管理国内应用现状

成套装置承压设备完整性管理适用于化肥、煤化工、合成材料、公用工程、油气集输场站、天然气处理、炼油与石油化工等，其主要内容包括：设计管理（RBD）、工艺管理（IOW+HAZOP）、腐蚀管理（CCD）、检修维护管理（RBI+FA）、寿命管理（FFS）和数据库信息管理（DB）。其体系架构如图1所示。设计管理中基于风险的设计（RBD）国内还处在探索阶段；工艺管理中的HAZOP在国内企业设计制造阶段开始有应用，IOW和HAZOP国内外资企业应用更多些；腐蚀管理（CCD）国内主要应用是腐蚀在线监测、在线或离线定点测厚，没有涉及到腐蚀回路这样的系统管理方法；检修维护管理的RBI检验国内三大能源公司应用的比较好，失效分析不够重视；寿命管理限于出了问题后的解决，如剩余寿命预测和合于使用评价，不同寿命期的设备如何分级管理尚没有成熟做法。从支撑标准看，如工艺管理和腐蚀管理采用国外标准如IEC、NACE，检修维护管理和寿命管理采用国内标准或国外标准，但仍存在标准缺失如设计管理中基于风险的设计制造缺乏标准支撑。

图1 成套装置承压设备完整性管理架构

2 成套装置非计划停车原因及系统解决方案

图2为成套装置非计划停车原因及其对应解决方案，可以清楚的看到承压设备完整性管理在解决成套装置非计划停车所起的作用。以及当发生破坏时应该采取的措施，便于制定合适的应急预案；

图2 成套装置非计划停车原因及其对应解决方案

4)向压力容器用户提供足够的信息，保证容器的安全使用。根据我国的基础，目前仅仅在第Ⅲ类压力容器中实施风险评估，具体做法将在技术标准中规定。

GB150-2011《压力容器》附录F.3 风险评估报告内容中规定：风险评估报告应至少包括：

1）压力容器的基本设计参数：压力、温度、材料、介质性质和外载荷等；

2）操作工况条件的描述；

3）所有操作、设计条件下可能发生的危害，如：爆炸、泄漏、破损、变形等；

4）对于标准已经有规定的失效模式，说明采用标准的条款；

5）对于标准没有规定的失效模式，说明设计中载荷、安全系数和相应计算方法的选取依据；

6）对介质少量泄漏、大量涌出和爆炸状况下如何处置的措施；

7）根据周围人员的可能伤及情况，规定合适的人员防护设备和措施；

8）风险评估报告应具有与设计图纸一致的签署。

因此，设计管理将围绕《固容规》和GB150的要求进行，其主要内容包括：主要设备类型的失效形式、失效可能性、选材的适用性、结构优化、密封可靠性预评估、制造检测要求合理性以及使用风险的预控制措施等。

3 设计管理（RBD）

设计管理核心是基于风险的设计，也是法规标准的要求。《固定式压力容器安全技术监察规程》第3.6 条 风险评估中规定：对第Ⅲ类压力容器，设计时应当出具包括主要失效模式和风险控制等内容的风险评估报告。标志着设计理念转向基于失效模式、考虑风险因素。设计阶段进行风险评估的目的如下：

1)全面分析压力容器在使用过程中可能出现的失效，提出规避这些失效的方法和措施，保证容器的本质安全；

2)依据风险工程的理论，评价风险的水平，采取措施来控制风险水平；

3)告诉容器的用户，容器可能出现的破坏形式，

4 工艺管理（IOW+HAZOP）

工艺管理主要用于工艺偏离设计的管理。

4.1 IOW（完整性操作窗口）

IOW用于工艺偏离设计的监测。各工况下操作边界设定：

1）物理边界：压力、温度；

2）化学边界：腐蚀性组分含量、含水量、流速、pH；

考虑以下工况：正常负荷、超负荷、减负荷、计划开停工、非计划停工、工艺变更。

标准边界：超出此边界会造成操作波动，如腐蚀、蠕变等损伤加剧：

1）加氢馏出物氨盐浓度；

2）加热炉炉管蠕变温度；

3）脱盐罐脱后含盐；

4）常压塔顶pH 。极限边界：超出则迅速破坏，例如：

1）锅炉进水水位；

2）反应器壁温低于MDMT；

3）加热炉炉管壁温过热。

4.2 HAZOP（危害性和可操作性分析）

HAZOP主要用于工艺偏离设计的分析，采用IEC61882标准。分析内容包括：工艺偏离节点、工艺偏离原因及后果、整改措施建议及效果评估。其分析流程如图3所示。

图3 HAZOP分析流程

5 腐蚀管理（CCD）

损伤识别及量化分级。考虑开停工工况，按腐蚀回路确定损伤模式、发生位置、损伤敏感性和速率。腐蚀回路定义：一段流程中的固定设备和管道，具有：相同物流组分；相似操作压力和温度（温度差小于13℃，压力差小于0.4MPa）；相同材料；相同相态（液、汽等）。材质普查，防止材料误用。材质适应性评价。管道流场分析实现冲蚀检测部位。以上输出结果用于状态监测及定点测厚布点、RBI策略和方案优化以及IOW建立。

6 检修维护管理（RBI+FA）

6.1 RBI评估

CCD结果完善失效模式，基于HAZOP结果完善后果及整改措施，完成RBI评估，制定RBI检验策略，优化RBI检验方案。

6.2 RBI检验

基于损伤部位分析确定检验部位，基于损伤敏感性和速率确定检验频次或周期，设备结构及现场条件确定检验类型。RBI检验策略制定方法参见国标GB/ T 26610.2《承压设备系统基于风险的检验实施导则》第2部分：基于风险的检验策略。

6.3 失效分析（FA）

失效分析也是检维修管理中重要一环，是有效降低事故率的重要手段，管理层应给予足够重视。

7 寿命管理（FFS）

寿命管理核心是剩余寿命预测及缺陷合于使用评价，采用GB/T 19624《含缺陷压力容器安全评定》、API 579、《承压设备合于使用评价》（编制中）；缺陷既有制造缺陷，也有使用中产生的缺陷。剩余寿命预测及缺陷合于使用评价针对的可以是单一损伤模式，也可以是多种模式共同作用。目前能够处理的损伤模式包括：腐蚀减薄（均匀、局部、点蚀）、环境开裂（氢鼓包、氢致开裂、应力导向的氢致开裂）、机械损伤（变形、凹坑、沟槽、蠕变、疲劳）、材质劣化（限于过火）等。剩余寿命预测及缺陷合于使用评价的结论包括：剩余寿命预测、安全运行周期、报废厚度、TML、CML基准厚度。寿命管理就是基于以上工作，确定不同的维修更换周期和检验等级和检验周期。

8 数据库信息管理（DB）

1)建立检验数据库，可用于计算腐蚀速率，预测腐蚀趋势；2)建立材料数据库，可用于选材、材质升级或替代、寿命计算，包括选材库、牌号对照数据库、性能数据库。

3)建立失效案例库，可用于企业内部共享，通过经验总结避免同类失效发生。

9 未来工作

成套装置承压设备完整性管理是实现成套装置承压设备运行安全性和经济性的有效方法。但如前文所述，这些完整性管理方法国内只得到部分应用，其他部分或者没有成熟应用，或者深度不够。另外，所有这些完整性管理方法依据的标准体系尚有缺失。因此，下一步工作除了需要继续宣传推广完整性管理这个先进理念方法，还需要不断完善完整性管理所依赖的标准体系。

1 黄焕东,等.石化装置压力管道的全面检查[J].中国特种设备安全,2013,29(6):40～42.

2 陈珊珊,等.大型常压储罐的完整性管理[J].中国特种设备安全,2011,27(1):34～36.

3 赵敏珍,等.RBI技术在炼化企业设备管理中的应用[J].中国特种设备安全,2010,26(2):65～66.

4 李淑娟.RBI技术在燕山石化中的应用[J].中国特种设备安全,2010,26(9):50～52.

5 刘万朋,等.基于风险和AHP的压力容器维护策略[J].中国特种设备安全,2013,29(5):47～49.

6 王华明,等.RBI技术在煤代油配套装置的应用[J].中国特种设备安全,2011,27(5):49～50.

Integrity Management of Pressure Equipment in Process Plant

Ma Lei1Jia Guodong2Wang Hui2
( 1.Liaoyang Mechanic, Electric,Instrument Research & Repair Center,PetroChina Liaoning Liaoyang 111003)
(2.China Special Equipment Inspection and Research Institute,Beijing 100029)

This paper introduces the integrity management framework and application of pressure equipment in process plant in China. It also clarifi es the specifi c content and function of each part combined with the domestic laws and standards, and fi nally points out the focus of the future.

Process Plant Pressure Equipment Integrity Management

X924.4

B

1673－257X(2014)10－01－03

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.10.001

马磊（1981～),男,本科，工程师，从事机电仪表等专业方面的优化与研究工作。

2014-08-15)