浅谈RBI技术在大型起重机安全管理中的作用

夏常福 胡静波

南京市特种设备安全监督检验研究院

近年来，我国已加强对起重机械设备的安全管理，随着《特种设备安全法》的颁布实施，相关安全技术规范（TSG）的相继实施，对起重机的管理已经日渐规范，形成了使用单位自检和检验机构年检的格局。但是，目前我国的起重机管理还是经验型的、规定型的，与国外开展的基于风险的检测( RBI)技术比较，检测项目繁杂，重点不突出，对起重机械的失效模式和失效原因考虑不够，检测法规往往根据经验规定了固定的检测周期，制定的检测方案(计划、规则) 针对性不强，不能根据设备的风险等级确定检验频次，将有限的检测资源集中在最需要关注的区域。目前采用的方法虽然对起重机械安全运行起到了一定的保障作用，但对起重机械生产使用的效率及经济效益也有一定的负面影响。近几年来，我国起重机械数量都以10%以上的速度增长，在用起重机械数量已超过150多万台，面对如此庞大的检验市场，提高检验效率和有效性，既保证设备的安全运行，又充分考虑生产和使用单位需求的效率和经济效益，是摆在我们面前的一个严峻的课题。

1 RBI技术

RBI技术是基于风险的检测（Risk Based Inspection）的缩写，是近年来发展起来的一项设备管理新技术。该技术以风险分析为基础，通过对设备系统中固有的风险因素进行综合评价，确定设备的风险等级，并提出适合的设备维修保养计划，降低设备维护成本，有效预防设备事故的发生。RBI技术的核心概念是风险，风险不同于危险，风险是危险发生的概率和危险发生后造成后果的综合结果，风险是由这两个因素共同作用，具体的表达公示为：

RBI方法通过对失效概率、失效后果和风险三个参数的评估可较为准确的确定被检对象的范围和要求。

在大型起重机安全管理领域，RBI技术的具体应用可分为定性、半定量和定量三种，三种方法的关系是相互辅助，而不是对立的。其中定性方法可应用在对大型起重机整机中，首先对整机进行风险等级的划分；在每个机构的范围内可以使用半定量的方法进行分析；具体到起重机中的每个零部件或结构则可使用定量的方法进行计算。定量的计算方法工作量巨大，需要对大量原始数据进行具体的分析，在对各零部件和机构进行分析的基础上，最终可以对整机进行定量的分析。定量的分析结果可以直接用于指导起重机的安全管理策略，如缺陷最可能存在的部位，何种缺陷造成的危害最大，考虑安全和经济的最优检验周期等。

2 应用现状

目前，在锅炉、压力管道等承压设备的检验、检测和管理体系中RBI技术应用较为成熟。文献[1]综述了RBI技术在我国的应用进展，重点介绍了RBI技术的原理及其在石油化工、电力、船舶行业和海上石油平台系统中的实施情况，对该技术在我国应用时遇到的问题，特别是相应软件的国产化问题、国家法规的支持等进行了详细探讨，指出了RBI技术在我国的应用前景。文献[2]在对RBI体系研究的基础上，阐述了RBI的系统思想、实施步骤与应用价值；在工艺危害性分析的基础上，采用挪威船级社的ORBIT Onshore软件对常减压装置进行了定量RBI分析，识别出装置设备和管道的主要腐蚀损伤模式，确定设备和管道的风险大小分布以及风险检测策略，并根据RBI在化工等行业企业的应用实践对RBI技术在我国应用的不足提出了相关的改进建议。文献[3]在中国三十余套石化装置开展RBI实践经验积累的基础上，针对中国部分承压设备缺陷严重与长期服役的特点，分析了标准API581中不考虑原始缺陷及以设计寿命为基准来计算失效概率的局限性，结合中国承压设备使用状况，提出了以剩余寿命为基准来计算评价失效概率的概念和方法，提高了RBI分析结果的安全性。文献[4]介绍了RBI技术在国内外的起源及发展，着重以案例的形式研究分析了我国RBI技术的应用现状，并针对我国RBI实施过程中遇到的问题提出了深层次的思考。对我国RBI工作现状进行了宏观诠释。

在机电类特种设备，尤其是起重机领域，RBI技术的研究和应用体系有待形成。整体来说我国在特种机电设备风险管理方面起步较晚，其体系建立发展也相对缓慢，致使我国对整个体系的认识还处于初级阶段，但随着我国经济的持续快速发展和特种设备的广泛使用，特种机电设备风险管理体系的研究逐步引起重视并成为研究热点。

文献[5]详细介绍了起重机检验的分类和各自特点，文中认为传统型的技术检测缺少针对性，效率和有效性较差。RBI是将检测方法和检测频率相结合的方法，重点关注高风险的设备或部件，通过制定的最佳检测方案，克服了传统检验存在的不足，在我国已经具备了实施RBI方法的基本条件，通过分析RBI技术在起重机上应用的可行性，指出了其技术实施的关键点和应用前景。

文献[6]参考了承压设备RBI分析方法，建立了桥式起重机零部件失效概率求解的RBI计算模型，重新定义了起重机失效概率计算公式，基于系数修正法建立了起重机失效概率计算模型，利用层次分析法计算各因子的权重，最后采用灰色综合评价法计算修正系数。文中提出了一套相对完整起重机零部件失效概率计算方法，并通过算例证明了所提计算方法的正确性。

文献[7]中把RBI技术和模糊层次分析法（FAHP）相结合，从安全系统理论出发，结合事故可能性与后果严重性，从人、机、环境和管理四个方面建立了包含门座起重机各生命周期在内的风险评价指标体系，并运用模糊层次分析法确定了各指标的权重，最后结合风险分析矩阵，确定了起重机的风险级别。

总体来说，目前国内针对大型起重机的基于风险的检验研究还没有形成成熟的体系研究和应用，针对其关键问题进行研究对提高我国大型起重机的安全运营水平、提升安全检验水平具有重要的学术意义和现实意义。

3 需解决的关键问题

RBI技术虽在大型起重机的安全管理中已有初步应用，但目前我国起重机安全管理领域对整个RBI技术体系的认识还处于初级阶段，为了将此方法更好的应用在起重机的安全管理中，以下几个方面的研究亟待加强：

（1）RBI评价模型的建立：目前现有成熟的RBI评价模型都不适用于大型起重机械，大型起重机的机构往往包括起升机构、运行机构、变幅机构和回转机构四部分组成，在搬运物料时，通常经历着取物、运送、卸料和空车复位的工作过程，具有重复而短暂的工作特征，其工作特点可总结为：间歇动作、变化载荷、周期循环、重复短时。由于大型起重机周期性及间歇性的工作特点，使各个工作机构经常处于频繁启动和制动状态，这对各个工作机构的工作可靠性提出了较高的安全要求。通常来说，大型起重机的风险性主要来源于设计环节、制造环节、安装环节、改造环节、维修环节和使用环节，而每个环节又涉及到人、物、环境、管理等多方面因素。因此需要在全面统计调查大型起重机风险因素的基础上，找出主要风险和次要风险，通过科学的统计方法，建立合适的大型起重机RBI评价模型。

（2）失效概率计算公式的确定：对于大型起重机各机构和部件的风险级别可以用风险矩阵图来表示。失效后果可以用数字进行标示，而失效概率比较复杂，一般需用一定的计算公式来进行表示。在API581中有承压类设备的定量失效概率计算公式，但大型起重机的失效机理与承压设备不同，其更为复杂。同时，在起重机行业没有RBI相关的标准进行参照，如果简单套用承压设备失效概率计算公式会造成计算出现较大的误差，因此有必要对原有的失效概率计算模型进行修正。可在对起重机事故进行调研和统计的基础上，建立基于系数修正发的失效概率计算模型，利用层次分析法等先进的评估方法来计算各因子的权重，以此建立修正后的大型起重机RBI失效概率评价模型。

（3）维保策略支持系统的研究：RBI技术应用的最终目的是达到目标设备的安全性与经济性的统一，在具体表现形式上就是维保检测策略的优化。大型起重机的维保检测策略优化的内容主要包括每次需要检查的具体结构、机构；需要检查的缺陷类型；缺陷最可能存在的位置；能发现缺陷的最佳技术；考虑安全性和经济性的最有检验周期等。利用RBI技术，科学合理的确定设备不同部件的维保方式，例如采用状态维保方式、计划维保方式和事后维保方式等。其中的状态维保和计划维保都是预防性维保方式的一种。维保周期决策主要是利用合理的维保周期模型，为采用了预防性维保方式的维修对象确定其维保周期。

[1]刘富君,孔帅,胡东明,等.风险评估技术在我国的应用进展[J].无损检测,2009,31(12):953-958

[2]陈庆娟,王三明.RBI技术在我国企业的应用研究与改进思考[J].中国安全生产科学技术,2012,8(6):191-196

[3]陈学东,艾志斌,杨铁成,等.基于风险的检测（RBI）中以剩余寿命为基准的失效概率评价方法[J].压力容器,2006,23(5):1-5

[4]耿雪峰,左延田,薛小龙.基于风险的检验技术在我国的应用现状研究[J].化工装备技术,2012,33(1):17-22

[5]晏明,王福绵.起重机械各类检验的特点与基于风险的检测研究[J].起重运输机械,2012,(8):10-14

[6]赵鑫,杨强,祝国飞,等.RBI技术在起重机零部件失效概率计算中的应用[J].机械设计与制造,2012,(7):46-48

[7]周友涛,张元榕,郭金泉,等.RBI技术在港口门座起重机风险评价中的应用[J].机电工程,2013,30(6):645-648