基于风险的检验(RBI)技术应用和研究进展*

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(合肥通用机械研究院 国家压力容器与管道安全工程技术研究中心，安徽 合肥 230031)

基于风险的检验(Risk-Based Inspection，简称RBI)是一种针对材料损伤所引起的设备失效的风险评估和管理过程，这种风险主要通过设备的检测来管理。作为一种先进的设备管理技术，RBI技术将定性分析和定量计算相结合，识别设备的损伤机理和失效模式，制定科学的检验时间和优化的检验策略，保障设备安全，提高经济效益，广泛应用于石油化工、电力、海洋平台和船舶等领域。

1 RBI技术介绍

1.1 RBI技术追溯

美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers，简称ASME)是全球范围内较早研究RBI技术，并最先出版RBI指导文件的专业机构。

1991年，ASME出版了RBI指导文件第一卷：通用文件(CRTD-Vol.20-1)；

1992年，ASME出版了RBI指导文件第二卷第一部分：轻水反应堆(LWR)核电站部件(CRTD-Vol.20-2)；1994年，ASME出版了RBI指导文件第三卷：火力发电厂应用(CRTD-Vol.20-3)；

1998年，ASME出版了RBI指导文件第二卷第二部分：轻水反应堆(LWR)核电站部件(CRTD-Vol.20-4)；在ASME推出RBI指导文件的同时，1993年5月，BP(英国石油公司),Shell(壳牌公司),Dow(陶氏化学公司),DSM(帝斯曼集团)和ExxonMobil(埃克森美孚)等23家欧美石油化工企业在保障安全的前提下为了降低检维修费用，共同发起资助美国石油协会(American Petroleum Institute，简称API)开展RBI技术在石油化工领域的应用研究工作。与ASME主要侧重于研究电力领域的RBI技术不同，API主要侧重于研究石油化工领域的RBI技术。1996年，API公布了RBI基础资源文件(Risk-based inspection base resource document)的草案(即API BRD581)；2000年5月，API公布了正式版的RBI基础资源文件，也就是第一版API 581，这份文件对定性分析、失效可能性计算、失效后果计算等都做了详细的阐述；

2002年5月，API公布了RBI推荐性标准，即第一版API RP 580，这份标准给出了石化行业进行RBI评估的详细技术方案；

之后，API还陆续公布了API 510(压力容器检验规范)、API 570(管道检验规范)、API RP571(炼油厂静设备损伤机理)、API RP572(压力容器检验细则)、API 579(合于使用评价)、API 653(储罐检验、 维修、改造和重建)和API RP750(过程危害管理)，来完善和支撑RBI技术在实际工程中的应用。

此外，加拿大石油生产商协会(CAPP)、挪威船级社(DNV)、法国必维(BV)等机构和企业也都在20世纪90年代开始进行RBI技术的研究与应用推广。

1993年5月， CAPP发布了管道系统风险评价技术标准CEC J2793，对风险评价和风险管理技术应用于加拿大管道运输工业起了指导作用。BV公司开发了设备资产完整性管理方法(Asset Integrity Management)和RB-eye软件。DNV公司最早将RBI技术应用于海洋平台上，并开发了Orbit Onshore软件。

2001年3月，BV,DNV和Solvay(索尔维集团)等欧洲16家研究机构和企业联合成立了RIMAP(欧洲工业用的风险检验和维修程序,简称RIMAP)项目组来开发一套欧洲工业用的基于风险的检验和维修程序，并形成适合欧洲法律和企业实际状况的风险评价标准。

2008年4月，法国标准协会和英国标准协会同时发布了RIMAP标准ANFOR CWA15740和BS CWA15740。

1.2 RBI技术国内应用情况

20世纪90年代，风险评估逐渐被国内的科技工作者所认识，RBI技术的研究和应用也渐渐在国内开展起来。

1999年，中国石油天然气集团公司石油管道研究所张平生提出对油气输送管道进行风险管理和基于风险的检测(RBI)[1]。

2000年，金陵石化炼油厂采用英国Marsh公司的风险评估技术，对南京炼油厂加氢裂化、重油催化及LPG(液化石油气)罐区等关键装置、重点部位进行了定性RBI评估，提出安全改进措施[2]。

2001年9月21日，南京工业大学戴树和教授在第5届全国压力容器学术会议上作了“新兴学科《风险工程学》梗概”的大会报告，首次对风险分析技术的原理、方法和工程应用进行了详细阐述[3-4]。文献[5]研究了工程风险评价方法在压力容器风险评价中的应用。

2002年，天津石化公司化工厂芳烃联合装置预加氢单元采用DNV公司Orbit Onshore软件进行了RBI评估，这是定量RBI技术在国内的首次应用[6]。

从2000年开始，合肥通用机械研究院(简称合肥通用院)和中国特种设备检测研究院(简称中国特检院)通过国际合作，引入石化装置系统工程风险分析技术，并结合国情开展了一系列研究，在基于剩余寿命的风险计算、等风险原则确定可接受风险、失效机理数据库完善、复杂失效机制、多种失效模式交互作用下主导失效模式判定等技术中取得突破，解决了国外技术与国内石化装置相适应的难题[7-10]。

2001年，中国特检院通过“十五”国家科技攻关专题“城市埋地燃气管道重大危险源评价与风险评估技术研究”，首先对埋地管道开展风险评估的研究工作[11]。

2002年，合肥通用院承担的国家科技部社会公益基金项目“基于风险的城市燃气输配系统安全保障(2002DIB30082)”，首先对城市燃气输配系统开展风险评估的研究工作。

同期，合肥通用院和中国特检院在原国家经贸委科技项目“成套装置风险评估技术研究与软件开发”实施过程中，系统地对成套装置的风险评估进行了研究。

2003年3月，合肥通用院、BV公司和茂名石化公司组成项目组，采用BV公司的RB-eye软件对茂名石化公司乙烯裂解装置和加氢裂化装置进行RBI评估[9]，这是国内石化企业首次对完整的石化装置开展定量RBI评估，拉开了RBI技术在国内石化企业广泛应用的序幕。

此外，合肥通用院和中国特检院还分别开发了拥有自主知识产权的石化装置RBI评估软件，不仅让国内RBI评估摆脱了对Orbit Onshore软件和RB-eye的依赖，还为RBI技术在国内的广泛应用提供了技术支撑。

2 RBI技术法规与标准

随着RBI技术的不断发展与应用，在参考API标准体系的同时，充分考虑国内石化装置的实际情况，建立了符合中国国情的RBI技术相关法规与标准。

2006年，国家质检总局颁布国质检特[2006]198号文“关于开展基于风险的检验(RBI)技术试点应用工作的通知”， 该文件不仅为RBI技术的应用提供了坚实的政策保障，还对提供RBI评估的机构和进行RBI评估的企业都提出了相应的要求，使RBI技术的应用更加规范与科学，这也意味着RBI技术在国内的应用进入了一个新阶段。

2009年，《固定式压力容器安全技术监察规程》(TSG R0004—2009)首次将RBI技术纳入在内，对RBI技术的应用条件、实施和应用RBI技术时检验周期的确定给出了详细阐述，标志着RBI技术成为一种法定的风险评估方法。

2011—2014年，GB/T 26610.1—GB/T 26610.5陆续颁布实施，对RBI评估的基本要求、实施程序、失效可能性的计算、失效后果的确定等给出了详细的阐述，是国内RBI技术应用的指导文件，相当于美国的API 580和API 581。

2014年，GB/T 30579[12]颁布实施，进一步完善了RBI技术的标准体系。GB/T 30579给出了承压设备主要损伤模式识别的损伤描述及损伤机理、损伤形态、受影响的材料、主要影响因素、易发生的装置或设备内主要预防措施等，相当于美国的API571。

此外，GB/T 30578[13]规定了常压储罐基于风险的检验及评价要求。GB/T 27512[14]给出了埋地钢制管道的风险评估方法，可用于长输管道的风险评估。

至此，RBI技术在国内石油化工领域应用的法规和标准已经基本完善。法规和标准的颁布不仅为国内石油化工领域开展基于风险的检验奠定了基础，也为国内石油化工领域开展基于风险的检验指明了方向。

3 RBI技术应用和研究进展

RBI技术应用在石油化工、煤化工、电力、船舶和海洋平台等领域，尤其在石油化工领域得到了广泛的应用和发展。

3.1 成套装置

据不完全统计，中石化、中石油、中海油和中化等企业约1 600套石化装置进行了RBI评估，基本上涵盖了所有的炼油装置、化工装置以及仓储运输、公用工程等配套装置。 成套装置的RBI评估包括压力容器、压力管道和安全阀。

抚顺石化聚乙烯装置于2014年8月进行RBI评估，依据RBI评估结果和装置生产运行情况，对风险较高的压力容器和管道进行在线检验，并根据在线检验结果对聚乙烯装置进行RBI再评估，确定聚乙烯装置2016年9月和2017年12月的风险水平都处于可接受风险水平范围之内，并以此为依据来制定更加科学的检验时间和优化的检验策略。

陈炜等[15]根据近十几年对700余套石化装置开展RBI评估工作的经验，提出以“4年—8年—12年”的三段式长周期运行模式制定检修周期，滚动循环推进基于风险的评估与再评估，将法定检验周期与企业长周期运行相结合，既能避免石化企业承压设备超期不检，又能利用先进技术将低风险设备检验周期延长，从而解决石化装置定期检验与长周期运行的矛盾，提升石化企业设备管理水平。

风险分布图是成套装置RBI报告的重要组成部分，可以直观显示成套装置的设备风险情况，不足之处在于现有的二维风险分布图只能显示设备主要组成部分(如封头、筒体)的风险，却无法显示设备主要组成部分各个方位因为介质变化等因素而产生的风险差异，也无法显示压力管道的风险，为了解决这一问题，合肥通用机械研究院特种设备检验站进行了压力容器与管道的三维风险可视化研究。

为了解决安全阀在进行RBI评估时数据库和实际情况的不匹配性，刘强等[16]采用贝叶斯估计方法，利用企业收集的样本信息对数据库中的安全阀失效可能性进行修正，获得了更加符合企业实际情况的失效可能性。安全阀实际运行情况和检验情况也间接证实了贝叶斯估计方法的可靠性。

3.2 储 罐

RBI技术可以应用于球罐、常压储罐和液化天然气储罐。与球罐和常压储罐不同，现阶段，国内尚未颁布LNG储罐进行RBI评估的相关法规与标准。

Jian Shuai等[17]对原油储罐进行RBI评估，将罐底板和罐壁板进行风险对比，发现储罐的风险主要决定于罐底板。将中国行业标准、美国标准和英国标准进行比较发现，中国行业标准关于储罐检验周期的规定最为保守(油罐的修理周期一般为5～7 a，新建油罐第一次修理周期不宜超过10 a)。

郭冰等[18]采用DNV公司的ASTRBI软件对20台大型常压储罐进行风险评估，并选取1台中高风险储罐和1台中风险储罐进行了开罐检验，检验结果与RBI评估结果比较吻合，并以此来制定这20台大型常压储罐的下次检验时间。

钱林[19]以16×104m3LNG全容储罐为研究对象，研究RBI技术在LNG储罐上的应用。利用RBI技术可以制定优化的LNG储罐的检验方法和检验周期。阀门是LNG储罐智能监控系统的重要组成部分，采用RBI技术可优化阀门的检修方案，提高LNG储罐智能监控系统的可靠性。

LNG全容储罐内罐为金属罐，外罐为混凝土罐，不能完全依据API 581来计算LNG全容储罐的失效可能性。为此，Ma Xin等[20]提出如下公式：

Pf=Pfi·Pfe

式中:Pf为LNG全容储罐的失效可能性;Pfi为内金属罐的失效可能性;Pfe为外混凝土罐的失效可能性。Pfi采用API 581中失效可能性的计算方法进行计算，而Pfe则采用模糊数学理论进行计算。

3.3 长输管道

TSG D7003—2010 《压力管道定期检验规则：长输(油气)管道》指出长输(油气)管道应当采用完整性管理理念中的检验检测评价技术，开展基于风险的检验检测。长输管道的风险评估方法有专家评估法、相对评估法、场景评估法和概率评估法。

GB/T 27512—2011 《埋地钢质管道风险评估方法》适用于输送腐蚀性液体介质的工业管道中的埋地钢质管道，用于其埋地部分、跨越部分和露管部分在可行性论证阶段和设计审查阶段、竣工验收阶段及在用阶段的风险评估。GB/T 27512—2011给出了埋地管道失效可能性和失效后果的详细计算方法，但是这种方法需要划分管道区段，而管道区段划分需要考虑管道沿线人口密度、管道沿线土壤工程地质条件及管道沿线附近建筑物的密集程度等因素，导致很难按照这种方法来进行定量计算。

Jung Kwan Seo等[21]提出了一种用于海底管道风险评估的简化计算方法，这种方法采用腐蚀损伤可能性(probability of corrosion defect)来计算失效可能性，采用爆炸强度容量(burst strength capacity)来计算失效后果。

3.4 其他领域

RBI技术还被应用于海洋平台[22]和长输管道压气站[23]的压力容器、压力管道的风险评估，也用于煤化工装置[24]的风险评估。

4 总结与展望

(1)自RBI技术引入中国至今，先后经历了技术转化、试点应用和广泛应用3个阶段，伴随着越来越多的企业进行RBI评估，并且采用RBI评估结果来指导检维修，RBI技术已经进入到了第四个阶段——实质应用阶段。在这个阶段，由于RBI评估人员和检验人员不一定为同一个人或者来自同一个机构，需要RBI评估人员和检验人员进行充分沟通与合作，才能让RBI评估结果更加科学高效地指导检验。同时，RBI评估人员也要根据检验结果对RBI评估工作中存在的问题进行思考和修正。

(2)RBI技术被广泛应用于在役设备的风险评估，并根据风险评估结果对设备进行针对性的检验，从而降低设备风险。但是，RBI技术却无法降低设计缺陷所导致的风险，因此，需要对设备进行基于风险的设计(RBD)，降低设计缺陷所导致的风险。

(3)RBI技术对设备在制造和安装过程中导致的原始缺陷考虑较少，而原始缺陷往往是造成设备失效的重要因素，因此，需要对设备在制造和安装过程中导致的原始缺陷进行研究，从而更好地评估设备风险。

(4)将RBI技术与以可靠性为中心的维修(RCM)、仪表连锁控制系统(SIL)等结合起来，进行设备完整性管理，更好地保障设备本质安全，是未来RBI技术发展的方向。

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(编辑 张向阳)