海上平台压力容器RBI评估技术

陈刚，张充霖 (中海石油技术检测有限公司，天津 300452)

0 引言

海上压力容器是海洋油气生产、处理和储存的重要设备，由于外部环境及容器内部介质的双重作用，海上压力容器在生产使用过程中面临腐蚀减薄及应力集中开裂等运行风险，一旦发生泄漏或断裂极有可能酿成火灾、爆炸及环境污染等重大事故，使生命及财产遭受严重损失，因此定期开展海上压力容器检验和评估已成为迫切需求。

1 RBI评估技术

基于风险的检验技术，即Risk based Inspection技术，是以可能发生介质泄漏而损坏的设备为分析对象，以设备检验检测为主要手段的风险评估和管理过程。对比传统的检验检测方法，RBI技术通过计算评价对象的经济、安全方面潜在的风险，根据不同的失效机理确定相应的检验策略以指导检验。统计数据表明：设备的失效风险平均分配，约80%～90%的风险由10%～20%的设备承担[1-2]。

传统的检验技术和RBI检验技术的比较如图1所示。

图1 传统检验和RBI的比较

从上图可以看出：

(1)完成同等程度的检验，RBI的风险要小于传统检验；

(2)在同等风险水平上，RBI的检验量要小于传统检验。

传统检验方法对于检查设备使用状况和确保设备的完整性而言至关重要，但对于准确估计后续检验工作量来说难度很大。RBI技术将设备在使用期间可能发生的风险与设备在役检验相联系。采用风险分析方法，将流程中全部的设备按风险高低进行排序，在此基础上，针对计算发现的高风险设备，按照其损伤的特点，采用针对性检验方法进行检验，从而显著降低设备风险。

2 应用实例

以某海上平台为例进行RBI评估分析。平台容器共7台(如表1所示)，评估软件为Synergi Plant RBI Offshore软件。

表1 容器清单

2.1 建立RBI数据库

建立RBI数据库包括资料搜集与数据采集。资料收集主要包括以下资料：

(1)设计、竣工资料：主要包括容器竣工图、计算书、质量证明书、检验资料、现场铭牌及设备和中控流程图照片等；

(2)工艺资料：主要包括容器的操作压力、操作温度、工艺流程图、PID图、出口及入口的介质、流速、取样处化学分析报告等；

(3)操作资料：包括操作规程与操作运行记录；

(4)腐蚀调查：包括关键设备、潜在失效模式和以往发生事故及事故原因；

(5)后果相关资料：包括设备资产明细、平台结构设计图纸、平台人数、维修成本和停产损失等。

数据采集是指从搜集到的资料中进行提取和整合，即依据PFD图，了解和掌握整个装置的工艺流程和关断设置，进行RBI分析的设备将根据PID输入，按照工艺流程顺序输入到数据采集表中，数据录入前须审核数据的准确性以及相关数据的一致性，并整理成RBI计算专用数据库。

2.2 可疑区划分

对于可疑区划分，原则如下：当某隔离段的容器或接管失效泄漏时，只有此存量组中的物料会泄漏，其它隔离段中物料由于紧急切断装置的作用而不会泄漏。因此，任意隔离段中容器或接管发生失效时，其失效后果按照该段内的物流泄漏量及泄漏速率进行计算。

2.3 后果区划分

海洋平台作为一个庞大的油气生产系统可实现一系列完整的生产过程，而各个分系统又可独立划分为单独的生产系统。海洋平台平面图为进行后果区域划分的基础，防爆墙的防爆等级和设置位置决定了后果区域的划分方式，一般做法是将防爆等级为A60以上的防爆墙当作后果区域的划分依据。

2.4 腐蚀回路划分

腐蚀回路的划分原则是将腐蚀机理相同 (材料、介质相同，温度在同一腐蚀机理范围内、保温情况相同) 且彼此相连的设备划分为一个腐蚀回路。根据海上平台容器腐蚀机理及腐蚀机理识别方法，结合物流数据和相关流程、最新介质取样化验数据、腐蚀分析报告、设备的材质和介质、操作压力和操作温度，最终判断压力容器的腐蚀类别并划分腐蚀回路。

2.5 风险计算

2.5.1 风险计算原理

容器的风险有两部分组成：一个是评价单元的失效概率；另一个是评价单元的失效后果。风险R(t)的计算公式如下所示：

式中：Pf(t)为失效概率，反映了容器预期的失效可能性大小；C(t)为失效后果。

以上可见，风险是时间累积的函数，随着壁厚减薄、裂纹或其它损伤机理在运行时间上的积累，损伤因子逐渐增大。当设备或单元存在多个损伤机理时，各损伤机理分别计算，得到一个与时间相关的风险。通过对比各损伤机理对应的风险，选取最高的风险作为该设备或单元的风险。

文章利用Synergi Plant RBI Offshore软件进行定量分析时，从经济损失大小和安全水平高低对容器进行风险分析，结果以经济风险和安全风险的形式体现。

2.5.2 可能性计算

RBI分析对失效可能性的计算是设定设备的损伤速度超过预期值即可能发生未预料的灾难性事故，并根据检验方法对检出各种不同形式损伤及损伤速率的有效性来确定置信度。失效可能性采用极限状态分析与可靠性指数法求得。

损伤速率模型可分为四类，即可忽略模型、未知模型、速率模型和敏感性模型。

2.5.3 失效后果计算

失效后果按照泄漏流体物料的性质与数量进行计算，物料泄出量与泄出速率的影响因素为失效孔径大小、操作压力以及流体粘度与密度。设备常见的失效机理易导致在每一设备中发生泄漏，中等孔或大孔的失效、或发生破裂，须分别对各种失效形式进行计算，分析失效后果，再根据不同失效形式所造成后果的加权影响计算总的后果大小。

2.5.4 风险可接受准则

文章风险可接受准则如下所示：

——安全可接受风险准则以PLL表示，每年每部件0.000001；

——经济可接受风险准则以经济损失表示，每年每部件USD3000。

2.5.5 风险矩阵

风险排序，采用了5×5矩阵图的方法，纵向失效可能性按失效可能性系数划分1、2、3、4、5五个等级，横向失效后果按失效后经济损失或安全影响划分为A、B、C、D、E五个等级。经过计算，得到容器的经济和安全风险矩阵如图2和3所示。

图2 当前经济风险

图3 当前安全风险

2.5.6 风险分析结果

经过计算分析及汇总，得到每台容器最严重的经济风险等级和安全风险等级。平台容器中不存在极高风险、低风险和极低风险设备；风险为高风险的设备有3台，分别为计量加热器EH-1301、生产加热器EH-2001、生产分离器V-2001；风险为中风险的设备有4台。

3 结语

(1)文章共详细分析了7台压力容器，共划分为109个评价单元。

(2)基于安全和经济风险分析结果，容器中不存在极高风险、低风险和极低风险设备；风险为高风险的设备有3台，分别为计量加热器EH-1301、生产加热器EH-2001、生产分离器V-2001；风险为中风险的设备有4台。

(3)平台容器的驱动风险水平变化的主要腐蚀机理是外部腐蚀、水腐蚀和微生物腐蚀。针对外部腐蚀，应加强日常巡检检查设备的保温覆盖情况，发生破损应对外部涂层进行检查并将设备恢复到完全保护的状态。此外还应定期对重点部位的外涂层进行开孔监测，保证外部涂层随时处于完整的状态。针对微生物腐蚀，应加强对设备内流速较低区域和死角的监测，通过在确认存在微生物腐蚀的流程中添加杀菌剂来控制微生物的繁殖。针对水腐蚀，建议控制碳钢材质容器内海水、闭排水的流速在合理范围，并在容器内表面涂敷内部涂层，使被保护表面与介质机械隔离而控制水腐蚀。