基于RBI分析的在役安全阀校验周期的确定

2022-08-24柴军辉张子健董晓冬张小龙陆建平顾海云袁时杰

化工机械 2022年3期

柴军辉张子健董晓冬张小龙陆建平顾海云徐浩袁时杰

（1.宁波市劳动安全技术服务有限公司；2.宁波市特种设备检验研究院）

安全阀是承压类特种设备的重要安全附件之一，是防止压力容器、压力管道和锅炉发生超压的一种安全泄放装置，也是确保设备安全运行的一道重要防线。安全阀在化工企业中的使用量极为庞大，仅宁波地区就有近10万台在役安全阀［1，2］。目前，国内安全阀校验与管理工作主要是依据TSG 21—2016 《固定式压力容器安全技术监察规程》和TSG ZF001—2006《安全阀安全技术监察规程》，两者均要求安全阀每年至少校验一次，但同时也提到：符合相关条件时可以延长校验周期，最长可以延期5年，条件是必须全部满足规范中的要求，具有一定的难度［3］。例如，安全阀制造单位需要提供弹簧的相关测试试验数据、能够证明安全阀运行的可靠性、使用单位需要建立安全阀校验站及安全阀需要进行在线检测等。这些条件会在一定程度上限制安全阀使用单位实施校验延期，并与化工企业需要生产装置长周期连续运行的目标存在着矛盾［4］。笔者通过RBI分析，推算在役安全阀的失效可能性和失效后果，可得出风险的分布情况，进而对在役安全阀进行分类，综合考虑众多影响因素后，最终针对不同风险制定不同的校验周期和日常管理维护策略。

1 RBI分析原理

由于RBI计算所用的软件是基于美国石油学会API 581《基于风险的检验方法》编制的，因此对API 581中有关在役安全阀RBI分析原理做一介绍。

1.1 安全阀失效可能性计算

1.1.1 未能开启的可能性

其中，ηupd计算过程与未能开启失效的计算过程相同，但该过程中涉及的威布尔特种寿命参数ηmod不同于未开启失效中的ηmod，应按下式计算：

其中，软阀座修正因子Fs、环境修正因子Fenv和威布尔参数ηdef均可通过查表获得。

1.2 安全阀失效后果计算

1.2.1 开启失效后果

计算安全阀开启失效后果的过程中，需将超压时的压力p0代替所保护设备的操作压力ps，而且p0需要根据超压情况逻辑进行判断，然后查表获取数值。按设备失效后果的计算流程进行，最终以安全阀所保护的设备失效后果作为安全阀开启失效后果。

API 581中开启失效后果的划分原则主要涉及影响面积（Consequence Area）和经济后果（Financial Consequence）两方面，据此划分的后果等级见表1。

表1 后果等级划分

1.2.2 泄漏后果计算

安全阀泄漏分为轻度至中度泄漏和固定开路泄漏两种情况，泄漏后果计算需要考虑4种费用：因泄漏产生的介质损失费用costinv、环境清理费用costenv、安全阀维修费用costsd和因停机维修造成的停工费用costprod。

1.3 安全阀风险分析

2 RBI分析在PTA装置中的应用

2.1 安全阀基本数据收集

拟对宁波地区某化工企业PTA装置的64台安全阀进行基于API 581的RBI分析。安全阀RBI计算前，需对安全阀所保护的设备进行RBI计算，即提取设备失效可能性和设备失效后果作为计算参数。因此，本数据收集分为两部分：

a. 安全阀数据。主要包括安全阀投用日期、位号、通径、整定压力、材料、运行温度、操作工况、安装方式、介质、类型、上次校验日期及上次校验类型等关键参数；

b. 被保护设备的数据。主要包括设备投用日期、编号、材料、介质、内径、长度、壁厚、腐蚀裕量、设计温度、设计压力、操作温度及操作压力等关键参数。

2.2 RBI分析软件与初始假设条件

本次RBI分析所采用的是DNV（挪威船级社）的Synergi Plant RBI Onshore 5.5软件，是基于API 581开发设计的，可以定量计算失效可能性和失效后果，该软件具有安全阀计算专用模块PRD，可连带计算换热器、反应器、塔器及球罐等常见的安全阀所保护的设备。

在分析过程中，部分基础资料难以收集齐全，需提出合理假设，其中主要的假设如下：

a. 所保护设备的材料可替换成相应或相近的ASME材料牌号。例如，SA 283 Gr C代替Q235B，SA 516 Gr70 代替Q345R，阀门材料碳钢C.S.由SA 283 Gr C代替。

b. 对于分析软件数据库中没有收录的介质可近似代替，选取较为接近的介质进行后果计算。

c. 对于混合型介质，综合考虑各部分含量与介质的危害性，选取其一进行计算。

2.3 RBI分析结果

将64台安全阀数据与64台安全阀所保护设备的数据录入软件进行计算，当前评估日期设置为2021年3月4日，历史校验周期均为 “一年一校”，依据TSG 21—2016中规定的最长可延期5年，将来风险的时间节点设置为2022年3月4日、2023年3月4日、2024年3月4日、2025年3月4日、2026年3月4日，RBI分析结果如图1所示。

图1 RBI分析结果

由图1可见，风险矩阵中包含128个评价单元，这是计算软件将安全阀和保护设备一并计算后所显示的结果，将安全阀数据进行筛选并统计，结果见表2。

表2 不同时间节点安全阀风险分布情况

由表2可知，在无校验的情况下，从第3年开始，大部分安全阀为中高风险状态，中低风险安全阀占比较少，这与PTA装置操作工艺有密切关系，安全阀大多处在高压下（不低于10 MPa），高温工况也较为普遍，最高可达510 ℃，同时还普遍处于强腐蚀性环境。

3 安全阀校验周期的确定

3.1 校验周期的确定原则

参考TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》中的相关规定，将安全阀校验周期划分为1、3、5年。根据安全阀风险等级确定下次检验日期，重点关注风险高的安全阀，适当缩短其校验周期，而对于风险低的安全阀可适当延长其校验周期。另外，由于RBI分析具有一定的局限性，风险的量化过程不能保证与实际情况完全等同［5］，因此还需要结合安全阀的服役工况、介质性质、日常检查情况和企业运行经验，制定出3个校验周期的确定原则：

a. 符合所列条件之一的，可实行 “一年一校”。下一时间节点风险状况为高风险；下一时间节点安全阀失效可能性等级为4级或者5级的；介质存在有严重堵塞倾向的安全阀；有明显应力腐蚀开裂倾向的安全阀；历年离线校验时均发现存在明显腐蚀的安全阀；在日常检查中，发现安全阀存在异常起跳或泄漏的情况；盛装介质毒性危害程度为极度或高度危害的。

b. 符合所列条件之一的，可实行 “三年一校”。基于当前评估时间，3年后的风险为中风险；基于当前评估时间，3年后的风险为中高风险，但失效可能性等级不大于3级的。

c. 符合所列条件的，可实行“五年一校”。基于当前评估时间，5年后的风险等级为低风险的。

将以上安全阀校验周期的确定原则，应用于本次所评估的64台安全阀，以2021年3月4日为起点，确定其校验周期的统计表（表3）。