李赵

上海市特种设备监督检验技术研究院（上海 200062）

基于风险评估的检验（RBI）是以设备破坏引起的介质泄漏为分析对象，以无损检验为主要手段的风险评估和设备管理过程[1]，主要关注材质劣化导致的设备损坏，通过针对性的检验控制相应设备的风险，可以兼顾设备的安全性与经济性。

传统的检验主要是从保证压力容器安全的角度来制定相适应的检验方法、确定检验周期，虽然在制定压力容器的检验计划时也考虑了失效机理，但由于检验人员技术水平的差异，所制定检验方法的有效性、针对性、完整性并不理想[2]。而传统的检修计划通常是停机后对压力容器进行100%的检验，重点也不突出。同传统的检验方法和检修计划相比，RBI技术综合考虑了被评估对象的安全性、经济性和潜在的失效风险，并根据不同容器的失效机理确定相应的检验策略。RBI风险分析对容器的风险进行分类排序，识别高风险容器，并根据风险驱动因素提出针对性的检验策略[3]。

某能源企业丙烷脱氢（PDH）及地面火炬、产品罐区联合装置，因实际生产及工艺方面的原因，无法对承压设备进行100%停车检验，因此釆用基于风险评估的检验方法。该项目采用“通用中特石化装置工程风险分析系统”，结合在RBI检验工作中所积累的经验，以容器中介质腐蚀流为主线，分析介质中有害相可能对容器造成的损害，计算压力容器的失效可能性和后果，确定压力容器的风险等级，分析产生风险的因素，找出可能发生失效的部位和原因，提出有针对性的预防措施。

1 装置概况

1.1 装置简介

该能源有限公司对PDH及地面火炬、产品罐区联合装置开展安全管理评价工作，满足相关法规中RBI应用条件的要求，申请进行RBI检验。本次RBI评估工作范围为该联合装置11台压力容器，容器基础数据见表1。

表1 容器基础数据表

1.2 仓储单元

（1）工艺流程

仓储单元共涉及压力容器5台，评估容器为丙烯产品储罐TK704E，丙烯产品储罐TK704G，蒸发气体（BOG）冷凝液缓冲罐V23002，分液罐V1311，水封罐V1312。TK704E与TK704G用于成品丙烯储存，设计相同，正常液体温度范围为10～25℃，饱和蒸汽压为0.68～1.07 MPa，球罐内温度超过30℃，会手动打开喷水系统使其冷却。高压丙烯气体和火炬气经过分液罐V1311进行分液，气相部分进入水封罐，液相部分排出。压缩BOG进入BOG冷凝液缓冲罐V23002。

（2）评估对象可能损伤机理

压力容器可能损伤机理为制造缺陷、机械疲劳、硫化氢应力腐蚀开裂、保温层下腐蚀、大气腐蚀、冲刷腐蚀、未知腐蚀等。

1.3 PDH一期单元

（1）工艺流程

PDH一期单元共涉及压力容器4台，评估容器为湿火炬分液罐V1301，干火炬分液罐V1302，氯化物处理器V107，废碱液储罐V115。氯化物处理器V107用于吸附反应器流出物中的氯化物。废碱液储罐V115用来收集碱洗塔碱洗脱气后的废碱液，定期送至公用工程碱液处理单元。湿火炬系统带有分液罐V1301，排入V1301的物料经低压蒸汽加热后，分离的液相由凝液泵送至罐区，气相排入火炬总管。干火炬系统带有分液罐V1302，经过甲醇汽化器加热汽化后，气相经过热器过热后，排入火炬总管。

（2）评估对象可能损伤机理

压力容器可能损伤机理为机械疲劳、大气腐蚀、碱应力腐蚀开裂、未知腐蚀等。

1.4 公用工程单元

（1）工艺流程公用工程单元涉及压力容器2台，评估容器为缓冲罐V1832，仪表空气增压罐V1805。缓冲罐V1832主要用于储存液氮储罐中的液氮经汽化器汽化后的氮气，仪表空气增压罐V1805主要用于储存仪表风增压机来的压缩空气，给生产用气动设备提供动力。

（2）评估对象可能损伤机理

压力容器可能损伤机理为机械疲劳、大气腐蚀、未知腐蚀等。

2 定量风险分析结果

2.1 风险分布

采用“通用中特石化装置工程风险分析系统”进行分析，结合在RBI检验工作中所积累的相关经验,该装置所包含的压力容器在2021年度定期检验之前的风险矩阵图如图1所示。

图1 压力容器风险矩阵图

2.2 风险统计

压力容器风险统计见表2。从表2可以看出，装置所包括的压力容器在2021年定期检验之前，有2台压力容器处于中高风险，应列为重点检验设备。

表2 压力容器风险统计 个

2.3 重点设备失效分析

2台丙烯产品球罐TK704E，TK704G依据JB 4732—1995《钢制压力容器分析设计标准》、GB 12337—2014《钢制球形储罐》设计，设计容积均为4 000 m3，容器内径为19 700 mm，工作压力为1.65 MPa，工作温度为-20～50℃，介质为丙烯，材料为07MnCrMoVR，厚度为47 mm，腐蚀裕量为1.5 mm，最大允许充装系数为0.9，设计使用年限为20年，现场组焊而成，2013年12月投入使用，运行至检验时未发生重大安全事故。根据GB 12337—2014，厚度大于38 mm的07MnCrMoVR钢需要进行565℃±20℃的热处理，以消除焊接残余应力。现场热处理温度过高很容易产生再热裂纹，而热处理温度过低无法有效消除焊接残余应力，因此，该材料现场施工难度较大，焊接过程也容易产生缺陷。查询安装资料时，发现这两台球罐现场组焊后对埋藏缺陷的无损检测并未采用传统的射线检测方法，而是采用100%超声波衍射时差法（TOFD）。TOFD检测虽然操作简单、扫查速度快、检测效率高，但其对容器表面粗糙度要求较高，对环境的清洁度也有一定要求，近表面存在检测盲区，且对图像判读需要较为丰富的经验。同传统的射线探伤相比，虽然TOFD灵敏度更高，但对缺陷的显示却不够直观，对操作人员的技术和责任心有较高的要求。此外，球罐外部接触大气，且距离海边较近，外部防腐层发生破损若不及时修复容易发生大气腐蚀。丙烯球罐充装较为频繁，容易在几何不连续及结构不连续处发生交变载荷变化，可能产生机械疲劳，介质中若H2S含量增多，还易产生H2S应力腐蚀开裂。经评估，该球罐可能存在制造缺陷、机械疲劳、H2S应力腐蚀开裂、大气腐蚀。因此，建议在检验过程中对容易发生腐蚀的区域进行测厚抽查，并在埋藏缺陷检验中重点检查容易发生缺陷的区域，发现问题及时处理，在具备条件时及时开罐检验；使用单位应加强日常巡查和维护保养，发现问题立即停用。

3 检验策略

（1）根据损伤机理和失效概率确定检验项目和比例。

（2）壁厚是每次风险再评估的关键数据，一般情况下，宏观检查和测厚是必做项目，测厚点数可根据减薄损伤系数和容器规格作适当考虑。

（3）有应力腐蚀开裂倾向的容器部件应尽可能进入容器内对焊缝部位进行荧光磁粉探伤，不能进入容器内部的应在外壁进行声发射和超声波(或射线)检测。检验有效性（比例）根据敏感性评价指标的高、中、低水平，分别选择高效、中高效、中度有效3种类型。

（4）对于只有减薄可能的容器，主要进行宏观检查和厚度测量。

（5）对于有外部腐蚀可能的容器，应根据损伤因子的大小适当去除保温层，进行外部宏观检查和壁厚测定。

（6）对于存在剩余壁厚报警的容器部件，必须进行在线壁厚监测，剩余壁厚小于允许壁厚又无法及时更换时，应对容器进行安全分析。

4 检验结果

现场检验结果与前期的风险评估结果较为一致，由现场检验可知：

（1）11台压力容器的壁厚减薄均未超过腐蚀裕度，且未发现局部减薄问题。

（2）在外表面宏观检验过程中，发现TK704E存在一处7 mm×7 mm的表面凹坑，使用单位已对机械损伤部位进行返修处理。

（3）外表面磁粉检测发现2台球罐外表面都存在表面裂纹，球罐TK704E表面裂纹问题尤其突出。针对球罐的表面裂纹问题，增加了球罐外表面的检测比例，进行了对接焊缝的扩检；针对球罐外表面裂纹较多的问题，对2台球罐进行声发射检测，检测结果显示，球罐TK704E存在3处信号定位源。因3处信号源附近的对接焊缝外表面已进行检测，为降低球罐的使用风险，提高安全运行水平，对球罐TK704E进行开罐内表面检测，对3处信号定位源附近的对接焊缝，内表面打磨后进行荧光磁粉与超声波检测，未发现相关缺陷。

（4）超声波检测发现2台球罐都存在一定数量的埋藏缺陷。球罐TK704E的部分埋藏缺陷超出相应产品标准，依据TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》，该台球罐安全状况等级评定为4级，监控使用，建议下次检验时对埋藏缺陷部位进行重点检测。

后续使用过程中，对2台丙烯球罐要加强巡检力度，特别是检验中发现问题的部位，巡检过程中发现异常应立即停止使用；加强对压力容器工艺参数的控制，严禁不正常的工艺波动，降低对压力容器安全运行的影响。

5 结语

RBI技术区别于传统的检验，它从整套装置出发，以损伤模式入手，对承压设备的风险进行全面系统的分析，重点关注风险较高的承压设备，通过有针对性的检验，降低装置运行风险，延长装置运行周期，降低检验成本，进而达到提高生产效益的目的。