朱喜平，张来斌，梁伟 （中国石油大学 （北京）机械与储运工程学院，北京 102249）

1 RBI评估技术

基于风险的检验 （risk based inspection，RBI）技术是以设备破坏而导致的介质泄漏为分析对象，以设备检验为主要手段，通过确认设备或管线的损伤机理计算出失效可能性和失效所造成的后果，进而计算出其风险大小。它是通过有针对性的腐蚀管理、预防性检验、维护监控及工艺监控来有效地管理风险和降低风险的技术。

多家石油化工企业针对其常减压、催化裂化、催化重整、加氢裂化等装置开展了RBI检验工作。国内的油气田公司和油气输送企业在天然气净化工业、油气管道输送方面也陆续开展了RBI的尝试与应用工作［1～3］。

2 失效可能性

2.1 失效概率计算模型

RBI失效可能性是指失效概率的计算，在特定失效模式下的失效概率Pf表示设备在特定的失效机理、破坏状态下发生泄漏失效的概率。以压气站腐蚀减薄失效机理下的分离器和管道为例，利用可靠性指数法来计算其失效概率。可靠性指数β的计算公式［4］为：

式中：β为可靠性指数；μy为均值；σy为标准差；f（x）为功能函数；x为随机变量。

根据常规压气站基础资料及站场腐蚀情况，参考API581所提供的数据，得出：以天然气为输送介质的压气站损伤机理主要包括内部腐蚀减薄，外部损伤 （包括保温层下腐蚀、大气腐蚀和埋地管线的土壤腐蚀）和应力腐蚀开裂（包括硫化物应力腐蚀开裂SSC、硫化氢条件下的氢致开裂和定向应力氢诱导开裂HIC/SOHIC－H2S）3种损伤模式。

以计算腐蚀减薄失效模式的失效概率为例，介绍均值一次二阶矩法来求μy和σy的计算方法：

式中：σf为材料的流变应力，MPa；t0为原始壁厚，mm；Δt为壁厚损失，mm；p为操作压力，MPa；D为管道的内径，mm；σσf为流变应力标准差，MPa；σΔt壁厚损失的标准差，mm；σp为压力标准差，MPa。

将式 （2）、（3）计算所得的值代入到式 （1）中，就可以得到相应的可靠性指数β，通过查正态分布表得出失效概率pf。

2.2 压气站设备失效概率的修正

2.2.1 设备失效概率修正的定义

根据API 581中的方法，压气站内设备的失效概率是由同类设备失效概率经设备因子和管理因子修正得到的，其结果可由下式计算得出［5］：

设备失效概率＝同类设备通用失效概率×设备修正因子×管理修正因子 （4）

2.2.2 修正系数计算方法

1）设备修正因子 主要影响的关键参数是损伤因子。除损伤因子以外，还有一些其他因子会影响到设备修正因子的值，如通用因子，与压气站内的条件、当地环境、地震活动等方面有关；机械因子，主要考虑设备设计与制造方面的最初情况，从复杂性、建造规范、分离器的寿命周期、安全系数这4个方面进行考虑，为4个因素之和；工艺因子，主要需分析分离器的工艺和运行方式的影响情况，包括了工艺的连续性和安全泄放阀等方面。

2）管理修正因子 是用于对不同装置或装置现场之间类似设备的风险值进行比较［5］。

2.3 划分压气站内管道腐蚀回路

为了便于确定设备、管道腐蚀速率和制定检验计划，对压气站进行RBI评估时需进行腐蚀回路划分。同一回路是具有相似的损伤机理、操作条件和材质的设备及管线。根据某压气站现场检测数据，在腐蚀减薄失效模式下，划分腐蚀回路 （表1）。

表1 某压气站腐蚀回路划分表

3 失效后果

失效后果按照泄出流体物料的性质与泄出量进行计算，物料泄出量与泄出速率的主要影响因素有泄漏孔径的大小、流体黏度与密度以及操作压力。分别对每一种失效概率计算其失效后果，然后按这些不同失效形式所造成的后果计算总的风险。

3.1 泄漏类型及泄漏量

RBI风险评价中将泄漏类型分为2种：瞬时或持续。对于小孔 （φ6.3mm）模拟、较低泄漏率模拟为持续泄漏；对于其他类型孔尺寸，当泄漏4540kg耗时不足3min时，通过给定孔尺寸的泄漏为瞬时泄漏［4］。

式中：Q为气体泄漏质量流量，kg/s；Cd为气体流量系数，圆形孔泄漏取1；A为泄漏面积，m2；p为操作 压 力，MPa；M为 气 体 分 子 质 量，g/mol；T为 气 体 温 度，K；R为 气 体 常 数，8.3144J/（ m ol·K） ；p0为大气压力，MPa；k为气体绝热指数，1。

3.2 泄漏后果区域

在天然气压气站场的RBI风险评估中，泄漏后果主要有闪火、喷射火、火球、蒸汽云爆炸等。可根据实际情况计算各种后果概率。每一种泄漏形式的泄漏可能性和后果不同，一种泄漏类型的失效后果通常是多种泄漏形式的组合。用来计算组合后果区面积的公式如表2［5～7］所示。

3.3 物流回路划分

在计算失效后果时，应把天然气压气站按照工艺划分为多个物流回路。当某一设备失效时，只有所在回路的天然气会泄漏，而其他隔离段中的天然气不会泄出，因此该物流回路中设备失效时的后果计算仅以此回路天然气泄放量进行计算［7～9］，回路划分实例见表3。

表2 泄漏后果区面积计算公式

表3 某压气站物流回路划分表

4 实例计算

假设某压气站1号分离器的主要参数为：运行压力9.85MPa，流变应力520.7MPa，原始壁厚8mm，变异系数0.1，温度306.5K，输送天然气密度0.695kg/m3，气体流量系数1，气体绝热指数1.3，气体分子质量0.016kg/mol。用均值一次二阶矩法计算其在腐蚀减薄失效模式下的失效概率。查询API 581中分离器的通用因子为2，机械因子为4，工艺因子为1。由此可以得出过滤器的设备修正系数。通过对压气站承压设备的评估和打分，取管理系数值为0.38。可以分别计算出该压气站1号过滤器在不同尺寸泄漏孔径的失效概率 （如表4所示）。

表4 压气站设备失效概率和失效后果

器破坏后的经济损失、停用期间损失等。

5 评估结果确定和检验计划制定

根据以上方法计算得出的失效概率和失效后果可以进一步计算出压气站场内全部设备的风险值，从而对设备和管道逐一进行RBI评价。再根据行业QHSE管理标准建立相应的风险矩阵作为风险评价的可接受性准则，以此来确定设备的风险等级。处于高风险区域的设备需要立即采取措施，最终依据API 581中的检验计划，将中高风险区域的设备作为重点监测和维护的对象。通过RBI评价方法的使用，可以提出科学的压气站场检验周期和基于风险的检验计划，从而指导设备检验，降低压气站设备和管道运行风险。

［1］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.

［2］郑鹤，宋彬，计维安，等 .保障天然气净化装置长周期运行的RBI技术 ［J］.天然气工业，2009，29（3）：107～109.

［3］陈学东，杨铁成，艾志斌，等 .基于风险的检测 （RBI）在实践中若干问题讨论 ［J］.压力容器，2005，22（7）：36～44.

［4］王勇 .普光输气站场定量风险评价技术研究 ［D］.成都：西南石油大学，2012.44～56.

［5］API 581—2000，American petroleum institute，risk－based inspection ［S］.

［6］张春燕 .输气管道系统RBI定量风险评价研究 ［D］.兰州：兰州理工大学，2008.17～49.

［7］郑明，姚安林，叶冲，等 .基于RBI的输气站场分离器风险评估方法研究 ［J］.中国安全生产科学技术，2013，9（6）：120～126.

［编辑］ 帅群