中国石化装置承压系统基于风险的安全保障技术进展-2016.10.29

2020/4/301中国石化装置承压系统基于风险的安全保障技术进展2020/4/302提纲一、行业背景二、我国石化装置承压系统工程风险分析技术进展三、“十三五”展望2020/4/303一、行业背景三十多年来，中国石化工业快速发展，为中国经济发展和综合国力提高作出了重要贡献。2009年中国成为全球第二大石油加工国目前，中国石化、中国石油大型石化企业55家，大型装置1100套总产值和总利润居中国行业之首▇100套▇50套▇10套▇10套2015年总产值占全国500强企业比例利润占全国500强企业比例中国石化2.02万亿元6.8%521亿元5.2%中国石油2.02万亿元825亿元1.我国石化行业概况2020/4/3042.国际石化行业发展趋势装置日趋大型化单套炼油：500万吨/年1200万吨/年单套乙烯：30万吨/年120万吨/年为提高效率，降低成本，国际石化行业面临三大变化导致：设备运行风险增加，检验维护难度加大酸值：0.5mgKOH/g2.5~4.0mgKOH/g硫含量：0.5%3.5~5.0%介质不断苛刻化运行长周期炼油装置：3~4年乙烯装置：4~6年2020/4/3053.本世纪初中国存在的主要问题要么检验不足，装置无法长周期运行要么过度检验，造成检维修成本增加本世纪初以前我国不得不采用短周期运行、频繁检修的方式来保证安全。本世纪初中国美国欧洲连续运行周期1年4~6年3~6年万台设备事故率2.50.50.5由于检验策略不合理八十年代及以前超标缺陷九十年代苛刻介质、超期服役本世纪以来服役条件极端化01002003001980198219841986198819901992199419961998200020022004200620082010事故起数4.02.50.82020/4/3062006年9月大庆分公司乙烯装置管线爆裂，引发火灾2006年6月，中石油兰州石化公司300万吨重油催化装置起火，1死10伤2004年4月，重庆天原化工总厂2号氯冷凝器爆炸，9人死亡，15万人被疏散2008年中石化茂名石化加氢裂化装置加热炉管线爆裂，引发火灾1997年北京某化工厂LPG储罐爆炸9人死亡，39人受伤2005年某石化装置爆炸数万人疏散，松花江严重污染2020/4/307上世纪90年代，戴树和先生在国内率先开始风险工程学研究，他首次利用可靠性工程学、失效物理学、模糊集理论、可拓工程方法、腐蚀与防护等跨学科理论和技术，将“风险工程学”引入到压力容器安全保障中，成为“最早涉足风险工程领域的中国学者”。1.戴树和先生率先在中国倡导开展石化装置承压系统风险工程学研究二、我国石化装置系统工程风险分析技术进展2020/4/308在《新兴学科风险工程学梗概》一文中，戴树和先生指出：“在工业领域，风险工程学是将危险转化成为安全的学科，是将危险带来的挑战作为提高安全性机遇的学科。它的最终目标是力争化险为夷，使工程达到尽可能的成功”。2020/4/3092001年9月戴树和先生在南京第五届全国压力容器学术会议上做大会专题报告，介绍了“风险工程学”的基本概念，风险分析基本方法，风险评估与风险可接受准则等，并发表了《风险分析技术》论文，为国内研究压力容器风险技术垫定基础。2020/4/30102004年5月，戴树和先生在中石化工程风险分析中心成立大会上，进一步提出了风险控制技术在压力容器安全保障技术领域的应用，提出了设备长周期运行的风险分析建议。2020/4/30112009年10月江苏无锡第七届全国压力容器学术会议，戴树和先生发表《当代过程装置技术管理的三个课题：融入六西格玛理念、强化风险控制措施和实施低碳经济的目标要求》大会专题报告。2020/4/30122.基于风险的检验(RBI)RBI是一种分析承压设备潜在风险、优化检验策略的有效方法。目的是确保设备本质安全，节约检验维修成本。数据采集风险排序风险分析WHAT：检查何种缺陷WHERE：何处寻找缺陷WHEN：何时检验最佳HOW：哪种技术最佳检验策略失效可能性×失效后果风险=2020/4/3013国外发达国家大部分接受。美国、澳大利亚、新西兰、英国、挪威、芬兰、荷兰、新加坡等国政府均已批准企业采用RBI技术确定检验策略。2020/4/3014我国本世纪初，借助于国际科技合作，工程风险评估技术的研究与应用蓬勃兴起，在国家质检总局特种设备局的积极引导和大力推动下，研究取得了突破性进展，并在石化企业广泛应用。——国家质检总局[2006]198号文开展试点——《固容规-2009》采纳和GB/T26610颁布，RBI推广应用(1)根据失效模式制订检验方案；(2)应用基于风险的检验(RBI)技术制定检验策略，确定检验周期。2020/4/3015目前我国石化装置工程风险分析技术的相关法规标准已经基本成熟完善。国家有关法规和标准均采纳了RBI等工程风险分析方法：相关文件体系法规2020/4/30162003年以来，合肥通用院、中国特检院等单位通过国际合作，引进国外风险评估技术，突破了失效模式与机理识别、失效可能性与后果评估、等风险控制原则等关键技术，建立了一套适合国情的石化装置承压设备工程风险评估技术体系(包括技术方法、专业软件、数据库、国家标准等)。主要研究工作和技术进步2020/4/3017复杂腐蚀环境下的失效模式与机理研究在国外风险评估技术基础上，结合我国国情，开展十多万次试验和工业规模验证，研究了失效事故的生成与演化规律，多种失效机制间的竞争、抑制和促进规律，建立了83种单一失效机制、20多种复杂失效模式的判别方法。国内外已知失效机制(66种)新增17种单一失效机制(共83种)新增20余种复杂失效机制腐蚀减薄：盐酸腐蚀、硫酸腐蚀、磷酸腐蚀、保温层下腐蚀、高温硫化物腐蚀、环烷酸腐蚀…环境开裂：氯化物SCC、碳酸盐SCC、连多硫酸SCC、胺开裂、氨开裂、湿硫化氢破坏、氢脆…材质劣化：渗氮、球化、石墨化、渗碳、脱碳、σ相脆化、475℃脆化、回火脆化…机械损伤：机械疲劳、热疲劳、振动疲劳、汽蚀、蠕变、热冲击、应变时效…其他：高温氢腐蚀、腐蚀疲劳、冲蚀、低温脆断、过热、蒸汽阻滞、耐火材料退化…硝酸盐应力腐蚀高温水应力腐蚀应力松弛开裂平面失稳柱失稳空泡腐蚀微动磨损接触疲劳机械磨损粘着磨损辐照脆化应变强化……环烷酸+硫连多硫酸+Cl氯化氨+硫化氢NaOH+Cl+H2OCO2+H2S+Cl+H2OH2S+Cl+H2OH2S+CO2+H2OCO+CO2+H2ONa3PO3+O+H2ONa2OH+H2S+H2ONa3PO4+高温含氧H2OCO+CO2+H2S+H2O……2020/4/3018数据库腐蚀特性数据库失效案例数据库设备选材数据库管道选材数据库风险控制措施数据库83种损伤机理20多种复杂失效机理每种损伤模式定义描述表象、形态或者典型图谱敏感材料关键影响因素主要装置和典型设备预防建议措施监测、检测方法失效模式与损伤机理数据库结构机械疲劳全面腐蚀局部腐蚀球化变形腐蚀金相组织变化机械损伤环境开裂磨损氢致开裂蠕变热疲劳渗氮石墨化定义描述形态相关材料关键因素或影响因素相关装置或典型设备建议预防和减缓措施监测检测方法伴随的其他损伤模式············针对我国石化工业特点，构建了国际上最齐全的石化装置承压设备失效模式、机理与寿命数据库，为我国石化装置风险评估提供了强大数据支撑。2020/4/3019已被我国RBI系列国家标准GB/T26610采纳API在2008年标准修订中取消了以“设计寿命”为参量的失效可能性计算方法适合我国国情的失效可能性与后果工程计算方法针对我国承压设备无设计寿命、存在超标缺陷和超期服役的现象，提出了以剩余寿命为参量的承压设备失效可能性工程计算方法。考虑高人口密度与低应急保障能力，提出了失效后果修正方法2020/4/3020提出可接受风险的“等风险级别原则”国际资深风险评估专家BernardValette：项目工作“……对应予考虑的当地风险管理能力和地方性法规的风险验收准则特别重要。针对各国可接收风险的不确定性，在国际上首次提出了风险评估中确定可接受风险的“等风险级别原则”，使设备检验周期确定与检验策略制订有了合理依据。中等风险以下等风险级别原则中高风险以上在线检验，缩短检验周期2020/4/3021风险矩阵(检验部位、检验什么、检验方法、检验时间)优化检验策略风险排序(失效可能性与失效后果计算)风险识别(失效模式识别)失效(故障)可能性失效(故障)后果失效可能性降低失效后果的控制风险排序优化检维修策略定量计算研制出具有自主知识产权的风险评估专业工具软件基于以上技术成果，研制出具有自主知识产权的风险评估专业工具软件，被国家质检总局唯一认可、并在国内广泛应用。2020/4/3022国家技术标准：首次研制出风险评估系列国家标准GB/T26610.1~5《承压设备系统基于风险的检验实施导则》，为全行业开展风险评估提供了科学规范的方法指南。GB/T26610.1-2011第1部分：基本要求和实施程序GB/T26610.2-2014第2部分：基于风险的检验策略GB/T26610.3-2014第3部分：风险的定性分析方法GB/T26610.4-2014第4部分：失效可能性定量分析方法GB/T26610.5-2014第5部分：失效后果定量评价方法2020/4/3023目前合肥通用院和中国特检院等机构已完成各类石化装置RBI评估近二千套装置类型覆盖全部典型炼油和化工装置以及部分煤化工装置装置类型：炼油：常减压、焦化、催化、制氢、加氢、重整、硫磺回收等化工：乙烯、乙二醇、苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁二烯、橡胶等化肥：合成氨、尿素等煤化工：气化、甲醇、煤制油等年完成装置数(GMRI)RBI应用情况2020/4/3024通过工程风险分析，预先全面了解失效模式与失效机理，使检验维修与安全保障更具有针对性图示为青岛炼化主要装置中静设备与管道的损伤机理分布情况案例。通过RBI可以很方便地预知装置中可能出现的问题，使检验与失效预防目标明确，有的放矢。实施效果050100150200250300350400450500常减压焦化催化裂化加氢处理2020/4/3025通过风险排序，突出设备管理重点，提高装置安全性2013年福建联合石化24套装置静设备风险分布情况统计。通过RBI分析了解生产装置的总体风险水平，所有承压设备都有风险排序，突出设备管理重点。将风险控制在可接受范围内2020/4/3026制订合理的检验与保障策略，提高经济性36%64%检验周期4年检验周期8年66%22%12%宏观检查、测厚MT/PTUT/RT青岛炼化常减压装置60%以上的设备检验周期延长至8年020406080100120140160180常减压催化焦化MTBE聚丙烯加氢处理柴油加氢煤油加氢重整制氢2015年检验费用(万元）2011年检验费用(万元）10套装置设备两次检验费用比较根据风险演化规律合理确定检验时间通过风险评价改变了传统检验方法、检验周期的盲目性，使得一些有高风险的设备缩短了检验周期，而一些失效可能性小、风险低的设备适当延长了检验周期。2020/4/3027排除安全隐患碱洗罐内部的碱应力腐蚀开裂工艺管线的连多硫酸应力腐蚀开裂C-0.5Mo钢的氢腐蚀问题气瓶在CO-CO2-H2O环境的应力腐蚀开裂通过RBI已发现了一些风险高、失效可能性大、必须立即排除的隐患，如发现材质为A-106B的管道不宜作为抗氢钢使用，建议管线立即更换。2020/4/3028实施效益解决了因装置大型化、服役条件极端化及长周期运行带来的突出问题。装置安全性提高，实现长周期安全运行(炼油装置3~4年、乙烯装置4~6年);节约15%~30%的检维修费用，受到中石油、中石化的欢迎。石化装置长周期运行进程目前国内炼油装置运行周期2020/4/3029原先的问题政府认可先天缺陷在线检验基本已经解决企业RBI人才匮乏评估机构与检验机构的责任区分风险计算的宽严问题检验周期软件适应国情引进与本土化可接受风险目前存