风险评估技术在我国的应用进展

２００９年远东无损检测论坛论文精选２００９年第３１卷第１２期　风险评估技术在我国的应用进展刘富君，孔　帅，胡东明，郭小联（浙江省特种设备检验研究院，杭州　３１００２０）摘　要：基于风险的检验（ＲＢＩ）技术是在追求特种设备安全性与经济性相统一的基础上建立起来的一种优化检验方案的方法，自２００３年开始逐渐在我国得到应用和推广。综述了ＲＢＩ技术在我国的应用进展，介绍了ＲＢＩ技术的原理及其在石油化工、电力、船舶行业和海上石油平台系统中的实施情况，重点对该技术在我国应用时遇到的问题，特别是相应软件的国产化问题、国家法规的支持等进行了详细探讨，指出了ＲＢＩ技术在我国仍存在的空白点和应用前景。关键词：特种设备；ＲＢＩ技术；检验；国产化　　中图分类号：ＴＧ１１５．２８　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１０００６６５６（２００９）１２０９５３０６犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀犪狀犱犇犲狏犲犾狅狆犿犲狀狋狅犳犚犻狊犽犅犪狊犲犱犐狀狊狆犲犮狋犻狅狀犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔犻狀犆犺犻狀犪犔犐犝犉狌犑狌狀，犓犗犖犌犛犺狌犪犻，犎犝犇狅狀犵犕犻狀犵，犌犝犗犡犻犪狅犔犻犪狀（ＺｈｅｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２０，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｒｉｓｋｂａｓｅｄｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ（ＲＢＩ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｏｎｔｈｅｐｕｒｓｕｉｔｏｆｔｈｅｕｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓａｆｅｔｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｙｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｓｉｎｃｅ２００３，ＲＢＩｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎｇｒａｄｕａｌｌｙｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｎｄｐｒｏｍｏｔｅｄｉｎＣｈｉｎａ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＲＢＩｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＲＢＩｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｉｔｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｎｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒ，ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｏｆｆｓｈｏｒｅｏｉｌｐｌａｔｆｏｒｍｓｙｓｔｅｍｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄｉｔｓｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅＲＢＩｓｏｆｔｗａｒｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｂｙｎａｔｉｏｎａｌｌａｗｓａｎｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｉｔｗａｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｗｅｒｅｍａｎｙｆｉｅｌｄｓｉｎｗｈｉｃｈＲＢＩｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｎｏｔｙｅｔａｐｐｌｉｅｄａｓｗｅｌｌａｓｉｔｈａｄａｇｏｏｄｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎＣｈｉｎａ．犓犲狔狑狅狉犱狊：Ｓｐｅｃｉａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ＲＢＩｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ；Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　　ＲＢＩ技术（即基于风险的检验技术）是近年来迅速发展起来的设备完整性管理技术，它是基于设备检验技术、失效分析技术、材料损伤机理研究、设备安全评定和计算机软件技术的设备检验方法。ＲＢＩ技术区别于传统的理化检验技术，它对所有的设备进行风险评价得到风险分布，并在此基础上制定科学的检验策略，对高风险设备进行重点检验，可以达到在保证设备安全运行的基础上显著降低检验成本的目的。ＲＢＩ技术的一个核心概念及评价标准是风险。风险管理科学起源于能源行业。２０世纪７０年代，收稿日期：２００９０８０１作者简介：刘富君（１９７６－），男，博士，高级工程师，主要从事压力容器及压力管道方面设计理论、结构强度、安全监控、数值模拟、风险评估及无损检测等方面的研究。核工业为了确定检修的优先顺序和做出基于风险的决策，发展了概率风险分析技术，用来处理那些低概率高后果的极端事件［１］。在石油化工领域，ＲＢＩ技术最早由挪威船级社（ＤＮＶ）用在海洋平台上，并开发了相应的ＲＢＩ软件［２］。２０世纪９０年代初，美国一些大型石油化工公司为节省成本，委托美国石油协会（ＡＰＩ）邀请挪威船级社将ＲＢＩ技术由海洋平台移植到石油化工设备检验中来，并迅速得到信任与认可，在很多国外公司及设备上得到成功应用［３－４］。美国ＡＰＩ为了更好地完善ＲＢＩ技术，于２０００年发布了ＡＰＩ５８１［５］《基于风险的检验基础资源文件》，并于２００２年颁布了ＲＢＩ标准ＡＰＩＲＰ５８０［６］，２００８年又公布了ＡＰＩ５８１的更新版本，很多其它国家也都已开始编制ＲＢＩ草案或开始ＲＢＩ研究。可见，ＲＢＩ技术是国际上设备维护和检验管理的未来３５９刘富君等：风险评估技术在我国的应用进展　　２００９年第３１卷第１２期发展趋势。我国自２００３年开始在石油化工装置中逐步推行和运用ＲＢＩ技术，并得到国家相关部门的支持与认可。２００６年５月１２日，国家质量监督检验检疫总局向各省、自治区、直辖市质量技术监督局发布《关于开展基于风险的检验（ＲＢＩ）技术试点应用工作的通知》（国质检特［２００６］１９８号）［７］，明确说明基于风险的检验技术是在追求特种设备安全性与经济性统一的基础上建立的一种优化检验方案的方法，并于特种设备检验检测领域进行试点。一些高校和科研院所，包括华东理工大学、南京化工大学、合肥通用机械研究院、中国石化青岛安全工程研究院及中国特种设备检测研究院等纷纷开展ＲＢＩ技术在国内的应用研究［３，８－１１］。１　犚犅犐技术的原理ＲＢＩ技术是基于风险的资产管理（ＲＢＡＭ）技术内容的一部分，ＲＢＡＭ技术还包括以可靠性为中心的维护（ＲＣＭ）技术和安全连锁系统安全评价（ＳＩＬ）技术。就目前我国应用ＲＢＩ技术最广泛的石化行业来看，静设备推行ＲＢＩ技术，动设备推行ＲＣＭ技术，仪表和控制系统推行ＳＩＬ技术，它们之间的关系可以用图１表示。虽然叫法不一，具体实施稍有不同，但它们具有相同的基础和理念———风险，整个ＢＲＡＭ技术体系可以看作石化行业的一个风险工程［１２］。图１　基于风险的资产管理结构图ＲＢＩ技术的核心概念是风险，风险区别于危险。危险是客观存在的潜在损失，而风险是危险发生的概率与危险一旦发生所造成损失的共同组合后果。ＲＢＩ技术的目的是达到目标设备的安全性与经济性的统一，其原理是在对设备进行风险分析的基础上得到风险分布，然后优化检验策略（包括要检查何种缺陷，缺陷最可能存在的位置，能发现缺陷的最佳技术，考虑安全性和经济性的最优检验周期等），达到保证安全和节约成本的目的。风险由两个因素共同作用，具有两维性，可以用如下公式表示：犚＝犘×犈式中犚为风险；犘为失效概率；犈为失效后果。风险的级别可以用风险矩阵图来表示。无论失效后果或失效概率（失效频度）都可以用数字表示，把两组数字按照严重程度的次序分别划分为５个等级。失效概率（失效频度）划分为极高（ｖｅｒｙｈｉｇｈ）、高级（ｈｉｇｈ）、中级（ｍｅｄｉｕｍ）、低级（ｌｏｗ）和极低（ｖｅｒｙｌｏｗ）概率（失效频度），简称特、高、中、低、微５级；失效后果同样也是５级。５个等级分别用Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ和１，２，３，４，５来表示。这样，就可在一个５×５的风险矩阵图上来确定分析对象的风险等级（图２），并根据相应的风险等级采取相应的措施（表１）。图２　ＲＢＩ风险矩阵图表１　犚犅犐风险等级对策等级风险区采取的对策Ⅰ低风险区酌情减少检查保养Ⅱ中风险区应进行定期保养及检验Ⅲ次高风险区进行在线监测和无损检测（缩短检验周期）Ⅳ高风险区重点加强管理，进行整改，彻底消除事故隐患２　犚犅犐技术在我国的应用情况２．１　犚犅犐技术的实施方法ＲＢＩ方法分为定性、半定量和定量三种分析方法。三种分析方法不是对立的，而是相互辅助的，ＲＢＩ技术是三种分析方法的综合运用。定性方法可以用到整厂的大范围情况，用以确定单元或装置的风险等级；在单元或装置内部，则可用半定量的方法来分析；具体到某个设备或管道，应用定量的方法进行计算。定量的ＲＢＩ方法是一种精确的方法，工作量很大，需要对大量数据进行细化分析，其结果可以对所有的设备进行风险排序，目前主要依靠计算机来处理大量的数据和计算，因此一个优秀的ＲＢＩ软件是进行ＲＢＩ技术应用的有利工具。表２列出了３种应用方法的应用范围［１３］。２．２　犚犅犐技术在我国的实施情况目前，ＲＢＩ技术在国际上应用十分广泛，石油化４５９刘富君等：风险评估技术在我国的应用进展２００９年第３１卷第１２期　表２　犚犅犐风险评价方法的应用范围序号评估方法范围评估对象用途１定性整厂单元／装置系统排序２半定量单元／装置装置／设备检测计划３定量装置／设备设备／管道详细检测计划工、电力、船舶、海上石油平台、建筑物和桥梁等诸多行业都有ＲＢＩ技术的应用［１４－２０］。在我国，经过了最近几年的推广与试点，ＲＢＩ技术的方法与理念也逐渐被人们认识和接受。２．２．１　石油化工行业石油化工行业是目前国内应用ＲＢＩ技术最多的行业［２１－２６］，主要应用于静设备。在国家质量监督检验检疫总局指定的十几所试点石化企业中都有或多或少的装置运用了ＲＢＩ技术，且都取得了较好的成果。九江石化合成氨装置［２２］经过英国ＴＷＩ（金属材料焊接技术协会）的ＲＩＳＫＷＩＳＥ风险软件评估，分析了合成氨装置中潜在的失效机理，得到了中高风险设备仅占设备总数量的２０％，明确了高风险设备的集中分布工段和以后的检验重点。抚顺石化聚乙烯装置［２３］ＲＢＩ评定中采用定量的计算方法，结果表明聚乙烯装置整体风险水平较低，在评估范围内的１１５台静设备和５９８条主要工艺管道中，高风险及中高风险设备及管道仅占１３．９％和９．７％，并依此制定了评估范围内的设备与管线检验策略，即以宏观检查和测厚为主，并为制定全面检验和在线检验提供参考。石油化工行业对我国国民经济的发展起着重要的作用，也是检验检测的重点领域，其设备往往处在高温或高压环境下，失效后果严重，风险较大，而且石油化工行业的设备数量巨大。如前所述，一套装置中就含有数百数千设备或管道，因此石油化工行业是ＲＢＩ技术最适宜开展和效用最大的行业。从前面的两个案例可以看出，成套设备中较少的设备占据了较大的风险，装置中绝大多数（近８０％）的设备都处于中低风险状态，对中低风险设备可以制定相应的检验策略来提升效益，比如延长检验周期或者进行在线的外部宏观检验。对企业来说，它们一方面可以节省巨大的检验开支，另一方面可以避免因为检验停车带来的损失。两者叠加，ＲＢＩ技术对企业经济效益提升效果十分明显，同时ＲＢＩ技术也使参与风险评定的设备管理者明确了失效机理及检验重点，有利于企业的设备管理和设备安全运行。推及整个行业，ＲＢＩ技术对保障安全和提升效益的作用是巨大的。２．２．２　电力系统电力系统中，核电行业最早引入风险的概念［２７］，现在已经扩展到火力发电等电网系统。应用于火电厂的风险维修技术主要通过两种方式实现：基于风险的检验（ＲＢＩ）技术和基于风险的维修（ＲＢＭ）技术。其主要实施以下步骤［２８］：系统划分、确定重要部件、评估用数据整理、损伤机理设定、确定风险部件、风险评级、风险管理。廖远东［２９］等人对某电厂水冷壁进行了检验和失效风险评估，首先对４面水冷壁进行宏观检验和金属壁厚测量，然后对水冷壁的化学成分、机械性能和金相进行了分析，采用定性风险分析方法对测量结果进行分析，初步确定了水冷壁的失效风险，又用概率风险评估（ＰＲＡ）极值分析原理进行定量风险分析，结果认为水冷壁已有相当的大的局部失效风险，建议及时更换。目前我国的电厂中２０世纪８０年代引进的一批机组的服役时间已经快达到３０年，许多设备都已需要更换，但也有很多设备还可以继续运行。为了延长电厂设备的使用时间和节省成本，国内许多高校和科研机构开展了针对机组关键部件的剩余寿命预测研究工作，如汽轮机转子的剩余寿命预测。近年来风险检验和风险管理在电力系统中的应用为电厂设备的安全运行提供了另一种保障方案，将来在电力系统中开展风险检验和剩余寿命计算相结合的资产完整性管理方法将是更加有效的。２．２