專(zhuān)利名稱(chēng)：承壓設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中以剩余壽命為表征參量的失效概率評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，更具體地說(shuō)是一種設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中失效概率的評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)(RBI)是在追求系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)的理念基礎(chǔ)上建立起來(lái)的一種優(yōu)化檢驗(yàn)策略的方法，其實(shí)質(zhì)就是對(duì)危險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性與后果進(jìn)行分析與排序，發(fā)現(xiàn)主要問(wèn)題與薄弱環(huán)節(jié)，確保本質(zhì)安全，同時(shí)減少運(yùn)行費(fèi)用。
20世紀(jì)90年代中期后，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家率先將風(fēng)險(xiǎn)分析方法應(yīng)用在石化企業(yè)尤其是煉油廠的承壓設(shè)備檢驗(yàn)與維修中，取得了良好的效果。在21世紀(jì)的前兩年中，美國(guó)石油學(xué)會(huì)先后頒布了APIBRD581與APIRP580兩個(gè)文件，為各國(guó)開(kāi)展石化裝置的RBI工作提供了一個(gè)統(tǒng)一的基礎(chǔ)平臺(tái)。
20世紀(jì)末期，我國(guó)有關(guān)單位引入RBI概念，國(guó)家科技部與中國(guó)石化設(shè)立多項(xiàng)科研項(xiàng)目支持這項(xiàng)工作，一些國(guó)外技術(shù)機(jī)構(gòu)也紛紛與國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)合作開(kāi)展RBI工作。
然而，發(fā)達(dá)國(guó)家的承壓設(shè)備安全狀況至少有兩點(diǎn)與我國(guó)的設(shè)備狀況有較大的差別，其一是先天性缺陷問(wèn)題，其二是嚴(yán)重的超期服役問(wèn)題。
在API581的RBI活動(dòng)中，總是假定壓力容器與工業(yè)管道的設(shè)計(jì)、制造都是符合要求的，因此并不考慮結(jié)構(gòu)與焊縫中的超標(biāo)缺陷問(wèn)題。而在我國(guó)，相當(dāng)一批容器和管道由于歷史的原因，設(shè)計(jì)、制造時(shí)遺留下很多超出設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，加上一些國(guó)產(chǎn)材料的性能不夠穩(wěn)定，使得因先天性缺陷導(dǎo)致的設(shè)備事故屢有發(fā)生，顯然，發(fā)達(dá)國(guó)家提出的RBI技術(shù)平臺(tái)并不能合理地在我國(guó)進(jìn)行應(yīng)用。
發(fā)達(dá)國(guó)家承壓設(shè)備一般有“設(shè)計(jì)壽命”的概念，當(dāng)設(shè)備達(dá)到設(shè)計(jì)壽命后，大多不再繼續(xù)使用，而我國(guó)的承壓設(shè)備本身沒(méi)有“設(shè)計(jì)壽命”的概念，通常是盡可能延長(zhǎng)其使用時(shí)間，使用期長(zhǎng)達(dá)五六十年時(shí)間的設(shè)備尚有一定數(shù)量存在。顯然，實(shí)施RBI時(shí)，處于嚴(yán)重超期服役狀態(tài)的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)必須得到調(diào)整修正。
在RPI分析中，失效概率的分析計(jì)算至關(guān)重要，API581中計(jì)算失效概率的壽命控制是以設(shè)計(jì)壽命為參量的，而我國(guó)承壓系統(tǒng)的上述特點(diǎn)使得已有的API581風(fēng)險(xiǎn)分析中的失效概率的分析計(jì)算并不安全，API581對(duì)設(shè)計(jì)壽命內(nèi)的腐蝕減薄、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、材料性能變化與環(huán)境失效、機(jī)械失效都作了考慮，但對(duì)于含有大量原始超標(biāo)缺陷和超過(guò)設(shè)計(jì)壽命情況下，除了腐蝕減薄計(jì)算失效概率尚有數(shù)據(jù)，其它情況并無(wú)依據(jù)，只是發(fā)達(dá)國(guó)家一般很少發(fā)生長(zhǎng)期超期服役及帶有大量超標(biāo)缺陷運(yùn)行情況，其影響無(wú)足輕重。
我國(guó)的承壓設(shè)備一般沒(méi)有給出設(shè)計(jì)壽命，對(duì)于常溫、無(wú)特殊介質(zhì)、無(wú)疲勞工況下，若不考慮減薄機(jī)制對(duì)壽命的影響，其實(shí)際使用壽命可能很長(zhǎng)，只要超標(biāo)缺陷滿(mǎn)足完整性評(píng)估要求，假定設(shè)計(jì)容器引用API581的失效概率計(jì)算是適宜的，即使缺陷較大，適當(dāng)調(diào)整失效概率即可。然而，當(dāng)處于高溫、特殊介質(zhì)、疲勞等環(huán)境下，如果沒(méi)有設(shè)計(jì)壽命概念，盲目地假定設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行分析，在超標(biāo)服役與大量超標(biāo)缺陷條件下，失效概率的分析可能偏于危險(xiǎn)，如長(zhǎng)期超期服役下缺陷部位的蠕變起始條件會(huì)降低，長(zhǎng)期高溫臨氫設(shè)備的回火脆化程度加大等等。
綜上，已有技術(shù)中以設(shè)計(jì)壽命為參量，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中進(jìn)行失效概率的測(cè)算存在有諸多不合理性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種承壓設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中以剩余壽命為表征參量的失效概率計(jì)算方法，使得對(duì)于存在有超標(biāo)缺陷和長(zhǎng)期超期服役的設(shè)備能夠更為合理地評(píng)價(jià)失效概率。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明方法的特點(diǎn)是采用剩余壽命取代設(shè)計(jì)壽命作為參量，修正RBI評(píng)估中失效概率。所述失效概率的測(cè)算方法為F＝FG×FE×FM×FL式中，F(xiàn)G為同類(lèi)設(shè)備平均失效概率；FE為設(shè)備修正系數(shù)；FM為管理修正系數(shù)；FL為剩余壽命修正系數(shù)；所述FL的確定方法A對(duì)于常溫、非疲勞及非特殊腐蝕環(huán)境下FL的確定按如下步驟進(jìn)行第一步根據(jù)壓力容器或工業(yè)管道最近一次全面檢驗(yàn)的定級(jí)結(jié)論確定其安全狀況等級(jí)；第二步對(duì)于安全狀況等級(jí)為1級(jí)、或2級(jí)、或3級(jí)的壓力容器，以及對(duì)于安全狀況等級(jí)為1級(jí)或2級(jí)的工業(yè)管道，F(xiàn)L取值為1；對(duì)于含超標(biāo)缺陷的4級(jí)或5級(jí)壓力容器，以及3級(jí)、或4級(jí)工業(yè)管道，在經(jīng)規(guī)范評(píng)定合格時(shí)，F(xiàn)L取值為1.5；如果經(jīng)規(guī)范評(píng)定不合格則FL取值為500；對(duì)于高溫、疲勞、特殊介質(zhì)作用環(huán)境下FL的確定按如下步驟進(jìn)行第一步根據(jù)壓力容器或工業(yè)管道的使用環(huán)境進(jìn)行分類(lèi)，包括環(huán)境1類(lèi)常溫疲勞、常溫疲勞+腐蝕、常溫應(yīng)力腐蝕介質(zhì)環(huán)境；環(huán)境2類(lèi)高溫蠕變、高溫疲勞、高溫材質(zhì)退化；環(huán)境3類(lèi)高溫+介質(zhì)腐蝕；
第二步根據(jù)規(guī)范估算剩余壽命，以所述剩余壽命除以壓力容器或工業(yè)管道壽命估算時(shí)開(kāi)始將連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間得出B值；第二步根據(jù)規(guī)范估算剩余壽命，以所述剩余壽命除以壓力容器或工業(yè)管道壽命估算時(shí)開(kāi)始將連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間得出B值；所述規(guī)范為CVDA-1984《壓力容器缺陷評(píng)定規(guī)范》或GB/T19624-2004《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》以及國(guó)外API 579等。
第三步根據(jù)B值確定FL值環(huán)境1類(lèi)B值小于等于0.5，F(xiàn)L取值為1；B值大于0.5，小于等于0.8，F(xiàn)L取值為5；B值大于0.8，小于等于1，F(xiàn)L取值為10；B值大于1，F(xiàn)L取值為50；環(huán)境2類(lèi)B值小于等于0.5，F(xiàn)L取值為1；B值大于0.5，小于等于0.8，F(xiàn)L取值為5；B值大于0.8，小于等于1，F(xiàn)L取值為50；B值大于1，F(xiàn)L取值為500；環(huán)境3類(lèi)B值小于等于0.5，F(xiàn)L取值為1；B值大于0.5，小于等于0.8，F(xiàn)L取值為5；B值大于0.8，小于等于1，F(xiàn)L取值為20；B值大于1，F(xiàn)L取值為100。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明提出的以剩余壽命為參量的失效概率計(jì)算方法使我國(guó)石化裝置部分“超期服役”與“嚴(yán)重超標(biāo)缺陷”狀態(tài)下壓力容器和工業(yè)管道的失效概率的計(jì)算更為準(zhǔn)確。壓力容器或工業(yè)管道的失效概率高低主要由到評(píng)估周期結(jié)束時(shí)設(shè)備狀態(tài)接近其“終了壽命”的程度所決定，越接近壽命終了期失效概率越高。目前壓力容器或工業(yè)管道所采用的“設(shè)計(jì)壽命”概念缺乏充分的科學(xué)依據(jù)及準(zhǔn)確的工程意義，而“剩余壽命”概念則具有較準(zhǔn)確的壽命含意，因此用“剩余壽命”取代“設(shè)計(jì)壽命”作為RBI工作中進(jìn)行失效概率分析的壽命依據(jù)將使分析結(jié)果更符合壓力容器或工業(yè)管道的實(shí)際失效狀態(tài)。該發(fā)明是對(duì)RBI技術(shù)一項(xiàng)重要改進(jìn)，將有利于促進(jìn)RBI技術(shù)在國(guó)際上的應(yīng)用。
以下通過(guò)具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明方法作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
采用剩余壽命取代設(shè)計(jì)壽命作為參量，修正RBI評(píng)估中失效概率。
失效概率的測(cè)算方法為F＝FG×FE×FM×FL式中，F(xiàn)G為同類(lèi)設(shè)備平均失效概率，由API581查表提供；FE為設(shè)備修正系數(shù)，按API581計(jì)算可得；FM為管理修正系數(shù)，按API581評(píng)估計(jì)算得出；FL為剩余壽命修正系數(shù)；失效概率等級(jí)劃分見(jiàn)下表失效概率等級(jí)劃分

關(guān)于FL的確定方法分為兩種情況第一種情況對(duì)于常溫、非疲勞及非特殊腐蝕環(huán)境下FL的確定按如下步驟進(jìn)行第一步根據(jù)壓力容器或工業(yè)管道最近一次全面檢驗(yàn)的定級(jí)結(jié)論確定其安全狀況等級(jí)。
根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》和《在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，對(duì)在用壓力容器和工業(yè)管道必須每隔一定時(shí)間間隔(一般為1～6年)進(jìn)行一次全面檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果確定容器或管道的安全狀況等級(jí)和下次檢驗(yàn)時(shí)間(即檢驗(yàn)周期)。
一臺(tái)在用壓力容器或一條工業(yè)管道根據(jù)服役年限的長(zhǎng)短可能進(jìn)行過(guò)多次全面檢驗(yàn)，“最近一次”即指壓力容器或工業(yè)管道的RBI評(píng)估前的最后一次全面檢驗(yàn)。
壓力容器的安全狀況等級(jí)均分為1～5級(jí)，1級(jí)安全狀況最好，5級(jí)最差。定級(jí)方法按《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》第五章進(jìn)行。工業(yè)管道的安全狀況等級(jí)均分為1～4級(jí)，1級(jí)安全狀況最好，4級(jí)最差。定級(jí)方法按《在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程》第五章和附件一進(jìn)行。第二步對(duì)于安全狀況等級(jí)1級(jí)、或2級(jí)和或3級(jí)的壓力容器，以及對(duì)于安全狀況等級(jí)為1級(jí)、或2級(jí)的工業(yè)管道，F(xiàn)L取值為1；對(duì)于含超標(biāo)缺陷的4級(jí)、或5級(jí)壓力容器，以及3級(jí)或4級(jí)工業(yè)管道，在經(jīng)規(guī)范評(píng)定合格時(shí)，F(xiàn)L取值為1.5；如果經(jīng)規(guī)范評(píng)定不合格則FL取值為500；壓力容器或工業(yè)管道的缺陷可用各種無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行探測(cè)，缺陷檢測(cè)和“超標(biāo)缺陷”判定按JB 4730《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》進(jìn)行。
根據(jù)《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》和《在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程》中的定級(jí)有關(guān)規(guī)定，“含超標(biāo)缺陷”的壓力容器安全狀況等級(jí)只能定為“4級(jí)”或“5級(jí)”，工業(yè)管道只能定為“3級(jí)”或“4級(jí)”。
第二種情況對(duì)于高溫、疲勞、特殊介質(zhì)作用環(huán)境下FL的確定按如下步驟進(jìn)行第一步根據(jù)壓力容器或工業(yè)管道的使用環(huán)境進(jìn)行分類(lèi)，包括環(huán)境1類(lèi)常溫疲勞、常溫疲勞+腐蝕、常溫應(yīng)力腐蝕介質(zhì)環(huán)境；環(huán)境2類(lèi)高溫蠕變、高溫疲勞、高溫材質(zhì)退化；環(huán)境3類(lèi)高溫+介質(zhì)腐蝕；第二步根據(jù)規(guī)范估算剩余壽命，以所述剩余壽命除以壓力容器或工業(yè)管道壽命估算時(shí)開(kāi)始將連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間得出B值；第三步根據(jù)B值確定FL值環(huán)境1類(lèi)B值小于等于0.5，F(xiàn)L取值為1；B值大于0.5，小于等于0.8，F(xiàn)L取值為5；B值大于0.8，小于等于1，F(xiàn)L取值為10；B值大于1，F(xiàn)L取值為50；環(huán)境2類(lèi)B值小于等于0.5，F(xiàn)L取值為1；B值大于0.5，小于等于0.8，F(xiàn)L取值為5；B值大于0.8，小于等于1，F(xiàn)L取值為50；B值大于1，F(xiàn)L取值為500；環(huán)境3類(lèi)B值小于等于0.5，F(xiàn)L取值為1；B值大于0.5，小于等于0.8，F(xiàn)L取值為5；B值大于0.8，小于等于1，F(xiàn)L取值為20；B值大于1，F(xiàn)L取值為100。
實(shí)際應(yīng)用如下例一2004年，在對(duì)中石油某企業(yè)進(jìn)行RBI工作時(shí)，其中加氫裂化裝置中有包括加氫反應(yīng)器在內(nèi)的部分2.25Cr-1Mo鋼制高溫臨氫設(shè)備是從國(guó)外買(mǎi)回的舊設(shè)備。由于2.25Cr-1Mo鋼在高溫臨氫環(huán)境下長(zhǎng)期服役會(huì)發(fā)生由回火脆化引起的材質(zhì)劣化現(xiàn)象，其剩余壽命將由材質(zhì)劣化程度所決定。在對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行失效概率分析時(shí)，采用本發(fā)明方法，具體實(shí)施如下
1、設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境屬“環(huán)境2類(lèi)”2、通過(guò)綜合壽命估算確定這些設(shè)備的剩余壽命為5年；3、到評(píng)估周期結(jié)束時(shí)將運(yùn)行時(shí)間為4年；4、B值為0.8，由此FL取值為5；5、原計(jì)算失效概率F＝FG×FE×FM＝4.7×10-4，失效概率等級(jí)為“3”；7、FL系數(shù)修正后F＝FG×FE×FM×FL＝4.7×10-4×5＝2.35×10-3，失效概率等級(jí)為“4”。
例二2003年，在對(duì)中石化某企業(yè)進(jìn)行RBI工作時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中加氫裂化裝置中有一條高溫臨氫管道使用了0.5Mo鋼。由于0.5Mo鋼在高溫臨氫環(huán)境下長(zhǎng)期服役會(huì)發(fā)生由高溫氫腐蝕引起的材質(zhì)劣化現(xiàn)象，其剩余壽命將由材質(zhì)劣化程度所決定。在對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行失效概率分析時(shí)，采用了本發(fā)明方法，具體實(shí)施方法如下1、該工業(yè)管道的運(yùn)行環(huán)境屬“環(huán)境2類(lèi)”2、通過(guò)壽命估算確定這條工業(yè)管道剩余壽命為2年；3、該工業(yè)管道到評(píng)估周期結(jié)束時(shí)繼續(xù)運(yùn)行2年；4、B值為1.0，由此FL取值為50；6、原計(jì)算失效概率F＝FG×FE×FM＝3.6×10-4，失效概率等級(jí)為“3”；7、FL系數(shù)修正后F＝FG×FE×FM×FL＝3.6×10-4×50＝1.8×10-2，失效概率等級(jí)為“5”。
經(jīng)對(duì)更換下的鋼管進(jìn)行解剖驗(yàn)證，該鋼管確實(shí)已發(fā)生嚴(yán)重的氫腐蝕現(xiàn)象，隨時(shí)有可能發(fā)生失效。如果不進(jìn)行以剩余壽命為參量的失效概率修正，其失效概率等級(jí)僅為“3”屬正常水平，則不能發(fā)現(xiàn)該隱患。
權(quán)利要求
1.承壓設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中以剩余壽命為表征參量的失效概率評(píng)價(jià)方法，其特征是采用剩余壽命取代設(shè)計(jì)壽命作為參量，修正RBI評(píng)估中失效概率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述失效概率的測(cè)算方法為F＝FG×FE×FM×FL式中，F(xiàn)G為同類(lèi)設(shè)備平均失效概率；FE為設(shè)備修正系數(shù)；FM為管理修正系數(shù)；FL為剩余壽命修正系數(shù)；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述剩余壽命修正系數(shù)FL的確定方法對(duì)于常溫、非疲勞及非特殊腐蝕環(huán)境下FL的確定按如下步驟進(jìn)行第一步根據(jù)壓力容器或工業(yè)管道最近一次全面檢驗(yàn)的定級(jí)結(jié)論確定其安全狀況等級(jí)；第二步對(duì)于安全狀況等級(jí)為1級(jí)、或2級(jí)、或3級(jí)的壓力容器，以及對(duì)于安全狀況等級(jí)為1級(jí)或2級(jí)的工業(yè)管道，F(xiàn)L取值為1；對(duì)于含超標(biāo)缺陷的4級(jí)或5級(jí)壓力容器，以及3級(jí)、或4級(jí)工業(yè)管道，在經(jīng)規(guī)范評(píng)定合格時(shí)，F(xiàn)L取值為1.5；如果經(jīng)規(guī)范評(píng)定不合格則FL取值為500；對(duì)于高溫、疲勞、特殊介質(zhì)作用環(huán)境下FL的確定按如下步驟進(jìn)行第一步根據(jù)壓力容器或工業(yè)管道的使用環(huán)境進(jìn)行分類(lèi)，包括環(huán)境1類(lèi)常溫疲勞、常溫疲勞+腐蝕、常溫應(yīng)力腐蝕介質(zhì)環(huán)境；環(huán)境2類(lèi)高溫蠕變、高溫疲勞、高溫材質(zhì)退化；環(huán)境3類(lèi)高溫+介質(zhì)腐蝕；第二步根據(jù)規(guī)范估算剩余壽命，以所述剩余壽命除以壓力容器或工業(yè)管道壽命估算時(shí)開(kāi)始將連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間得出B值；第三步根據(jù)B值確定FL值環(huán)境1類(lèi)B值小于等于0.5，F(xiàn)L取值為1；B值大于0.5，小于等于0.8，F(xiàn)L取值為5；B值大于0.8，小于等于1，F(xiàn)L取值為10；B值大于1，F(xiàn)L取值為50；環(huán)境2類(lèi)B值小于等于0.5，F(xiàn)L取值為1；B值大于0.5，小于等于0.8，F(xiàn)L取值為5；B值大于0.8，小于等于1，F(xiàn)L取值為50；B值大于1，F(xiàn)L取值為500；環(huán)境3類(lèi)B值小于等于0.5，F(xiàn)L取值為1；B值大于0.5，小于等于0.8，F(xiàn)L取值為5；B值大于0.8，小于等于1，F(xiàn)L取值為20；B值大于1，F(xiàn)L取值為100。
全文摘要
承壓設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中以剩余壽命為表征參量的失效概率評(píng)價(jià)方法，其特征是采用剩余壽命取代設(shè)計(jì)壽命作為參量，修正RBI評(píng)估中失效概率。本發(fā)明方法使得對(duì)于存在有超標(biāo)缺陷和長(zhǎng)期超期服役的設(shè)備能夠更為合理地評(píng)價(jià)失效概率，是對(duì)RBI技術(shù)的改進(jìn)，將有利于促進(jìn)RBI技術(shù)在國(guó)際上的應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01M99/00GK1831509SQ20061003977
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月15日
發(fā)明者陳學(xué)東, 艾志斌, 楊鐵成, 王冰, 關(guān)衛(wèi)和, 顧望平, 陳鋼, 金維亞, 陸興培 申請(qǐng)人:合肥通用機(jī)械研究院