專利名稱：一種常減壓設(shè)備中操作完整性平臺(tái)建立的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力容器設(shè)備安全性檢測(cè)領(lǐng)域，特別是保證壓力容器安全運(yùn)行的常減壓設(shè)備(即常減壓裝置)操作完整性平臺(tái)建立的方法。
背景技術(shù)：
設(shè)備運(yùn)行時(shí)操作條件和工藝參數(shù)的初始設(shè)置也許并不會(huì)將設(shè)備可能出現(xiàn)的退化機(jī)理統(tǒng)統(tǒng)考慮進(jìn)去；即使所有潛在的退化機(jī)理都已考慮在設(shè)計(jì)和操作條件中，但設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤、結(jié)構(gòu)的缺陷等都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)失效，因此操作條件和工藝參數(shù)需要及時(shí)改變；而這些條件和參數(shù)未能及時(shí)變化有可能引起設(shè)備使用壽命的減少，甚至?xí)?dǎo)致故障的發(fā)生。在石化操作環(huán)境中，僅僅根據(jù)之前設(shè)備的檢驗(yàn)記錄和已知的設(shè)備條件來(lái)布置檢驗(yàn)計(jì)劃是不夠的。為了建立和維護(hù)一個(gè)能最高概率檢測(cè)出潛在設(shè)備劣化的檢驗(yàn)程序，需要對(duì)操作過(guò)程，工藝條件和所產(chǎn)生的損傷機(jī)理有基本的認(rèn)識(shí)。操作完整性平臺(tái)正是需要對(duì)設(shè)備的操作數(shù)據(jù)，工藝條件和存在或潛在的損傷機(jī)理有全面的掌握并進(jìn)行分析來(lái)確定操作參數(shù)以及工藝條件的變化范圍，從而起到防止設(shè)備提前發(fā)生劣化，設(shè)備突然發(fā)生破裂以及造成裝置非計(jì)劃停車(chē)事故，確保設(shè)備長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的作用。操作完整性平臺(tái)(Integrity Operating Windows,簡(jiǎn)稱10W)是設(shè)備完整性管理運(yùn)行操作層面中的重要組成部分，操作完整性平臺(tái)通過(guò)預(yù)先設(shè)定并建立操作條件、工藝參數(shù)，將這些操作條件和工藝參數(shù)嚴(yán)格控制在界定的范圍之內(nèi)，使得其能保證壓力容器安全運(yùn)行。一旦有主要影響因素超過(guò)設(shè)定的變化范圍時(shí)，操作完整性平臺(tái)就會(huì)發(fā)生警報(bào)，提示操作或是管理人員操作條件或工藝參數(shù)已越界，提醒他們及時(shí)采取措施。由于原油劣質(zhì)化的情況越發(fā)的嚴(yán)重，所以加工原油中常常會(huì)含有高硫高酸。造成硫化物以及環(huán)烷酸 的腐蝕現(xiàn)象不斷增加。因此，如何進(jìn)行高溫環(huán)烷酸和硫化物的腐蝕防護(hù)，已是目前石油煉制過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。建立常減壓設(shè)備的操作完整性平臺(tái)，根據(jù)工藝條件、操作參數(shù)、設(shè)備的材質(zhì)和設(shè)備的損傷機(jī)理進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)從設(shè)備操作期間獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算，預(yù)測(cè)設(shè)備的劣化風(fēng)險(xiǎn)，在操作平臺(tái)上設(shè)置參數(shù)邊界，使操作與管理人員引起警惕，減緩設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)，確保裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種常減壓設(shè)備中操作完整性平臺(tái)建立的方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了本發(fā)明公開(kāi)了一種常減壓設(shè)備中操作完整性平臺(tái)建立的方法，包括以下幾個(gè)步驟:(I)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)收集設(shè)備的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、材料的性能數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的工藝數(shù)據(jù)；其中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包括設(shè)備的筒體內(nèi)徑D，筒體壁厚t。；設(shè)備的材料性能數(shù)據(jù)包括材料的屈服強(qiáng)度Qs，材料的抗拉強(qiáng)度ob;操作數(shù)據(jù)包括設(shè)備的操作溫度T，操作壓力P;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的工藝數(shù)據(jù)包括總酸值TAN和硫含量S。在常減壓設(shè)備中，塔體中的介質(zhì)為高硫高酸原油，因此主要的腐蝕機(jī)理為高溫硫化物腐蝕和環(huán)烷酸腐蝕。在常減壓設(shè)備中，高溫硫化物腐蝕和環(huán)烷酸腐蝕的主要影響因素是總酸值TAN和硫含量S。(2)建立約束方程，定總酸值TAN和硫含量S的三層操作邊界；總酸值TAN指常減壓設(shè)備工作時(shí)中和Ig工作物料所需氫氧化鉀的毫克值，硫含量S為常減壓設(shè)備工作時(shí)物料中硫元素按重量百分比的硫含量Wt% ；(3)實(shí)時(shí)監(jiān)控步驟(I)中的設(shè)備的總酸值TAN和硫含量S，一旦總酸值TAN和硫含量S超過(guò)步驟(2)中的三層操作邊界，即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備報(bào)警。本發(fā)明步驟(2)中的操作邊界確定方法如下:根據(jù)失效可能性F范圍值的劃分(根據(jù)美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《API5812008》和《API584》以及挪威DNV公司Orbit軟件中的《ORBIT help文檔》都可以查得，見(jiàn)表1)，將操作邊界對(duì)應(yīng)分為三層曲線，三層邊界值的失效可能性范圍如表1:第一層:目標(biāo)值曲線，總酸值TAN和硫含量S在目標(biāo)值曲線的范圍內(nèi)，即設(shè)備的失效可能性等級(jí)不超過(guò)2級(jí)，能保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性，失效可能性F范圍為0.000011
0.0001。第二層:標(biāo)準(zhǔn)水平值曲線，總酸值TAN和硫含量S在目標(biāo)值曲線和標(biāo)準(zhǔn)水平值曲線范圍內(nèi)，即設(shè)備的失效可能性等級(jí)不超過(guò)3級(jí)，失效可能性F范圍為0.000101 0.001 ;總酸值TAN和硫含量S在標(biāo)準(zhǔn)水平值曲線范圍內(nèi)超過(guò)一定時(shí)間，會(huì)對(duì)長(zhǎng)周期運(yùn)行的設(shè)備造成不良影響，且會(huì)降低設(shè)備的使用壽命。第三層:臨界值曲線，總酸值TAN和硫含量S在標(biāo)準(zhǔn)水平值曲線和臨界值曲線范圍內(nèi)，即設(shè)備的失效可能性等級(jí)不 超過(guò)4級(jí)，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備快速失效，失效可能性F范圍
0.001001 0.01。其中失效可能性F采用如下公式計(jì)算:F=FgXFeXFm,其中，F(xiàn)e為同類設(shè)備平均失效概率，F(xiàn)e為設(shè)備修正系數(shù)，F(xiàn)m管理修正系數(shù)。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《API5812008》中查得。表1:三層邊界值對(duì)應(yīng)的失效可能性范圍
權(quán)利要求
1.一種常減壓設(shè)備中操作完整性平臺(tái)建立的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)收集設(shè)備的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、材料的性能數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的工藝數(shù)據(jù)；其中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包括設(shè)備的筒體內(nèi)徑D，筒體壁厚t。；設(shè)備的材料性能數(shù)據(jù)包括材料的屈服強(qiáng)度Qs，材料的抗拉強(qiáng)度ob;操作數(shù)據(jù)包括設(shè)備的操作溫度T，操作壓力P;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的工藝數(shù)據(jù)包括總酸值TAN和硫含量S ； (2)建立約束方程，確定總酸值TAN和硫含量S的三層操作邊界；總酸值TAN指常減壓設(shè)備工作時(shí)中和Ig工作物料所需氫氧化鉀的毫克值，硫含量S為常減壓設(shè)備工作時(shí)物料中硫元素按重量百分比的硫含量； (3)實(shí)時(shí)監(jiān)控步驟(I)中的總酸值TAN和硫含量S，一旦總酸值TAN和硫含量S超過(guò)步驟(2)中的三層操作邊界，即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備報(bào)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種常減壓設(shè)備中操作完整性平臺(tái)建立的方法，其特征在于，步驟(2)中根據(jù)失效可能性F確定操作邊界: 根據(jù)失效可能性F范圍值的劃分，將操作邊界對(duì)應(yīng)分為三層曲線: 第一層:目標(biāo)值曲線，總酸值TAN和硫含量S在目標(biāo)值曲線的范圍內(nèi)，即設(shè)備的失效可能性等級(jí)不超過(guò)2級(jí)，失效可能性F范圍為0.000011 0.0001 ； 第二層:標(biāo)準(zhǔn)水平值曲線，總酸值TAN和硫含量S在目標(biāo)值曲線和標(biāo)準(zhǔn)水平值曲線范圍內(nèi)，即設(shè)備的失效可能性等級(jí)不超過(guò)3級(jí)，失效可能性F范圍為0.000101 0.001 ; 第三層:臨界值曲線，總酸值TAN和硫含量S在標(biāo)準(zhǔn)水平值曲線和臨界值曲線范圍內(nèi)，即設(shè)備的失效可能性等級(jí)不超過(guò) 4級(jí)，失效可能性F范圍0.001001 0.01 ; 其中失效可能性F采用如下公式計(jì)算:F=FgXFeXFm, 其中，F(xiàn)e為同類設(shè)備平均失效概率，F(xiàn)e為設(shè)備修正系數(shù)，F(xiàn)m管理修正系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種常減壓設(shè)備中操作完整性平臺(tái)建立的方法，其特征在于，步驟(2)中根據(jù)以下步驟計(jì)算總酸值TAN和硫含量S的操作邊界，建立約束方程: (a)建立極限狀態(tài)函數(shù)Ι=+OO, 其中，P表示設(shè)備操作壓力，D表示設(shè)備筒體內(nèi)徑，t。表示設(shè)備的筒體壁厚，σ,表示設(shè)備的流變應(yīng)力，V,6表示設(shè)備的腐蝕速率，a表示設(shè)備使用年度時(shí)間； (b)計(jì)算設(shè)備的極限狀態(tài)函數(shù)均值yy; (C)計(jì)算設(shè)備的極限狀態(tài)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差Oy; (d)根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠度的一次二階矩法，確定設(shè)備的可靠度β，可靠度β采用如下公式計(jì)算:P 一 ^ *cry (e)采用如下公式計(jì)算設(shè)備的失效概率Pf:r n I f -β (―) j rf = t...............1 e ^ J ^2πJ.".(f)計(jì)算在該失效模式下的設(shè)備總的失效概率P(A)； (g)根據(jù)以下公式計(jì)算設(shè)備修正系數(shù)Fe: Fe=P (A)/Fc, Fc表示累計(jì)通用失效可能性； (h)確定設(shè)備總的腐蝕速率V,: V總=V環(huán)烷酸+V硫+V環(huán)烷酸_硫， 其中，Viwag表示設(shè)備在單純環(huán)烷酸環(huán)境下的腐蝕速率，Vs表示設(shè)備在單純硫環(huán)境下的腐蝕速率，ViwaSiS設(shè)備在環(huán)烷酸在硫抑制作用下的腐蝕速率； 設(shè)備在單純環(huán)烷酸環(huán)境下的腐蝕速率Viwag的計(jì)算公式如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種常減壓設(shè)備中操作完整性平臺(tái)建立的方法，其特征在于，采用以下公式計(jì)算設(shè)備的極限狀態(tài)函數(shù)均值Uy:
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種常減壓設(shè)備中操作完整性平臺(tái)建立的方法，其特征在于，根據(jù)以下公式計(jì)算設(shè)備的極限狀態(tài)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差oy，
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種常減壓設(shè)備中操作完整性平臺(tái)建立的方法，包括以下步驟(1)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)收集設(shè)備的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、材料的性能數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的工藝數(shù)據(jù)；其中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包括設(shè)備的筒體內(nèi)徑D，筒體壁厚to；材料的性能數(shù)據(jù)包括材料的屈服強(qiáng)度σs，材料的抗拉強(qiáng)度σb；操作數(shù)據(jù)包括設(shè)備的操作溫度T，操作壓力P；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的工藝數(shù)據(jù)包括總酸值TAN和硫含量S；(2)建立約束方程，確定設(shè)備的總酸值TAN和硫含量S的三層操作邊界；(3)實(shí)時(shí)監(jiān)控步驟(1)中的總酸值TAN和硫含量S，一旦總酸值TAN和硫含量S超過(guò)步驟(2)中的三層操作邊界，即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備報(bào)警。
文檔編號(hào)G05B19/418GK103246273SQ20131018657
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月17日
發(fā)明者趙建平, 肖凌桀 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)