CN100494954C - 承压设备风险评价中以剩余寿命为表征参量的失效概率评价方法 - Google Patents

承压设备风险评价中以剩余寿命为表征参量的失效概率评价方法 Download PDF

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Abstract

承压设备风险评价中以剩余寿命为表征参量的失效概率评价方法，其特征是采用剩余寿命取代设计寿命作为参量，修正RBI评估中失效概率。本发明方法使得对于存在有超标缺陷和长期超期服役的设备能够更为合理地评价失效概率，是对RBI技术的改进，将有利于促进RBI技术在国际上的应用。

Description

承压设备风险评价中以剩余寿命为表征参量的失效概率评价方法
技术领域：
本发明涉及设备风险评价方法，更具体地说是一种设备风险评价中失效概率的评价方法。
背景技术：
基于风险的检测(RBI)是在追求系统安全性与经济性统的理念基础上建立起来的一种优化检验策略的方法，其实质就是对危险事件发生的可能性与后果进行分析与排序，发现主要问题与薄弱环节，确保本质安全，同时减少运行费用。
20世纪90年代中期后，欧美发达国家率先将风险分析方法应用在石化企业尤其是炼油厂的承压设备检验与维修中，取得了良好的效果。在21世纪的前两年中，美国石油学会先后颁布了APIBRD581与APIRP580两个文件，为各国开展石化装置的RBI工作提供了一个统一的基础平台。
20世纪末期，我国有关单位引入RBI概念，国家科技部与中国石化设立多项科研项目支持这项工作，一些国外技术机构也纷纷与国内机构合作开展RBI工作。
然而，发达国家的承压设备安全状况至少有两点与我国的设备状况有较大的差别，其一是先天性缺陷问题，其二是严重的超期服役问题。
在API581的RBI活动中，总是假定压力容器与工业管道的设计、制造都是符合要求的，因此并不考虑结构与焊缝中的超标缺陷问题。而在我国，相当一批容器和管道由于历史的原因，设计、制造时遗留下很多超出设计制造标准的缺陷，加上一些国产材料的性能不够稳定，使得因先天性缺陷导致的设备事故屡有发生，显然，发达国家提出的RBI技术平台并不能合理地在我国进行应用。
发达国家承压设备一般有“设计寿命”的概念，当设备达到设计寿命后，大多不再继续使用，而我国的承压设备本身没有“设计寿命”的概念，通常是尽可能延长其使用时间，使用期长达五六十年时间的设备尚有一定数量存在。显然，实施RBI时，处于严重超期服役状态的设备风险必须得到调整修正。
在RPI分析中，失效概率的分析计算至关重要，API581中计算失效概率的寿命控制是以设计寿命为参量的，而我国承压系统的上述特点使得已有的API581风险分析中的失效概率的分析计算并不安全，API581对设计寿命内的腐蚀减薄、应力腐蚀开裂、材料性能变化与环境失效、机械失效都作了考虑，但对于含有大量原始超标缺陷和超过设计寿命情况下，除了腐蚀减薄计算失效概率尚有数据，其它情况并无依据，只是发达国家一般很少发生长期超期服役及带有大量超标缺陷运行情况，其影响无足轻重。
我国的承压设备一般没有给出设计寿命，对于常温、无特殊介质、无疲劳工况下，若不考虑减薄机制对寿命的影响，其实际使用寿命可能很长，只要超标缺陷满足完整性评估要求，假定设计容器引用API581的失效概率计算是适宜的，即使缺陷较大，适当调整失效概率即可。然而，当处于高温、特殊介质、疲劳等环境下，如果没有设计寿命概念，盲目地假定设计寿命进行分析，在超标服役与大量超标缺陷条件下，失效概率的分析可能偏于危险，如长期超期服役下缺陷部位的蠕变起始条件会降低，长期高温临氢设备的回火脆化程度加大等等。
综上，已有技术中以设计寿命为参量，在风险评价中进行失效概率的测算存在有诸多不合理性。
发明内容：
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种承压设备风险评价中以剩余寿命为表征参量的失效概率计算方法，使得对于存在有超标缺陷和长期超期服役的设备能够更为合理地评价失效概率。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
本发明方法的特点是：采用剩余寿命取代设计寿命作为参量，修正RBI评估中失效概率。所述失效概率的测算方法为：F＝FG×FE×FM×FL
式中，FG为同类设备平均失效概率；FE为设备修正系数；
FM为管理修正系数；              FL为剩余寿命修正系数；
所述FL的确定方法：
A：对于常温、非疲劳及非特殊腐蚀环境下FL的确定按如下步骤进行：
第一步：根据压力容器或工业管道最近一次全面检验的定级结论确定其安全状况等级；
第二步：对于安全状况等级为1级、或2级、或3级的压力容器，以及对于安全状况等级为1级或2级的工业管道，FL取值为1；对于含超标缺陷的4级或5级压力容器，以及3级、或4级工业管道，在经规范评定合格时，FL取值为1.5；如果经规范评定不合格则FL取值为500；
对于高温、疲劳、特殊介质作用环境下FL的确定按如下步骤进行：
第一步：根据压力容器或工业管道的使用环境进行分类，包括：
环境1类：常温疲劳、常温疲劳和腐蚀、常温应力腐蚀介质环境；
环境2类：高温蠕变、高温疲劳、高温材质退化；
环境3类：高温和介质腐蚀；
第二步：根据规范估算剩余寿命，以到评估周期结束时将运行时间除以所述剩余寿命得出B值；
所述规范为CVDA-1984《压力容器缺陷评定规范》或GB/T19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》以及国外API 579等。
第三步：根据B值确定FL值：
环境1类：B值小于等于0.5，FL取值为1；
         B值大于0.5，小于等于0.8，FL取值为5；
         B值大于0.8，小于等于1，FL取值为10；
         B值大于1，FL取值为50；
环境2类：B值小于等于0.5，FL取值为1；
         B值大于0.5，小于等于0.8，FL取值为5；
         B值大于0.8，小于等于1，FL取值为50；
         B值大于1，FL取值为500；
环境3类：B值小于等于0.5，FL取值为1；
         B值大于0.5，小于等于0.8，FL取值为5；
         B值大于0.8，小于等于1，FL取值为20；
         B值大于1，FL取值为100。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明提出的以剩余寿命为参量的失效概率计算方法使我国石化装置部分“超期服役”与“严重超标缺陷”状态下压力容器和工业管道的失效概率的计算更为准确。压力容器或工业管道的失效概率高低主要由到评估周期结束时设备状态接近其“终了寿命”的程度所决定，越接近寿命终了期失效概率越高。目前压力容器或工业管道所采用的“设计寿命”概念缺乏充分的科学依据及准确的工程意义，而“剩余寿命”概念则具有较准确的寿命含意，因此用“剩余寿命”取代“设计寿命”作为RBI工作中进行失效概率分析的寿命依据将使分析结果更符合压力容器或工业管道的实际失效状态。该发明是对RBI技术一项重要改进，将有利于促进RBI技术在国际上的应用。
以下通过具体实施方式对本发明方法作进一步说明。
具体实施方式：
采用剩余寿命取代设计寿命作为参量，修正RBI评估中失效概率。
失效概率的测算方法为：F＝FG×FE×FM×FL
式中，FG为同类设备平均失效概率，由API581查表提供；
      FE为设备修正系数，按API581计算可得；
      FM为管理修正系数，按API581评估计算得出；
      FL为剩余寿命修正系数；
失效概率等级划分见下表：
失效概率等级划分
 
失效概率等级 失效概率F测算值
1 0.000000—0.000010
2 0.000011—0.000100
3 0.000101—0.001000
4 0.001001—0.010000
5 0.010001—10.00000
关于FL的确定方法分为两种情况：
第一种情况：对于常温、非疲劳及非特殊腐蚀环境下FL的确定按如下步骤进行：
第一步：根据压力容器或工业管道最近一次全面检验的定级结论确定其安全状况等级。
根据《压力容器安全技术监察规程》、《压力容器定期检验规则》和《在用工业管道定期检验规程》的规定，对在用压力容器和工业管道必须每隔一定时间间隔(一般为1～6年)进行一次全面检验，根据检验结果确定容器或管道的安全状况等级和下次检验时间(即检验周期)。
一台在用压力容器或一条工业管道根据服役年限的长短可能进行过多次全面检验，“最近一次”即指压力容器或工业管道的RBI评估前的最后一次全面检验。
压力容器的安全状况等级均分为1～5级，1级安全状况最好，5级最差。定级方法按《压力容器定期检验规则》第五章进行。工业管道的安全状况等级均分为1～4级，1级安全状况最好，4级最差。定级方法按《在用工业管道定期检验规程》第五章和附件一进行。
第二步：：对于安全状况等级1级、或2级、或3级的压力容器，以及对于安全状况等级为1级、或2级的工业管道，FL取值为1；对于含超标缺陷的4级、或5级压力容器，以及3级或4级工业管道，在经规范评定合格时，FL取值为1.5；如果经规范评定不合格则FL取值为500；
压力容器或工业管道的缺陷可用各种无损检测方法进行探测，缺陷检测和“超标缺陷”判定按JB 4730《承压设备无损检测》进行。
根据《压力容器定期检验规则》和《在用工业管道定期检验规程》中的定级有关规定，“含超标缺陷”的压力容器安全状况等级只能定为“4级”或“5级”，工业管道只能定为“3级”或“4级”。
第二种情况：对于高温、疲劳、特殊介质作用环境下FL的确定按如下步骤进行：
第一步：根据压力容器或工业管道的使用环境进行分类，包括：
环境1类：常温疲劳、常温疲劳和腐蚀、常温应力腐蚀介质环境；
环境2类：高温蠕变、高温疲劳、高温材质退化；
环境3类：高温和介质腐蚀；
第二步：根据规范估算剩余寿命，以到评估周期结束时将运行时间除以所述剩余寿命得出B值；
第三步：根据B值确定FL值：
环境1类：B值小于等于0.5，FL取值为1；
         B值大于0.5，小于等于0.8，FL取值为5；
         B值大于0.8，小于等于1，FL取值为10；
         B值大于1，FL取值为50；
环境2类：B值小于等于0.5，FL取值为1；
         B值大于0.5，小于等于0.8，FL取值为5；
         B值大于0.8，小于等于1，FL取值为50；
         B值大于1，FL取值为500；
环境3类：B值小于等于0.5，FL取值为1；
         B值大于0.5，小于等于0.8，FL取值为5；
         B值大于0.8，小于等于1，FL取值为20；
         B值大于1，FL取值为100。
实际应用如下：
例一：
2004年，在对中石油某企业进行RBI工作时，其中加氢裂化装置中有包括加氢反应器在内的部分2.25Cr-1Mo钢制高温临氢设备是从国外买回的旧设备。由于2.25Cr-1Mo钢在高温临氢环境下长期服役会发生由回火脆化引起的材质劣化现象，其剩余寿命将由材质劣化程度所决定。在对这些设备进行失效概率分析时，采用本发明方法，具体实施如下：
1、设备的运行环境属“环境2类”
2、通过综合寿命估算确定这些设备的剩余寿命为5年；
3、到评估周期结束时将运行时间为4年；
4、B值为0.8，由此FL取值为5；
5、原计算失效概率F＝FG×FE×FM＝4.7×10-4，失效概率等级为“3”；
7、FL系数修正后F＝FG×FE×FM×FL＝4.7×10-4×5＝2.35×10-3，失效概率等级为“4”。
例二：
2003年，在对中石化某企业进行RBI工作时，发现其中加氢裂化装置中有一条高温临氢管道使用了0.5Mo钢。由于0.5Mo钢在高温临氢环境下长期服役会发生由高温氢腐蚀引起的材质劣化现象，其剩余寿命将由材质劣化程度所决定。在对这些设备进行失效概率分析时，采用了本发明方法，具体实施方法如下：
1、该工业管道的运行环境属“环境2类”
2、通过寿命估算确定这条工业管道剩余寿命为2年；
3、该工业管道到评估周期结束时继续运行2年；
4、B值为1.0，由此FL取值为50；
6、原计算失效概率F＝FG×FE×FM＝3.6×10-4，失效概率等级为“3”；
7、FL系数修正后F＝FG×FE×FM×FL＝3.6×10-4×50＝1.8×10-2，失效概率等级为“5”。
经对更换下的钢管进行解剖验证，该钢管确实已发生严重的氢腐蚀现象，随时有可能发生失效。如果不进行以剩余寿命为参量的失效概率修正，其失效概率等级仅为“3”属正常水平，则不能发现该隐患。

Claims (2)

1、承压设备风险评价中以剩余寿命为表征参量的失效概率评价方法，其特征是采用剩余寿命取代设计寿命作为参量，修正RBI评估中失效概率；
所述失效概率的测算方法为：
F＝FG×FE×FM×FL
式中，FG为同类设备平均失效概率；FE为设备修正系数；
FM为管理修正系数；              FL为剩余寿命修正系数。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征是所述剩余寿命修正系数FL的确定方法：对于常温、非疲劳及非特殊腐蚀环境下FL的确定按如下步骤进行：
第一步：根据压力容器或工业管道最近一次全面检验的定级结论确定其安全状况等级；
第二步：对于安全状况等级为1级、或2级、或3级的压力容器，以及对于安全状况等级为1级或2级的工业管道，FL取值为1；对于含超标缺陷的4级或5级压力容器，以及3级、或4级工业管道，在经规范评定合格时，FL取值为1.5；如果经规范评定不合格则FL取值为500；
对于高温、疲劳、特殊介质作用环境下FL的确定按如下步骤进行：
第一步：根据压力容器或工业管道的使用环境进行分类，包括：
环境1类：常温疲劳、常温疲劳和腐蚀、常温应力腐蚀介质环境；
环境2类：高温蠕变、高温疲劳、高温材质退化；
环境3类：高温和介质腐蚀；
第二步：根据规范估算剩余寿命，以到评估周期结束时将运行时间除以所述剩余寿命得出B值；
第三步：根据B值确定FL值：
环境1类：B值小于等于0.5，FL取值为1；
         B值大于0.5，小于等于0.8，FL取值为5；
         B值大于0.8，小于等于1，FL取值为10；
         B值大于1，FL取值为50；
环境2类：B值小于等于0.5，FL取值为1；
         B值大于0.5，小于等于0.8，FL取值为5；
         B值大于0.8，小于等于1，FL取值为50；
         B值大于1，FL取值为500；
环境3类：B值小于等于0.5，FL取值为1；
         B值大于0.5，小于等于0.8，FL取值为5；
         B值大于0.8，小于等于1，FL取值为20；
         B值大于1，FL取值为100。
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