CN103632058A - 承压设备动态风险评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种承压设备动态风险评估系统，包括：动态风险监控模块，实时获取承压设备的动态监测数据；数据存储模块，对获取的数据进行存储；失效模式及损伤机理判别模块，基于数据存储模块存储的静态数据和实时获取的监测数据进行失效模式及损伤机理判别；动态风险评估模块，基于失效模式及损伤机理判别模块的处理结果对承压设备的风险进行评估；动态风险辅助分析模块，对动态风险评估模块的评价结果进一步处理；动态风险GIS展示模块，对进一步处理的评估结果进行直观展示。本发明的系统能够从各监控系统中实时动态获取监控的装置的监测数据，并根据动态获取的监测数据动态计算装置的风险等级，并将风险等级进行直观的展示。

Description

承压设备动态风险评估系统

技术领域

本发明涉及一种动态风险评估系统，尤其涉及一种成套装置承压设备动态风险评价和安全管理系统，属于石油化工的风险管理技术领域。

背景技术

对于石化企业，装置的长周期安全稳定运行，是保证石化企业提高生产效率，降低生产成本，增加经济效益的基础。因此，自上个世纪九十年代以来，各石化公司就开始将装置长周期运行作为努力的目标，目前已取得较大进展。由于炼油装置、石化装置中的压力容器、压力管道等设备经常在高温高压条件下运行，介质易燃易爆；同时承压设备日益大型化、精密化；高强材料的大量应用，导致材料裂纹敏感性增加，这些都对装置的长周期运行提出了更高的要求。因此需要对装置的运行状况进行实时的检验，以获得装置的风险。

传统的检验没有将设备的检验维护与其承担的风险联系起来，统计研究表明，少数的关键设备承担了大部分的风险损失。采用基于风险的检验（RBI）技术，通过风险评估，找出系统的薄弱环节，根据风险水平和失效可能性制定设备的检验策略，对高风险部位进行重点检验和维修，对承压设备提供与其风险水平相适应的检维修工作，能够在提高承压设备安全可靠性的基础上，减少检验和维护成本，从而提高承压设备的管理水平。

目前所指的风险都是静态风险，实际上风险是随着各数据库中影响风险的数据更新而不断动态变化的，因此需要建立各监控系统中的监控参数与风险的关联，实现数据采集动态化、评估过程动态化和检维护策略动态化，形成一套可操作的系统方法和执行工具，实现企业对设备运行风险的自主管理和动态控制。目前，现有的设备管理系统没有引入动态风险的管理方法，且在运行过程中没有很好地将数据监控系统、数据分析系统、业务管理系统充分结合起来，且很多步骤和环节还依靠传统的手工作业方式，各个步骤之间数据的共享和信息的传递不够完善，效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够从各监控系统中实时动态获取监控的装置的监测数据，并根据动态获取的监测数据动态计算装置的风险等级，并将风险等级直观的展示承压设备动态风险评估系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种承压设备动态风险评估系统，包括：

动态风险监控模块，通过数据监控系统实时动态获取用于承压设备的动态风险评价的监测数据；

数据存储模块，包括静态数据存储单元和动态数据存储单元，所述静态数据存储单元存储承压设备的历史数据，所述动态数据存储单元存储从动态风险监控模块获取的监测数据，并定期将监测数据发送到静态数据存储单元；

失效模式及损伤机理判别模块，从所述静态数据存储单元获取历史数据和所述动态数据存储单元获取监测数据，并基于获取的承压设备的历史数据和监测数据对承压设备的失效模式及损伤机理进行判别，生成承压设备的失效模式及损伤机理数据，并将所述失效模式及损伤机理数据发送给动态风险评估模块；

动态风险评估模块，基于接收的承压设备的失效模式及损伤机理数据自动计算获得承压设备的风险等级，并在风险高时将包含承压设备的风险等级的数据发送给动态风险辅助分析模块进行处理，以及将计算的风险等级信息发送给动态风险GIS展示模块进行展示，其中计算的承压设备的风险等级随着监测数据的变化而变化；

动态风险辅助分析模块，通过所述数据存储模块获取所述历史数据和监测数据，并基于接收的包含承压设备的风险等级的数据，对承压设备的剩余寿命和材质适用性进行处理，并将处理的承压设备的剩余寿命和材质适用性的数据发送给动态风险GIS展示模块进行展示；

动态风险GIS展示模块，接收所述动态风险评估模块发送的包含承压设备的风险等级的数据以及所述动态风险辅助分析模块发送的包含承压设备的剩余寿命和材质适用性的数据进行展示。

进一步地，所述动态风险评估模块包括安全阀风险评估单元和静设备风险评估单元，其中，所述安全阀风险评估单元基于所述静态数据存储单元的历史数据和所述动态数据存储单元的监测数据，实时计算安全阀的风险等级，并将计算的包含安全阀的风险等级的数据发送给所述动态风险GIS展示模块进行展示；

所述静设备风险评估单元基于所述静态数据存储单元的历史数据和所述动态数据存储单元的监测数据，实时计算静设备的风险等级，并在风险高时将计算的包含静设备的风险等级的数据发送给所述动态风险辅助分析模块进行处理以及发送给所述动态风险GIS展示模块进行展示。

进一步地，所述承压设备的风险等级至少包括高风险、非高风险两个等级，

其中，当计算的所述包含静设备的风险等级的数据显示静设备的风险等级为高风险时，则将所述述包含静设备的风险等级的数据发送给所述动态风险辅助分析模块进行处理。

进一步地，所述动态风险辅助分析模块包括剩余寿命评估单元和材质适用性评估单元，其中所述剩余评估单元接收所述静设备风险评估单元发送的包含静设备的风险等级的数据并基于接收的包含静设备的风险等级的数据对所述静设备的剩余寿命进行计算处理，生成剩余寿命评估数据，并将所述剩余寿命评估数据发送给所述材质适用性评估单元进行处理，生成材质适用性评估数据。

进一步地，所述安全阀风险评估单元还基于所述静态数据存储单元的历史数据和所述动态数据存储单元的监测数据，生成安全阀校验周期预警数据，并将所述安全阀校验周期预警数据发送至所述动态风险GIS展示模块进行展示。

进一步地，所述动态风险评估模块采用基于风险的检验技术对所述承压设备的风险等级进行处理。

进一步地，所述静态数据存储单元存储的承压设备的历史数据，包括基本信息数据、材料数据、材料对比数据、检维修数据和风险及损伤机理数据。

进一步地，所述数据监控系统包括ERP系统、腐蚀速率监控系统和PI系统。

进一步地，所述动态风险监测模块实时获取的监测数据包括设备运行数据、工艺分析数据、腐蚀监测数据和设备运行基准值维护数据。

本发明的承压设备动态风险评估系统，能够实现数据采集动态化、评估过程动态化和检维护策略动态化，实现对承压设备信息的记录和管理，以为石化企业的安全管理决策提供支持，辅助风险管理人员进行风险管理规划和风险跟踪控制，实现石化公司对大型装置承压设备风险的实时管理和全过程管理

附图说明

图1是本发明的承压设备动态风险评估系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施例进行具体介绍。

图1是本发明的承压设备动态风险评估系统的结构框图。如图1所示，本发明的承压设备动态风险评估系统包括动态风险监控模块1、数据存储模块2、失效模式及损伤机理判别模块3、动态风险评估模块4、动态风险辅助分析模块5和动态风险GIS展示模块6，以下对这六个模块分别进行介绍。

（1）动态风险监控模块

动态风险监控模块1主要包括对承压设备运行数据、工艺分析数据、腐蚀监测数据和设备运行基准值等进行监控。在实际操作中，动态风险监控模块1可以从石化企业的ERP、PI、腐蚀速率监控等系统中实时获取上述监测数据，基于这些数据，建立承压设备正常运行的相应警戒值，例如温度、压力、流量和腐蚀速率等，真实反映出承压设备的运行状态。并且这些监测数据被存储在数据库中作为评估承压设备的动态风险的基础数据。

在实际操作中，动态风险监控模块1可以随时从ERP、PI、腐蚀速率监控中获取数据，但是没必要随时获取。实际上可以执行为是周期获取的，例如，可以以时间间隔为1个月分别从ERP系统中获取和腐蚀速率监控系中获取，对于PI系统，可以考虑时间粒度为1天。

（2）数据存储模块

数据存储模块2用于对系统的各种数据进行存储，包括静态数据存储单元21和动态数据存储单元22。其中，静态数据存储单元21存储承压设备的历史数据，动态数据存储单元22存储从动态风险监控模块1获取的监测数据，并定期将监测数据发送到静态数据存储单元21进行存储。

具体地，静态数据存储单元21主要包含安全阀和静设备等的基本信息数据、材料数据、材料比对数据、检维修数据、风险及损伤机理数据等。其中基本信息数据包含了使用单位、生产装置、流程单元等公共信息管理，以及安全阀和静设备的部件信息等。材料数据包含了设备使用的基本材料及国标和ASME中的屈服强度和抗拉强度性能数据。材料比对数据包括典型石化装置主要设备和主要管道选材标准。检维修数据包括检验日期、检验项目、检验方式、检验比例、检验部位、最小壁厚等系列数据，以及维修类别、维修开始日期、终止日期、停用原因、检修情况等信息。风险及损伤机理数据包括设备风险水平、失效可能性等级、失效后果等级、损伤机理和损伤部位等信息。

此外，数据存储模块2具有数据导入、档案信息管理、数据导出、查询等功能。在数据导入功能中，支持数据以EXCEL表方式导入，或在ERP系统提供WebService接口的情况下，将必要的ERP档案数据导入到档案数据库中，避免了数据的重复输入，提高工作效率。在档案信息的管理功能中，可以根据需要对档案信息进行增加、修改、删除，为方便用户的使用，支持批量选择和批量删除。在数据导出功能中，可以将档案数据库中的数据以EXCEL表批量导出。在查询功能中，档案数据库支持根据生产装置、流程单元查询，生产装置、流程单元为下拉框，支持对档案基本信息和部件信息的查询。数据库系统使用者根据权限的不同，进行相应权限范围内的操作。

（3）失效模式及损伤机理判别模块

失效模式及损伤机理判别模块3主要通过从静态数据存储单元21获取历史数据和所述动态数据存储单元22获取监测数据，并基于获取的承压设备的历史数据和监测数据对承压设备的失效模式及损伤机理进行判别，生成承压设备的失效模式及损伤机理数据，并将所述失效模式及损伤机理数据发送给动态风险评估模块4。

具体地，失效模式及损伤机理判别模块3通过典型物流、腐蚀流种类及含量、材质、制造要求、操作压力、操作温度、流速信息，可对设备损伤机理进行判别，内容涵盖典型炼油和化工装置中常见损伤机理例如腐蚀、应力开裂、材质劣化。以向导方式实现损伤敏感性判别，并给出损伤形态和可能发生部位。

（4）动态风险评估模块

动态风险评估模块4基于接收的承压设备的失效模式及损伤机理数据自动计算获得承压设备的风险等级，并将包含承压设备的风险等级的数据发送给动态风险辅助分析模块进行处理以及发送给动态风险GIS展示模块进行展示，其中计算的承压设备的风险等级随着监测数据的变化而变化，也就是说，承压设备的风险等级不是一成不变的，随着监测数据的改变，风险等级的级别也会相应的改变，这样有助于能够实时动态的关注承压设备的风险状况。

在实际操作中，风险等级至少被划分为高风险和非高风险，也可根据需要划分为高、中高、中、低四种风险等级，在向系统输入相关的数据后，动态风险评估模块4能够自动计算出承压设备的风险等级。具体地，动态风险评估模块4可根据生产装置和风险等级查看装置的风险状况，也支持查看风险相关的技术因子、破坏模式等详细信息。该模块包括安全阀风险评估单元41和静设备风险评估单元42。

动态风险评估模块4主要功能可分为RBI风险计算、测评结果管理、风险动态更新。

RBI风险计算是本模块的核心功能，它的内容包括有定性分析、定量分析和半定量分析三块。

定性分析是一种概略性的风险评价，它所使用的数据和耗时较少，内容与定量评价基本一样，只不过没有定量精确，但是它能够为基于风险的检验的优先排序提供一个基础。具体的内容包括有：1）可能性类别计算；2）确定后果类别；3）燃烧爆炸后果类别计算；4）中毒后果类别计算；5）设备风险综合。

定量评价针对一个具体设备（管段）甚至是它们的某部分（可从工艺性质规定出边界）进行可能性和后果的评价，得到最后的风险。定量分析的计算方法比较细致，因而需要的数据量大，耗时也较多。同时，除了考虑其失效的一般性外，该评价方法还将评价分为不同破坏情形，使得风险评价结果更贴近实际、更加准确。定量评价还允许评价时将所评价的对象放到同类的设备组中进行评价，评价的结果可以反应它们之间的相互影响。定量分析的具体内容包括有：1）破坏机理识别；2）失效可能性计算，包括有同类风险概率的计算、设备修正因子的计算、超标缺陷因子的计算和管理修正因子的计算；3）失效后果计算，包括有毒、可燃、可燃且有毒、蒸汽和酸、碱五种不同介质的失效后果计算；4）设备风险综合。

半定量分析介于定性分析方法和定量分析方法之间，是着重破坏机理研究的一种分析方法。半定量分析的具体内容包括有：1）破坏机理识别；2）失效可能性计算，主要为设备技术因子计算；3）失效后果计算，包括可燃性后果与有毒性后果；4）设备风险综合。

因此，在实际应用中，本发明的承压设备动态风险评估系统主要基于定量评价方法对承压设备进行动态风险评估。

此外，模块会将设备的测评结果存储起来，应用系统需要设备风险信息进行风险展示或者风险分析时，可从该模块读取所需的设备风险信息。测评结果管理的内容包括有：1）设备测评结果储存；2）设备测评结果读取。

对于风险监控，提供了设备、管道和安全阀的风险矩阵图，可根据生产装置进行查询；以风险矩阵图方式动态显示风险分布，包括失效可能性等级、安全后果等级和安全风险水平；以风险矩阵图方式动态显示风险分布，包括失效可能性等级、安全后果等级和安全风险水平。

风险动态更新包括基于时间的风险定期更新，监控参数改变时风险自动更新，检验或定点测厚数据更新后风险自动更新，材质升级后风险手动更新，修理改造后风险手动更新，剩余寿命评价后风险手动更新。

对于由于计算数据的缺失造成无法正确计算风险的容器和管道进行提示，也提供了删除设备信息的功能。

因而，通过安全阀风险评估单元41对安全阀的动态风险进行评估时，可以自动计算获取安全阀的风险等级、能够将风险等级的状况发送给动态风险GIS展示平台6进行展示，以便管理者进行查看及时获知安全阀的风险状况，并且安全阀风险评估单元41能够实现安全阀的校验周期预警，例如当距离安全阀下次检验日期2个月进行校验周期预警，显示需要到期检验的安全阀信息。

此外，通过静设备风险评估单元42对静设备的动态风险进行评估时，可自动计算获取静设备，例如容器、管道的风险等级，能够将风险等级的状况发送给动态风险GIS展示平台进行展示，以便管理者进行查看及时获知静设备的风险状况，并且当计算得到静设备的风险等级为高时，会将处理结果发送给动态风险辅助分析模块5进行进一步的处理，处理过程将会在随后介绍。

（5）动态风险辅助分析模块

动态风险辅助分析模块5，通过数据存储模块2获取所述历史数据和监测数据，并基于接收的包含承压设备的风险等级的数据，对承压设备的剩余寿命和材质适用性进行处理，并将处理的承压设备的剩余寿命的数据发送给动态风险GIS展示模块6进行展示。其包括剩余寿命评估单元51和材料适用性评估单元42。

具体地，剩余寿命评估单元51基于从动态风险评估模块4获取的关于承压设备的高风险的数据，对承压设备的剩余寿命进行计算，并会将计算结果发送至材料适用性评估单元42进行进一步的评估处理。如此，如果评估的承压设备的风险等级为高，在这种情况下，会对高风险的承压设备进行剩余寿命进行计算，如果剩余寿命还没有到额定的使用寿命，就将计算结果发送给材料适用性评估单元42进行关于承压设备的材料是否合适进行评估，如果计算的结果是由于承压设备的材料不合适导致承压设备的高风险，则应当及时更换承压设备的材料，以降低风险等级。

在本发明的承压设备动态风险评估系统中，剩余寿命评估单元51实现了典型管线元件（直管、弯头、三通、异径管）、炉管基于典型损伤模式的寿命预测、最小允许壁厚计算、以及基于时间的厚度监测点（TML）基准值设定；实现了均匀腐蚀减薄、局部腐蚀减薄、点蚀坑、氢鼓包、焊接面型缺陷、焊接体型缺陷、高温蠕变断裂损伤模式的寿命计算；提供前提条件确认、不同管线元件选择、免评条件计算、寿命评价计算功能；提供计算结果的存储、删除、查询以及EXCEL表导出功能；提供屈服强度、抗拉强度、许用应力、弹性模量等自动查询功能，避免用户的手工查询技术手册。而且实现了典型设备类型（立式设备、卧式设备等）基于典型损伤模式的寿命预测、最小允许壁厚计算、以及基于时间的厚度监测点（TML）基准值设定。

此外，在本发明的承压设备动态风险评估系统中，材料适用性评估单元42核心是材质升级判定准则，根据相关设计、使用参数进行剩余寿命计算，确定是否需要升级。按SH/T3096-2009、SH/T3129-2009给出典型装置主要设备和主要管道的推荐升级材料。根据相关设计、使用参数进行剩余寿命计算，根据管道剩余寿命和期望使用寿命的比较，确定是否需要升级。根据SH/T3096-2009、SH/T3129-2009给出典型装置主要设备和主要管道的推荐升级材料。

（6）动态风险GIS展示模块

动态风险GIS展示模块6，接收动态风险评估模块4发送的包含承压设备的风险等级的数据以及动态风险辅助分析模块5发送的包含承压设备的剩余寿命的数据进行展示。

具体地，动态风险GIS展示模块6，采用GIS地图直观表达的计算机图形技术优势，将装置工艺流程图叠加到GIS基础地形地图上。通过GIS模式的功能平台让使用该系统的用户可以直观、方便地查找、定位管线和容器位置，实现了高风险设备和管道的实施报警功能，并通过地图窗口提供的输入输出接口，以文字、专题分类统计图的表达形式展示管道及设备的动态风险数据。并且能够实现装置二三维一体化检测与预警，由二维功能和三维功能组成，二维功能展示装置的工艺流程图，能够查看设备和管线的基本属性和设备的部件，并支持在流程图上进行风险超标预警和查看异常信息。三维功能展示管线模型，并能够查看管线的管件信息，能够在三维模型上展示测厚点信息。

综上，本发明的承压设备动态风险评估系统，能够将承压设备的运行的动态数据与承压设备的风险评价动态联系起来，以实时的计算承压设备的风险等级，并根据系统获得的监测数据的变化而进行风险等级的动态更新，并且能够将风险等级直观地展示出来，而且展示的风险等级是采用GIS地图进行展示，使得管理者能够更加直观容易地知道承压设备的各个地方的风险状况，辅助风险管理人员进行风险管理规划和风险跟踪控制，实现石化企业对大型装置承压设备风险的实时和全过程管理。

Claims (9)

1.一种承压设备动态风险评估系统，其特征在于，包括：

动态风险监控模块，通过数据监控系统实时动态获取用于承压设备的动态风险评价的监测数据；

数据存储模块，包括静态数据存储单元和动态数据存储单元，所述静态数据存储单元存储承压设备的历史数据，所述动态数据存储单元存储从动态风险监控模块获取的监测数据，并定期将监测数据发送到静态数据存储单元；

失效模式及损伤机理判别模块，从所述静态数据存储单元获取历史数据和所述动态数据存储单元获取监测数据，并基于获取的承压设备的历史数据和监测数据对承压设备的失效模式及损伤机理进行判别，生成承压设备的失效模式及损伤机理数据，并将所述失效模式及损伤机理数据发送给动态风险评估模块；

动态风险评估模块，基于接收的承压设备的失效模式及损伤机理数据自动计算获得承压设备的风险等级，并在风险高时将包含承压设备的风险等级的数据发送给动态风险辅助分析模块进行处理，以及将计算的风险等级信息发送给动态风险GIS展示模块进行展示，其中计算的承压设备的风险等级随着监测数据的变化而变化；

动态风险辅助分析模块，通过所述数据存储模块获取所述历史数据和监测数据，并基于接收的包含承压设备的风险等级的数据，对承压设备的剩余寿命和材质适用性进行处理，并将处理的承压设备的剩余寿命和材质适用性的数据发送给动态风险GIS展示模块进行展示；

动态风险GIS展示模块，接收所述动态风险评估模块发送的包含承压设备的风险等级的数据以及所述动态风险辅助分析模块发送的包含承压设备的剩余寿命和材质适用性的数据进行展示。

2.根据权利要求1所述的承压设备动态风险评估系统，其特征在于，所述动态风险评估模块包括安全阀风险评估单元和静设备风险评估单元，其中，所述安全阀风险评估单元基于所述静态数据存储单元的历史数据和所述动态数据存储单元的监测数据，实时计算安全阀的风险等级，并将计算的包含安全阀的风险等级的数据发送给所述动态风险GIS展示模块进行展示；

所述静设备风险评估单元基于所述静态数据存储单元的历史数据和所述动态数据存储单元的监测数据，实时计算静设备的风险等级，并在风险高时将计算的包含静设备的风险等级的数据发送给所述动态风险辅助分析模块进行处理以及发送给所述动态风险GIS展示模块进行展示。

3.根据权利要求2所述的承压设备动态风险评估系统，其特征在于，所述承压设备的风险等级至少包括高风险、非高风险两个等级；

其中，当计算的所述包含静设备的风险等级的数据显示静设备的风险等级为高风险时，则将所述述包含静设备的风险等级的数据发送给所述动态风险辅助分析模块进行处理。

4.根据权利要求3所述的承压设备动态风险评估系统，其特征在于，所述动态风险辅助分析模块包括剩余寿命评估单元和材质适用性评估单元，其中所述剩余评估单元接收所述静设备风险评估单元发送的包含静设备的风险等级的数据并基于接收的包含静设备的风险等级的数据对所述静设备的剩余寿命进行计算处理，生成剩余寿命评估数据，并将所述剩余寿命评估数据发送给所述材质适用性评估单元进行处理，生成材质适用性评估数据。

5.根据权利要求2所述的承压设备动态风险评估系统，其特征在于，所述安全阀风险评估单元还基于所述静态数据存储单元的历史数据和所述动态数据存储单元的监测数据，生成安全阀校验周期预警数据，并将所述安全阀校验周期预警数据发送至所述动态风险GIS展示模块进行展示。

6.根据权利要求1至5任一项所述的承压设备动态风险评估系统，其特征在于，所述动态风险评估模块采用基于风险的检验技术对所述承压设备的风险等级进行处理。

7.根据权利要求6所述的承压设备动态风险评估系统，其特征在于，所述静态数据存储单元存储的承压设备的历史数据，包括基本信息数据、材料数据、材料对比数据、检维修数据和风险及损伤机理数据。

8.根据权利要求6所述的承压设备动态风险评估系统，其特征在于，所述数据监控系统包括ERP系统、腐蚀速率监控系统和PI系统。

9.根据权利要求6所述的承压设备动态风险评估系统，其特征在于，所述动态风险监测模块实时获取的监测数据包括设备运行数据、工艺分析数据、腐蚀监测数据和设备运行基准值维护数据。