风险检测的风险评估方法

引言（1）

　　　　摘要 基于风险的检测（risk-based inspection, RBI）是基于风险管理思想的设备管理新技术。在20世纪90年代，API就制定了关于RBI的推荐性标准AP1580，该技术目前在世界上已经得到了广泛的应用。本文阐述了RBI技术中风险分析的基本思想，着重介绍了RBI危险辨识、RBI风险评估和RBI风险排序等主要过程。

　　　　关键词 基于风险检测 风险评估 失效概率 失效后果 设备失效机理

　　　　20世纪90年代初，美国石油协会（API）开始在石化设备开展基于风险的检验（risk-based inspection, RBI），并提出了RBI技术的规范即API1580。在英国、法国和德国等国家，也制定和发展了适合本国国情的RBI技术。在亚洲，韩国和日本也采用了与其相同的一些措施。目前，RBI技术在世界上已经得到了广泛的应用。

　　　　RBI在国内作为一个新生事物，已经受到了石油化行业的高度重视。目前，RBI技术在世界上已经得到了广泛的应用。

　　　　RBI在国内作为一个新生事物，已经受到了石油石化行业高度重视。目前，我国很多企业和科研院所都在为企业实施RBI进行宝贵的探索。结合对RBI的工作情况，下面谈一下对RBI中风险评估方法的一些认识。

　　　　RBI技术以风险为基础，RBI技术通过RBI评价实现它对风险的管理。风险是事件发生的概率和与事件相关联的后果的结合：风险=概率×后果。RBI风险评估分为定性、半定量和定量3种方法，这3种方法在AP1580里面有详细的介绍。企业进行RBI风险评估的形式取决于环境、分析要求等因素。便是对于所有的RBI风险评估方法必须包括的要素为：①RBI危险辨识；②RBI失效概率的评估；③RBI失效后果评佑；④RBI风险计算；⑤RBI风险排序；⑥风险的再评估。
 
RBI危险辨识（2）

　　　　在RBI分析中，传统风险分析的一些阶段被做了不同的处理。例如，危险识别是传统风险分析中的一个关键步骤，而RBI是将风险分析和机械完整性这两上原理组合的一种混合方法，其着重于由设备内流体、温度、压力和设备材质等相互作用形成的设备退化机理的归类和划分。该过程包括设备物流的识别和物流系统化的划分。

　　　　工厂中相同的工艺过程流体往往具有大致相同的流体组成。在RBI分析把组分相同的流体定义为一个物流。在物流的划分过程中起主导作用的流体的化学组分。当管道中流体的化学组成发生变化时，就要定义一个新的流来对其进行描述。物流的划分是RBI分析的基础。通过物流的划分就把设备或管道根据其内部流动的流体进行了一个“粗略”的归类。

　　　　系统化是进行整个RBI分析的基础。RBI分析就是建立在系统化的基础上的。系统化的过程就是对前面物流进一步细化的过程。系统工程物流的一部分，具有大约相同压力和温度的流可以划为一个系统。在一个物流中，流体的操作压力或温度可能是发生变化的，这可能导致相同的物流产生不同的失效机理或失效速率，这就有必要引进系统的概念。例如经过换热器的一个物流，在经过换热器前后温度发生了变化，从而可能导致流体对管道腐蚀速率或腐蚀机理的改变，所以就需要把换热器的这个物流划分为两个系统。

　　　　在该过程中，利用传统风险评估中的危险辨识方法对分析也是非常有帮助的。这些方法有：①危险与可操作性分析；②失效模式与影响分析；③检查表；④故障树分析。
 
RBI失效概率的评估（3）

　　　　在进行设备失效概率评估之前，首先要进行设备失效机理的识别。设备失效机理的识别，是根据设备物流和系统的相关信息并结合设备的材质等来确定设备的失效机理。RBI考虑的设备失 效机理有内部腐蚀、外部腐蚀、焊缝腐蚀、锓蚀、蠕变、内部应力腐蚀开裂、外部应力腐蚀开裂、脆化、疲劳、湿H2S开裂等，这些失效机理基本上包含了石化设备的所有失效类型。设备失效机理分析重点在研究那些设备易感的全部退化机理，集中在那些容易发生各种退化机理的设备上。

　　　　RBI失效概率的评估主要是根据设备失效机理（设备内的流体介质、设备的材质和工艺参数等因素）来评估设备的失效概率。在失效概率的评估过程中，很重要的一点就是根据设备目前的失效机理来计算未来的设备失效速率。失效概率的评估分为定性、半定量和定量3种方法。

　　　　1 定性方法

　　　　设备失效概率的定性评估就是通过使用“非常不可能”、“不可能”、“可能”、“经常发生”、和“频繁发生”或者使用“高”、“中”、“低”等术语来表示设备失效的概率。在评估之前，必须对这些术语进行明确的描述。通常这些失效等级都有一个最大的失效概率值来区分这些失效概率间的区别。

　　　　2 半定量方法

　　　　设备失效概率的半定量评估是根据设备的材质、设备内的介质、操作运行的工艺参数和工厂相关的一些技术数据，使用一些失效计算模型来计算设备的失效概率情况，进而判断失效概率等级。对于每一种失效机理，RBI中都有相应的计算模型。根据设备的每一种失效模型并结合设备操作情况、日常维护情况来进行设备失效概率的评估。下面举一个金属减薄的例子：

　　　　在RBI模型中减薄的机理有：盐酸腐蚀、高温硫化物/环烷酸腐蚀、高温H2S/H2腐蚀、硫酸腐蚀、氢氟酸腐蚀、酸水腐蚀、胺腐蚀和高温氧化等机理，计算过程如图1。

　　　　图1 金属减薄的计算过程

　　　　　　　　3 定量方法

　　　　目前，世界上有很多关于设备的失效速率和事件失效原因的统计数据库。当缺少其他一些信息的时候，这些数据库的统计数据就可能用来预测设备失效的概率。定量的评估就是根据这些基础的失效数据库中的失效概率，然后加上适当的因子进行合适的修正来预测设备的失效概率。AP1581就是使用这种评估方法进行的评估。修正因子是对具体设备的一个修正，取决于具体设备的管理、运行状态和周围的环境。
 
RBI失效后果评估（4）

　　　　RBI后果评估要考虑生产、安全和环境3个方面，采用了对生产的损失、经济损失、人员伤害和环境破坏等原则来计算设备的失效后果。

　　　　1 定性后果分析

　　　　定性方法包括确定单元、系统或设备失效带来的后果严重程度。定性失效后果可以对每一个单元、系统、设备组或单个设备零件单独进行估算。

　　　　对定性方法，后果等级可以分类为“非常高”、“高”、“中”、“低”和“非常低”5个等级或者使用“高”、“中”、“低”3个等级。对于每一种后果等级在进行评估之前都应该进行详细的定义。例如，设备失效以后对工厂生产的后果影响（见图2）：

　　　　图2 失效后果评估的生产影响

　　　　

　　　　等级高：失效会引起工厂停工。

　　　　等级中：失效会造成操作问题或产量的损失。

　　　　等级低：有可备用的生产设备；失效对工厂生产没有影响应或影响很小。

　　　　2 定量后果分析

　　　　定量方法包括使用模型描述失效事件对人员、财产、生产运行和环境的影响。定量失效模型中通常含有一个或多个标准的失效模式和结果。对于泄漏后的后果取决于泄漏流体的性质和泄漏的能量。图3为RBI失效后果的定量评估过程：

　　　　

　　　　图3 RBI失效后果的定量评估过程

　　　　对于这些泄漏后果的计算可以使用一些专门的软件包进行详细的计算，如SAFETI软件包、NEPTUNE软件和SHELL GLOBLE SOLUTIONS软件等。
 
RBI风险计算（5）

　　　　设备失效概率和失效后果的评估之后，就可以计算出设备的风险等级。设备的风险等级反映了设备失效概率和失效后果两方面的内容。是对设备失效一个全面的表征，通过风险评估，可以对工厂设备按风险等级的高低进行排序。

　　　　RBI风险计算是结合设备失效概率评估和失效后果评估两个方面。评估过程中要对设备每一种失效模式的概率和后果都要进行考虑。如要风险以定性的风险矩阵表示，则可以使用的矩阵有5×5矩阵或3×3矩阵。

　　　　图4 RBI评估的5×5风险矩阵

　　　　图4是5×5矩阵，安将失效概率的失效后果都分为5个级，而对于设备最终的风险则分为“非常高”、“高”、“中”、“低”4个等级。这种5×5矩阵基本上采用了传统风险评估中所使用的矩阵形式。

　　　　目前，在RBI分析的生产实际中，很多采用了3×3矩阵。这种矩阵在分析过程中简单、易行。

　　　　图5 RBI评估的3×3矩阵

　　　　图5是3×3矩阵，安将失效概率和失效后果都分为“高”、“中”、“低”3个等级，但它将设备的风险分为5个等级。在设备的风险分类上较5×5矩阵更加细化。同时它根据风险等级制定不同的检测计划时也更加具有针对性，对同样风险根据它们失效的概率和失效后果的不同制不定期不同的检测计划。例如对同样是风险等级2的设备，有的设备可能是失效概率为“高”而失效后果为“中”，而有的设备可能是失效概率为“中”和失效后果为“高”，虽然这两种设备的风险等级都为2，但是制定的检测计划是不同的。

RBI风险排序（6）

　　　　通过实施RBI，对工厂的全部设备进行风险排序，区分那些不需要检测或风险降低措施的装备，使检测和管理行为可以更加有效，更加集中。即按照风险排序的结果只对工厂中10%——20%的设备进行检测，从而达到消除工厂内80%——90%风险的目的。

　　　　在风险排序过程中，最重要的一个问题就是识别出设备失效概率和失效后果对设备风险的影响程度。通过风险评估给出了每一项设备的失效概率和失效后果，RBI根据设备可能发现的失效模式制定检验任务，对具体失效模式的有效检验主要体现在检验方法的选择上，只有有效检验才能真正起到管理风险的目的。高失效后果的项目应当受到全面更有效的检测，RBI根据设备的失效后果同时结合考虑设备的夫效概率确定了检测的内容。

　　　　通过RBI风险排序可能将检测资源更合理地应用于高风险设备，促进非介入式检测技术的应用，减少不必要的停车，从面为工厂长周期运行打下良好的基础。
 
RBI风险的再评估（7）

　　　　RBI 风险评估是一个动态的过程（见图6）。RBI评价是基于当时的数据和认识，随着时间的推移，不可避免会有变化，所以需要更新评价的结果，对变化过程有效的加以管理。

　　　　RBI再评价需要考虑退化机理的变化、检测活动的影响、工艺和设备改变、评价前提的变化、风险减缓策略的影响等。实施RBI再评价的时间可以在发生重大变化之后；如果没有重大变化，规定时间之后也要进行再评价；实施风险减缓策略后和维护转变之前和之后都应实施RBI再评价。

　

　　图6 RBI 风险评估的动态过程
 
小结（8）

　　 1） RBI风险分析就是对设备运用风险评估的原理，考虑设备发生失效概率和失效后果大小，最后根据风险值的排序，确定相应的检测措施。

　　 2） RBI风险评估是一个非常灵活的过程，企业可以根据自己工厂的情况选择不同的RBI风险评估方法。

　　 3） RBI评估是基于风险管理的体制的体系进行的风险评估，企业实施RBI必须要以一种系统化、体系化的思想来进行。