探索基于风险的检侧--API RP 580

引言（1）

　　 为了解决石油和石化企业在安全可靠条件下运行，延长装置使用寿命，缩短检修时间的问题，20世纪90年代初，美国石油协会（API）开始在石油和石化设备开展基于风险的检测（PBI），并提出了RBI技术的规范RP 580。
 
RP 580概述（2）.

　　 1.1 RP 580目的

　　 RP 580为石油和石化企业在设备上开展RBI技术提供理论的指导。该标准中介为企业实施RBI技术提供了一个基本的框架，以及企业实施RBI四个必需的关键要素。

　　 目前，有许多在各个工业领域运用的不同的RBI方法，但RP 580并没有推荐一种具体的适合石油和石化行业的RBI方法。因为各个企业自身的情况，地理位置和法规要求各不相同，RP 580提出企业可以根据自己的情况和已有的管理经验，灵活地实施RBI技术，选择适合本企业的RBI方法。

　　 1.2 RP 580的相关规范

　　 RP 580是对API 510《村力容器检测规范》、API 570《管道检测规范》和API 653《储罐检测、维修、更换和改造》的补充。这些API检测规范和标准允许一定范围的用户根据RBI评价的结果制定检测策略和增减规范指定的检测频率。评价必须系统评定失效可能性和相应的失效后果。换效可能性评定必须基于能考虑到的影响设备特定工作的所有形式的损害。 RP 580是对用户正确实施RBI评价的指导。

　　 1.3 RP 580的主要内容

　　 RP 580的内容主要包括：

　　a) RBI概念和原理的介绍。

　　 b)各个章节里描述了在RBI过程框架内应用这些原理的步骤；

　　（1） RBI评估的计划；

　　（2） 数据和信息的采集；

　　（3） 识别退化机理和失效模式；

　　（4） 评估失效的概率；

　　（5） 评估失效的后果；

　　（6） 风险识别、评价和管理；

　　（7） 通过检测实施风险管理；

　　（8） 其他风险减缓措施；

　　（9） 再评价和更新；

　　 (10) 任务、责任、培训和资格；

　　（11）文件和记录的保存。

　　RBI的预其结果应当是风险和适当检测措施或其他风险减缓措施的有机结合。RBI方法能够产生：

　　a) 对所有评估设备的风险排序。

　　b) 对于每一个设备单元给出详细的检测计划，包括；

　　（1） 应当使用的检测方法（例如：观测、放射线，UT，WFMT等）；

　　（2） 应用检测方法的程度（检测所占的总面积百分比及特殊位置）；

　　（3） 检测和时间安排；

　　（4） 通过实施检测计划实现风险管理。

　　c） 其他风险减缓措施的详细描述（例如维修、更新和安全装备的升级）。

　　d） 实施检测计划和其他风险减缓措施后的期望风险水平。

　　 1.4 RBI技术的4个关键要素

　　 a) 建立文件维护、人员资质、数据要求和分析更新的管理系统。RBI技术也是一个综合的风险管理系统，通过对运行设备的完备风险评估，可以制定出更有针对性的设备管理措施。同时，整个的过程必须通过文件进行严格的记录，以便以后对数据进行审核。

　　 b) 确定失效概率的系统化的方法。RBI过程强调维护压力设备的机械完整性和减少由于机械性能退化引起的内容物损失的风险，因此RBI技术必须在设备的退化机理上进行失效概率的评估。

　　 c) 确定失效后果的系统化的方法。RBI技术中后果的评估考虑对人员、设备和环境等几个方面的影响。

　　 d) 通过检测和其他风险减少措施管理风险的系统化的方法。RBI为设备生成了检测和维护计划，这个计划确定了那些在提供安全可靠的操作时应当实施的工作。RBI的实施或以为工厂的年计划和预算提供参考，它在一个可接受风险水平下明确了人员和资金的要求。

　　 1.5 RBI的益处

　　RBI评估和管理方法的主要工作成果是建立了设备风险管理计划。设备风险管理计划强调来自于经济和（或）安全/健康/环境方面的风险。在这些计划里，推荐进行减缓风险的成本效益分析，以及减缓风险的预期结果水平。

　　实施这些计划可提供：

　　a) 全面减低所评估设备和装置的风险。

　　b) 当前风险的可接受和理解程度。

　　在可接受的风险水平（与当前的设备操作水平有关）下，以这种方式，检测和维护工作可以更加集中，并具有更高的成本效率。这通常可以显著减少需要收集的检测数据量，可将精力集中在较少的数据上使数据更准确，在很多情况下，除了降低风险和改进过程安全外，RBI计划可以明显降低费用。
 
PBI技术（3）

　　 RBI技术的实施过程是一个持续改进的过程。通过该过程不但可以持续地改进对设备的检测，并且可以降低压力容器和管道系统的失效风险。当获得了新的数据（例如检测结果）或数据发生变化时，要进行RBI项目的再评价以便重新评价风险。风险管理计划也应当进行相应的调整。RBI另外一个优点是以可识别当前检测技术及其应用方面的缺陷。在有些情况下，检测技术不能充分或者有效降低风险，可以实施其它风险减缓措施。

　　 RBI技术是一套综合的管理工具。RBI风险评估和管理涉及了其它管理系统中没有完全涉及的领域，例如过程危险性分析（PHA）或可靠性为中心的维护（RCM）。RBI是其它系统的补充，给出了与设备运行相关的、更加完备的风险评估，制定出在设备安全可靠操作的基础上的检测和维护计划。

　　 2.1范围

　　 RBI过程强调维护压力设备的机械完整性和减少由于机械性能退化引起的内容物损失的风险。RBI不能替代过程危险性分析（PHA）或HAZOP。通常，PHA风险评价重点在于过程单元的设计和实际操作，及其在目前或与其操作条件下的充分性。RBI重点在于机械完整性相关的退化机理和通过检测实施风险管理，并以此对PHA做进一步补充。RBI还可以与可靠性为中心的维护（RCM）计划互补，这两种计划都致力于了解失效机理、明确失效模式，并以此改进设备的可靠性。

　　 2.2 RBI技术包含的设备

　　 在RBI技术中包括下面的压力设备和相关的部件：

　　a) 压力容器——全部的压力部件；

　　b) 工艺管道——管道和管道部件；

　　c) 储罐——常压储罐和压力储罐；

　　d) 动设备——承受内压的部件；

　　e) 锅炉和加热炉——压力部件；

　　f) 换热器——（壳、封头、管板和管束）；

　　g) 泄压装置——安全阀等；

　　RBI技术不包括的设备有：

　　a) 仪表和控制系统；

　　b) 电气系统；

　　c) 建筑系统；

　　d) 机械部件（不包括泵和压缩机外壳）。

　　2.3 RBI评价的类型

　　在不同水平可以有不同类型的RBI评价。方法的选择主要依靠以下条件，例如：

　　a) 研究的目标；

　　b) 研究装置和设备的数量；

　　c) 可以利用的资源；

　　d) 研究的时间框架；

　　e) 设备和过程的复杂性；

　　f) 现在数据的种类和质量。

　　RBI的过程可以是定性、定量或者两者的综合运用（如，半定量）。每一种方式提供了一种系统化的方式来进行风险辩识，识别关注区域的风险，同时给进一步的检测或分析提供了优先列表。每一种方式都提供了一种风险分类方法，分别评价失效概率和潜在失效后果。然后这两个值结合起来估计风险。在大多数风险评价中要包括专家意见，而不论这种风险评价为何种类型和水平。

　　2.3.1定性方法

　　这种方式要求输入描述性信息，这些信息是以工程推断和经验作为失效概率和失效后果分析基础的。输入的信息通常是一定数据范围，而不是一个不连续的数值。结果通常给以定性的形式，如高、中、低，即使这些类别有相关的数值。这种分析价值在于能够在缺乏具体定量数据情况下完成风险评估。定性分析结果的准确性取决于分析者的知识背景和经验。

　　2.3.2定量方法

　　定量风险分析尽可能地集合了设备设计、操作条件、运行历史、部件的可能性、人的行为、事故物理进程、潜在的环境和健康影响等信息，使之成为统一的方法。

　　定量风险分析使用逻辑模型描述那些导致严重事故的事件组合，使用物理模型描述事故的进程和危险物质在环境中的传播。模型从定性和定量的角度给出了对风险的认识，并且识别那些影响风险的最重要的设计、现场或操作的特征。定量风险分析可以在分析深度和详细评价和详细的综合性上同定性方法区分开。

　　定量风险分析的逻辑模型通常由事件树和故障树组成。这些模型分析并估计了每一种事故序列的频率。使用这种方式的结果通常表现为风险数（例如，$/年）。

　　2.3.3半定量方法

　　半定量方法由定性方法和定量方法派生。两种方法的结合具有了这两种方法和主要优点，例如，定性方法的速度和定量方法的严密。通常这种方法需要使用定量方法中使用的大多数数据，但又不是那么具体。这种模型也不如定量方法中那么严格。其结果通常是给出后果和概率的类别，而不是风险数值，但每一类都与数值相关联，以允许计算风险和应用相关的风险接受准则。

　　2.3.4持续改进的方法

　　实际上，RBI研究通常使用定性、定量和半定量的方法。三种方法相互补充，而不是相互竞争。这三种方法是一个连续统一体，中间为半定量方法，定性和定量方法是这个连续统一体的极端情况。图1说明了这种连续统一体的概念。

　　图1 RBI方法的连续统一体

　　图2是RBI流程的一个简单块状图，描述了基于风险分析检测计划的关键要素。

　　2.3.5精度和准确度

　　精确风险值（定量分析）意味着在与风险矩阵（定性分析）进行比较时具有更高的准确性。预测破坏及其速度的基本原则，应当考虑检测数据和检测中使用技术。实际上，有很多其他外来的因素与失效的后果一样也将影响破坏速率的概率，这些因素不能完全在一个固定的模型里全部考虑进去。因此，使用定性和定量的方法作为相互补充，可能对于产生更可靠更有效的评价来说更为有益。在很多不能完全通过逻辑模型描述的情况下，使用专家判断可能更加有意义和更加准确。

　　图2 RBI计划流程

　　2.4 RBI检测

　　2.4.1检测间隔的制订

　　在工厂中，检查和测试程序的建立是为了检测和评价由设备使用引起的退化。检测程序的范围很广，从局部程序到包含各种设备的广泛的程序。有两个极端情况，一个是“不进行维修直到其损坏”，另一个是以“一定频率检测所有的设备”。

　　检测间隔的设定随着时间不断变化。为了满足设备的完整性，很多工厂采用了定期检测的方式。随着检测方式的进步和对退化速率、类型的深入了解，检测间隔越来越取决于设备的条件，而不再是一个统一的限期，API510、570、和653等规范发展了检测原理，其基本要素包括：

　　a) 以设备寿命的一定比例作为检测间隔（例如寿命的一半）；

　　b) 低退化速率设备的在线内部检测；

　　c) 针对工艺环境引起开裂失效机理的内部检测；

　　d) 基于后果的检测间隔。

　　RBI代表了新的检测方式和检测间隔的设置，认识到检测的最终目的是使设备在一个安全可靠的状况下运行，将注意力集中在最大的风险的设备和相关的退化机理上。在关注风险及其减缓措施的同时，更好地将设备失效机理和有效降低风险的检测方式联系起来。

　　2.4.2检测优化

　　在确定设备的风险和对不同检测技术在降低风险方面的相对有效性进行量化后，就有了足够的信息来进行风险检测程序的优化。在检测在役装备的损伤和减少风险方面，并非所有的检测程序是同等有效的。

　　RBI提供了一个检测方法和检测频率优化组合方案。RBI对每一种检测方法进行分析并评价每种检测方法在减少失效概率方面的相对有效性。给出这些信息和每个过程的费用后，给出一个优化的程序。这种程序的关键点是评价每一相关的设备项的风险，然后判断最合适的检测技术。
 
PBI风险评估（4）

　　 3.1建立RBI评估的目的和目标

　　 RBI评估是一个团队合作的过程，实施RBI评估应当有明确的目的和目标，这个目的和目标应为RBI小组和管理人员充分理解。

　　 3.1.1RBI评估的目标

　　 RBI的目标之一是更好地理解装置或过程单元的运行风险，以及所采取的检测、维护和风险减缓措施的效果。通过对风险的理解，可制定一个检测程序优化检测和装置维护资源的使用。

　　 3.1.2定义风险标准

　　 RBI评估将给出所评估的项目的风险。RBI小组和管理方可能希望判别单独设备项目和累加风险是否能够接受。由于每个企业对可接受的风险等级都不一样，企业之间的风险管理判定也不一样。如果用户没有判断风险接受程度的标准，建立这个标准就成为RBI评估的目标之一。

　　 3.1.3管理风险

　　 在识别风险之后，将采取检测和/或其他减缓措施使风险降低到一个可接受水平。采取的这些措施可能与法定的或已证实的检测程序完全不同。然而，管理和降低风险的结果为了促进安全、避免内容损失和商业损失。

　　 3.1.4降低费用

　　 减少检测费用通常不是RBI评估的主要目的，但通常也是风险优化作用的一方面。

　　 3.1.5 符合安全和环境管理要求

　　 为了满足安全和环境要求，使用RBI进行风险管理的重点是实施一个有效检测程序。RBI将风险管理工作集中在那些风险最大的区域，提供一个系统化的方法，帮助用户选择设备和确定检测频率、范围，以及满足目标性能的检测程序。

　　 3.2 建立RBI评价的物理边界

　　 建立的物理资产边界要与全部的目标一致，评估数据的水平和资源的适用性直接影响评估物理资产范围。筛选过程的重点是在那些最重要的物理资产上，这样就使时间和资源得到有效的利用。

　　 RBI评价的范围可以从整个炼油厂、油气生产装置或天然气装置等到单个设备的一个无件。在大多数装置中，大部分的单元风险主要集中在部分设备上。在风险评估时应当更加注意那些具有潜在高风险的项目。在筛选设备时，需要考虑下面的问题；

　　a) 退化会危及安全设备的完整性吗？

　　 b)哪一类型设备有最大的可靠性问题？

　　 c)如果压力范围失效，设备的哪一部位失效后果最严重？

　　 d)设备的哪个部位最易于退化，这种退化将影响设备的压力范围？

　　 e)设备在哪个部位的设计安全余时或腐蚀余最较小，这些部位将影响到设备压力范围的设定。

　　 3.3确立运行边界

　　 与物理边界相似，RBI研究的运行边界应当与研究目标、评估的数据水平和资源一致。建立运行边界是为了识别那些影响装置退化的关键工艺参数。RBI评估通常包括正常运行条件下失效后果（COF）和失效概率（POF）的评价。开工和停车条件与突发事件和非正常条件一样，应当评价它们对失效概率（POF）和失效后果（COF）的潜在影响。

　　 在RBI评估中使用的运行条件，包括任何灵敏度分析，应当记录为评估的运行限制。监控关键工艺参数以确保其运行在边界之内的是非常重要的。

　　 3.4 RBI数据

　　 RBI研究可以使用定性、半定量、定量的方法。这些方式的最基本的区别是输入、计算和输出的数量和详细程度。RBI分析需要的典型数据包括（不仅限于此）：设备类型，材料的构成，检测、维修和替换记录，工艺流体成分，流体总量，运行条件，安全系统，检测系统，退化机理、速率和严重性，人员密度，保护层、覆盖层和隔离数据，商业间断费用，设备替换费用，环境补救费用等。

　　3.5失效概率的评估

　　3.5.1识别破坏机理和失效模式

　　识别RBI研究里包括的全部设备的合理退化机理、易感性和失效模式对RBI评价的质量和效用非常重要。退化的机理、速率和易感性是失效概率评价的最基本输入，失效模式是确定失效后果的关键输入。在RP580中考虑了四种主要的退化机理：

　　a) 减薄（包括内部和外部）；

　　b) 应力腐蚀；

　　c) 金相和环境；

　　d) 机械。

　　3.5.2失效概率分析

　　RBI程序的概率分析是由内容物损失引起的特定不利后果的概率，这种内容物损失是由一定退化机理引起的。失效概率分析应当重点研究那些设备易感的全部退化机理。更深一步，应当集中在那些易于发生多种退化机理的设备（例如：减薄和蠕变）。与确定当前的失效概率一样，还可以确定将来一段时期或条件的失效概率。重要的是要验证计算失效概率所用的方法对于用户的需要来说是全面的和充分的。

　　3.5.3概率分析的类型

　　a) 失效概率定性分析

　　定性方法包括识别工艺单元、系统或设备、材料结构和腐蚀元件。根据运行历史、将来的检测维护计划和可能的材料退化等情况，对每一个单元系统、设备组或单独的设备项的失效概率都可以单独进行评估。可以确定每个单元、系统、设备组或设备项的失效概率等级。这种方法，失效概率等级可以用文字描述（例如，高，中，低），或者可以使用数字描述（例如0.1到0.01次/年）。

　　b）失效概率定量分析

　　有很多定量概率分析的方法。例如，利用特定失效数据或专家意见计算失效概率，就使用了概率论的方法。可以从有问题的特定设备项或相似设备项得到这些失效数据。概率通常表示为一个分布而不是一个单一的值。失效概率的“定性”和“定量”分析是一个连续统一体的两个端点，而不是截然不同的方法。

　　3.6 RBI失效后果的评估

　　RBI后果分析，为区分设备元件可能失效时的重要性提供依据。对所有用户来说，后果分析有助于建立设备元件相对的风险等级。RBI后果分析主要关心内容物泄漏失效损失和相应的流体泄漏可能对安全、健康、环境、设备和商业造成的损害。

　　3.7风险分析

　　风险=概率×后果。一旦风险数值确定，它们可能通过各种方式将分析结果提交给决策者和检测计划制定者。风险分析的一个目标就是将结果用大家都能明白的相同格式进行交流。使用风险矩阵对实现这一目标很有帮助。可以使用不同大小的矩阵（如：5×5，4×4，3×3等）。无论如何选择矩阵，后果和概率类型应能将评价的设备区分开来。风险类型可以是风险矩阵中的一个区域。

　　3.8 RBI检测

　　3.8.1基于风险评价建立检测策略

　　RBI评价和风险管理评价的结果，可以作为设备组整体检测策略制定的基础。检测策略可以和其他的减缓计划一起制定，使所有设备的最后风险都可以接受。制定要测计划时，用户应该考虑风险的等级、风险驱动、设备的历史、检测的数量和结果、检测的类型和有效性，设备的相似工况和剩余寿命等因素。

　　检测的策略是个需要重复验收证的程序，确保检测工作总是针对高风险的设备，执行检测工作才能有效降低风险。

　　3.8.2用检测工作管理风险

　　过去检测的有效性一定程度上决定了现在的风险。将来的检测工作会影响将来的风险。RBI用“what if”工具决定检测时间、内容和方式，从而产生一个可接受的将来的风险水平。影响将来风险的主要参数和因素如下：

　　a)检测的频率——增加检测率可以更好地认识、确定或控制退化机理，从而降低风险，常规和改变的检测频率都可以得到优化。

　　b)范围——单个设备或一组设备的不同检测区域或面积可以决定产生可接受风险水平的范围。

　　c)工具和方法——选择和使用合适的检测工具和方法可以有效优化开支和降低风险。选择检测工具和方法时，检测人员应考虑到多种技术可以降低风险。然而，不同选择得到的减缓程度也有不同。

　　d)过程和经验——检测过程和实际的检测经验影响活动确定、测量和（或）监控退化机理的能力。如果检测活动是由训练有素且有资格的检测人员执行的，可以获得期望的风险管理结果。用户应提防认定所有的检测员和NDE测试员都是有资格和经验的，而应采取措施保证他们有合适的经验水平和资格。

　　e)内部或外部检测——通过内部和外部检测降低需要评价。通常外部检测和对运行设备的有效检测可以为风险评价提供有用的数据。值得注意的是，内部检测有时会引起破坏，增加设备的风险。

　　用户可以通过调整参数获得优化的检测计划，使风险和理有效而实际。

　　2.8.3用RBI管理检测费用

　　通过实施RBI可以更有效的管理检测费用。将资源应用或转移到高风险的区域，或基本选择的策略。这一策略允许考虑减少低风险检测区域内的检测活动，或者是这些检测活动对相应的风险没有帮助。检测的资源应用在最需要它们的地方。

　　另一种管理检测费用的方法是在检测计划中确定那些非介入式检测的设备。如查非介入式检测能提供充分的风险管理，那么就可以节约开支，而不需要停工进行内部检测。如果介入式设备是造成操作单元停工的主要原因，那么非介入式检测可以增加单元的正常运行时间。用记应认识到实施RBI有降低检测开支的可能，设备完整性和检测开支的优化是重点。

　　3.8.4评价检测结果，确定腐蚀行为

　　检测结果，如退化机理、退化速率、设备对破坏类型的耐受性，可以作为评定剩余寿命和将来的检测计划的参数。结查也可以用于对照和确定模型，这此模型可能已经用于失效概率的计算。对所有需要维修和更换的设备元件，可以作出一份行动计划。

　　3.8.5 用 RBI获得运行周期最小的成本

　　RBI不仅可以通过优化检测费用直接降低运行同期的成本，还可以通过各种成本-效益评价，降低整个运行周期的成本。下面的例子给出了如何运用RBI的成本-效益评价来降低工运行周期的成本。

　　a) RBI增加了对退化机理造成的失效的预测。这增加了用户持续安全运行设备的信心，使运行时间更接近预期的失效时间。这样做会增加设备运行时间，降低周期的成本。

　　b) 运用RBI可以评物价物流腐蚀性增强所带来的影响。在相应的计划中可以确定改善制造材料或更换个别的零件。制造材料计划可以考虑安全运时间，使其与检测计划相符。这相当于通过降低维护、优化检测、增加设备正常运行时间的方法来增加利润，降低运行周期的成本。

　　c)转产和维护费用对设备运行周期的成本也有影响。使用RBI检测计划的结果，可以更准确地指出检测的位置和需要的维修和更换，可以预先计划转产和维护工作，有些时候，它执行起来比无计划的费用要低。

　　3.9 RBI再评价

　　RBI 是个动态的工具，可以对现在和未来的风险进行评价。这些评价是基于当时的数据和认识。随着时间推移，不可避免会有改变，RBI评价的结果应该更新。维护和更新RBI程序是很重要的，保证了最新的检测、工艺和维护信息包含在内。
 
RBI小组（5）

　　 RBI需要从很多方面收集数据，专门分析和作出风险管理的决定。一般来说，通常由一个有所需技术和经历的小组来有效实施RBI评价，即RBI小组。该小组由设备检测员或检测专家、材料和腐蚀专家、工艺专家、操作和维护人员、风险评价人员等组成。RBI小组成员应接受RBI方法和使用程序的基本培训。