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中国腐蚀与防护学报, 2024, 44(3): 553-566 DOI: 10.11902/1005.4537.2023.191

综合评述

基于风险的检验技术在石油炼化领域中的研究进展

丁昱智1, 曹金鑫2, 曹凤婷,1, 李涛,3, 陶建涛4, 王铁钢1, 杲广尧1, 范其香1

1.天津职业技术师范大学 天津高速切削与精密加工重点实验室 天津 300222

2.中化蓝天集团有限公司 杭州 310053

3.中国石油化工股份有限公司天津分公司装备研究院 天津 300451

4.天津因科新创科技有限公司 天津 300393

Research Progress of Risk-based Inspection Technology in Petrochemical Industry

DING Yuzhi1, CAO Jinxin2, CAO Fengting,1, LI Tao,3, TAO Jiantao4, WANG Tiegang1, GAO Guangyao1, FAN Qixiang1

1. Tianjin Key Laboratory of High Speed Cutting and Precision Machining, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 300222, China

2. Sinochem Blue Sky Group Co., Ltd., Hangzhou 310053, China

3. Equipment Research Institute, Tianjin Branch, SINOPEC, Tianjin 300451, China

4. Tianjin Inke Innovation Technology Co., Ltd., Tianjin 300393, China

通讯作者: 曹凤婷，E-mail：ftcao_88@163.com，研究方向为金属的腐蚀与防护；李涛，E-mail：litao3.tjsh@sinopec.com，研究方向为石化设备的管理、检验检测及开发

收稿日期: 2023-06-09   修回日期: 2023-07-17  

基金资助: 天津市科技计划项目.  22YDTPJC00450
天津市教委科研计划项目.  2020KJ103
天津市教委科研计划项目.  2021ZD005
天津职业技术师范大学科研启动基金.  KYQD202206

Corresponding authors: CAO Fengting, E-mail:ftcao_88@163.com;LI Tao, E-mail:litao3.tjsh@sinopec.com

Received: 2023-06-09   Revised: 2023-07-17  

Fund supported: Tianjin Science and Technology Correspondent Project.  22YDTPJC00450
Tianjin University Science and Technology Development Fund Project.  2020KJ103
Tianjin University Science and Technology Development Fund Project.  2021ZD005
Research Development Foundation of Tianjin University of Technology and Education.  KYQD202206

作者简介 About authors

丁昱智，男，1999年生，硕士生

摘要

基于风险的检验(RBI)是近30年来西方发达国家所采用的一种设备风险管理技术，在石油化工领域应用广泛。RBI利用快速的过程条件来推荐检验策略，这些策略可以预测设备的剩余寿命，从而给出检验方案，提升检验效率，降低检验成本。RBI是一个风险评估和管理过程，它提供了一种确定最佳检查的方法。RBI可以识别高风险设备和低风险设备，并将检查资源同时集中在高风险设备上。本文介绍了RBI技术方法的类型及实施过程，以及RBI在国内外研究进展及现状，综述了RBI技术在典型石油炼化领域中的研究现状与腐蚀问题，分析风险优先数(RPN)在风险检验中的应用与基于风险检验的动态检验方法，并阐述了RBI技术的优势及目前存在的问题，并在此基础上展望了RBI风险评估的发展方向。

关键词： RBI ; 检验策略 ; 石油炼化 ; 腐蚀 ; RPN

Abstract

Risk-based inspection (RBI) is a kind of equipment risk management technology adopted in Western developed countries in the past 30 years, which is widely used in the field of petrochemical industry. Based on so-called fast process condition, RBI recommends inspection strategies, that predict the remaining life of the equipment, thereby providing inspection solutions with higher efficiency and lower costs. RBI is a risk assessment and management process that provides a way to determine the best checks. RBI can identify high-risk and low-risk devices and focus inspection resources on high-risk devices at the same time. This paper introduces the types and implementation process of RBI technology and methods, as well as the research progress and status quo of RBI at home and abroad, reviews the research status and corrosion problems of RBI technology in typical petroleum refining and chemical fields, analyzes the application of risk priority number (RPN) in risk testing and the dynamic testing method based on risk testing. The advantages and existing problems of RBI technology are expounded, and the development direction of RBI risk assessment is forecasted on this basis.

Keywords： RBI ; inspection strategy ; petroleum refining ; corrosion ; RPN

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本文引用格式

丁昱智, 曹金鑫, 曹凤婷, 李涛, 陶建涛, 王铁钢, 杲广尧, 范其香. 基于风险的检验技术在石油炼化领域中的研究进展. 中国腐蚀与防护学报[J], 2024, 44(3): 553-566 DOI:10.11902/1005.4537.2023.191

DING Yuzhi, CAO Jinxin, CAO Fengting, LI Tao, TAO Jiantao, WANG Tiegang, GAO Guangyao, FAN Qixiang. Research Progress of Risk-based Inspection Technology in Petrochemical Industry. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2024, 44(3): 553-566 DOI:10.11902/1005.4537.2023.191

石油炼化装置日益趋近于大型化、高端化方向，一旦发生事故所引起的各种危害十分严重，不但会在经济上造成巨大损失，而且对社会和环境也会造成巨大的影响[1]。保障石化装置能够安全运行，即提高设备检修及维护的科学性与可靠性势在必行[2]。在用化工设备由于需要长周期运行，维护和检验成本较高，采用风险评价技术对其安全状况进行评估[3]是保障化工设备安全运行的必要性举措。基于风险的检验(RBI)，其目的是在大规模事故发生前，识别出可能导致故障出现的设备损坏或装置缺陷。此外，它还能够预测由设备故障引起的结果以及这些事件发生的频率和概率[4]。RBI技术是在特种设备安全性与经济性统一的基础上优化检测方案的一种方法[5]，进行RBI评估后可以掌握每个部件的失效风险程度，避免无效和不必要的检测，优先检测风险程度高的设备。该方法在石化领域中应用广泛。

本文针对RBI技术在典型石油炼化装置中的研究现状与应用，以及风险优先数(即RPN)应用的全面综述，归纳了RBI的优势和劣势，并展望了我国RBI技术的发展趋势。

1 RBI介绍

1.1 RBI技术

RBI是针对材料损伤所引起的设备失效的风险评估和管理过程[6]。对于炼化企业来讲，进行RBI工作具有重要的意义，因为RBI可以对特种设备进行风险等级划分[7]。对在役设备不采用常规的检测方法，而是在风险分析结果基础上，对高风险设备进行重点检验，即综合危险发生的概率和后果的大小，最后根据风险值的排序，确定相应的检测措施[8]。

RBI检验与传统检验相比具有显著优势。图1示出了传统检验方法与RBI检验的比较。可以看出，当检验活动等级持续增加时，设备的风险会随之降低；但当检验活动达到一定程度后，风险便趋于平缓不再降低。同样，在风险相同的情况下，经过RBI评价后设备的检验量相对较少[9]。所以RBI技术是一种降低风险的有效手段。

图1

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图1   RBI评价与传统方式的比较[9]

Fig.1   Comparison between RBI evaluation and traditional methods[9]


1.2 RBI风险评价类型及方式

RBI技术有定性与定量两大类[10]，即可预测出企业生产中设备的故障情况，又可由数据推断出企业装置故障或失效的可能性，同时还可推断出故障之后所造成的危害[11]。因此数据采集是不可缺少的，并且数据量越大越精细则越有利于提高分析结果的准确性[12]，数据的丰富性和准确性对评估结果是至关重要的。

RBI风险评估方法分为定性、半定量和定量。企业进行RBI风险评估的形式取决于环境、分析要求等因素。RBI风险评估方法必须包括的要素包括RBI危险辨识、RBI失效概率的评估、RBI失效后果评估、RBI风险计算、RBI风险排序和RBI风险的再评估[13]。Tien等[14]提出完全集成的RBI系统必须包括检验活动、检验数据收集、更新和持续质量改进。图2示出了为进行定量RBI分析而需要输入的基本要素，这些基本要素包括：设备寿命(Age)、损伤机制和比率(Damage Mechanism(s) & rates)、检查效果(Inspection effectiveness)、管理因素(Management factor)、一般故障频率(Generic failure frequency)和可能性因素(Likelihood factor)等。

图2

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图2   风险分析模型[14] (已获得参考文献[14]的转载许可，版权所有© 2007 ELSEVIER SCIENCE INC)

Fig.2   Risk analysis model[14] (Reprinted with the permission from Ref. [14], Copyright© 2007 ELSEVIER SCIENCE INC)


1.3 RBI实施过程

在RBI中，风险被定义为事件发生的概率和事件后果的乘积。它可以系统地写出如下所示[15]：

Risk=Probability×Consequence

风险评估是一个识别危险源的过程，以便能够估计风险并对其进行评估，此风险评估流程将回答以下问题：是什么导致了这个问题，问题多久发生一次以及问题的后果是什么。风险可以5 × 5风险矩阵的形式书写，如图3所示该矩阵将风险级别划为4类，即低风险、中风险、中高风险和高风险[16]。

图3

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图3   平衡风险矩阵[16]

Fig.3   Balance risk matrix[16]


RBI技术的实施包括危险识别、失效概率评估、失效后果评估、风险计算、风险排序及风险再评估等步骤[17]。技术人员在对装置风险水平进行了识别之后，可以根据具体设备情况，制订相应检测与维修划，包括探测位置，探测方法例如探针检测技术[18]、维修周期及剩余寿命等，通过风险再评估，持续减少装置可能带来的危险，改进检修策略[19]。RBI检验工作的基本流程如图4所示，通过找出应优先或重点检验的设备项，确定可延长检验周期的设备，优化检验方案，并提出安全管理的措施建议[20]。

图4

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图4   RBI检验工作的基本流程[20](已获得参考文献[20]的转载许可，版权所有© 2019中石化洛阳工程有限公司)

Fig.4   Basic process of RBI inspection work[20] (Reprinted with the permission from Ref.[20], Copyright© 2019Sinopec Luoyang Engineering Co., LTD)


2 国内外发展历史及研究现状

2.1 国外发展历史及研究现状

在众多学者和石化管道公司的不断探索和完善下，RBI的研究已经发展出了多种不同的标准和适用范围的评估方法。其中，风险分析是一种较为成熟的方法。在20世纪30年代，美国的金融和保险业首次引入了风险管理的概念[21]。之后，该概念逐渐扩展到其他企业领域。在20世纪70年代，核工业开始采用风险决策和检修计划来确定风险。同时，在石油化工领域，挪威船级社(DNV)率先探索了一种基于风险的检验技术，旨在对海洋平台进行风险评估研究[22]。

为指导风险管理和风险评价在加拿大油气管道输送行业的应用，加拿大石油生产商协会(CAPP)于1993年发布了CEC J2793文件，即管道系统风险评价技术标准，由法国国际检验局(BV)公司开发的RB-EYE软件以及AIM技术使用该标准[23]。美国机械工程师协会(ASME)于20世纪末出版了多种RBI指导文件，用于各种不同的行业[24]。《API Publication 581》[25]于2000年5月被API正式颁布。2002年，API发行了推荐性的RBI技术标准API RP 580[26]，该标准给石油化工行业进行RBI风险评估提供了详细的技术检验方法。

2009年，Bertolini等[27]制定基于风险的检查和维护(RBI&M)程序，其开发的RBI&M程序包括范围识别、功能分析和风险评估等模块，此程序使炼油厂能够最大限度地降低总体风险，同时考虑到了时间和预算(周转情况)方面的限制。结果表明，RBI对衡量维修质量的指数有了明显的改善。Shuai等[28]于2012年在基于风险的大型原油储罐研究中提出，RBI是一种以风险为基础对检查进行优先排序和管理的方法。RBI技术不仅可以定量评估储罐的风险，通过关注高风险储罐来提高油库的风险管控水平，还可以预测原油储罐的检查间隔。该技术通过风险对比评估还可增强企业安全性。2014年，Wang等[29]通过对比Monte Carlo与RBI两种方法对乙烯裂解炉炉管失效概率的分析，认为RBI可为裂解炉炉管的风险评估提供必要的失效概率数据。Cox[30]在分析腐蚀监测和腐蚀管理方法时发现，RBI能够显著提高加工厂的安全性，同时可降低检测和维护成本。然而，当工艺条件的间歇性偏移导致腐蚀速率的非常规骤增时，解决该问题的唯一策略是增加检查频率，但这是极其昂贵的[31]。通过RBI技术并结合在线检测可有效解决该问题。Kamsu-Foguem[32]于2016年提出在石油工业中，正如在许多其他复杂领域中一样，专家在问题求解过程中的隐性知识对所获得的结果有着重要的影响。因此，模拟的经验反馈过程整合了知识获取和解决方法中更详细的解释。为了从经验反馈过程中获取知识，图5中展示了一个概念模型(背景、分析、解决方案和吸取的教训)，该模型结合了解决问题的方法，以从实际经验中生成明确的结论。RBI技术正是通过结合该模型方法，从实际应用中得到经验，根据事件背景并作出分析从而制定检验计划，实施解决措施，吸取教训，从而最终得出结论。但值得注意是，该评估方法对人的主观性依赖较重。2019年，Rachman和Ratnayake[33]提出，由于RBI定性性质和对合理工程判断的高度依赖，筛选评估容易受到人为偏见和错误的影响，导致输出具有可变性，进而威胁到资产的完整性。基于执行RBI筛选评估的机器学习模型的智能系统，性能最好的模型分别达到92.33%和84.58%的准确度和精密度。结果表明，机器学习方法的应用通过降低输出可变性和提高准确度及精密度，潜在地提高了传统RBI筛选评估输出的质量。此外，RBI还可通过建模等方式制定预防腐蚀数据库。2020年，Defteraios等[34]根据API和最新EN标准的规定，提出一种基于半定量RBI建模的方法，采用一系列线性回归预测模型来描述制氢蒸汽重整装置的年腐蚀速率。根据腐蚀回路和设备寿命预测，可以进一步定制腐蚀预防数据库，并加入动态风险框架可以增强原始RBI技术。2022年，Arena等[35]对RBI-IOWs的风险评估方法进行阐述，认为可通过动态风险框架分析来增强原始的RBI技术。

图5

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图5   结合问题解决技术的经验模型[32] (已获得参考文献[32]的转载许可，版权所有© 2016 Elsevier BV)

Fig.5   Empirical model combining problem-solving techniques[32] (Reprinted with the permission from Ref.[32], Copyright© 2016 Elsevier BV)


综合来看，国外RBI检验技术应用较早，使用较为广泛，在石油炼化装置腐蚀监测领域具有相对丰富的数据支撑。相比之下，我国RBI技术起步相对滞后，大量收集设备服役期间数据相对匮乏，特别是早期的炼化设备，运行数据及检测数据均缺乏电子版存储，直接影响了RBI实施的难度和准确性。纵观RBI的研究及应用历史，该技术逐步向高准确性、智能化的方向发展，而实现该目标的关键和难点在于背后计算模型的构建以及基础数据的完整性。随着机器学习的广泛应用及石油炼化从业人员数字化转型意识的增强，RBI复杂的操作过程及相对粗糙的预测结果将会得到大幅度改善，进而推动其更广泛的应用。

2.2 国内发展历史及研究现状

我国RBI研究的起步较晚，20世纪末才开始学习、引入RBI概念，自20世纪90年代中期出现研究承压设备的风险分析技术，并逐步将其引入到生产管理当中[36]。2002年，天津石化与相关机构开展合作，采用DNV公司的RBI技术，在大芳烃预加氢设备方面开展试点操作[37]。2003年3月，合肥通用机械研究院和法国BV等机构协同形成项目组，针对乙烯裂解以及炼油加氢裂化装置开展RBI分析[38]，这是在国内第一次采取定量RBI的运用活动。之后，国内企业逐渐了解并使用RBI技术。2007年，张兵[39]使用RBI技术对兰州石油化工公司的设备进行评估，将设备评估后按照风险高低进行排序，从而得出更为科学合理的设备检修时间。通过对兰州石化进行RBI检测，有效挽回了由于设备检修造成的经济损失。和发达国家承压设备的安全情况相比，我国的设备情况存在很大的不同，主要分为3点：一是存在先天性缺陷，二是超期服役情况严重，三是材料工业基础薄弱。因此，我国使用RBI技术应按照国内企业现有状况进行合理更改，不应一味追求近期直接经济效益，应立足于本质安全和中、长期运行费用的削减。RBI的安全性与可靠性逐渐被炼化企业所接受。2008年，邵建雄[40]对RBI技术在炼化企业中的应用进行阐述，并详细介绍了RBI在3个应用案例中的使用情况。在他看来，利用RBI评估可以保证长周期运行装置设备运行的安全性与可靠性，对提升企业安全水平，降低与避免安全事故发生均有非常重要作用。RBI技术同样适用于承压、安全阀、储罐等设备。2015年，陈炜等[41]对700余套石化装置开展检验工作，研究并提出了基于风险的石化装置承压设备检验优化技术。2017年，王宇[42]对某厂炼油部2014~2015年失效的两台安全阀进行失效分析，并综合考虑了运行过程中介质的腐蚀性，对安全阀校验方案进行了优化。通过合理的运用安全阀风险评估技术，形成一个完整的RBI闭环[43]，进一步提升了企业的安全水平。2019年，周杨等[44]对某炼油厂26台常压储罐进行RBI评估，识别损伤机理，确定检验时间，制定检验策略。在对12台常压储罐进行腐蚀检查后，发现原油罐、渣油罐等出现明显腐蚀坑，与RBI评估结果一致。2021年，宋浩洋[45]对工厂石化储罐进行RBI技术的安全风险评估分析，主要对储罐的失效机理和失效概率进行分析。他们通过使用RBI安全风险评价技术以及事故树分析法对石化储罐进行安全风险分析。2022年，田峻东[46]为了解决风险评估程序中储罐底板腐蚀速率参数的确定问题，提出了一种基于罐底超声测厚数据的思路。黄绍硕等[47]采用对某油库大型原油储罐G1至G6进行在线监测和RBI风险评估结合的方法，通过在线检测获取的数据作为RBI评估数据采集的一部分，进而计算了储罐的风险及其等级。柴军辉等[48]对承压类特种设备的安全阀校验周期进行了RBI分析，给出了在役安全阀延期校验周期的确定原则以及在线检查频率的安全值。

近年来，我国石油炼化企业逐渐接受并使用RBI技术，因此RBI技术的重要性得到广泛的关注。但由于我国石化设备材质、介质和流速[49]等腐蚀环境与国外存在差异性，且我国石油资源深度开采，原油密度和酸值不断提升，我国进口劣质原油数量逐年上升，一些设备腐蚀比较严重，给长周期安全生产带来了巨大压力。相对于国外市场，国内对RBI技术的需求更加迫切，所以需要不断优化并合理应用RBI技术，使其能够及时监控易腐蚀设备，输出合适的风险评估报告，以保证装置长周期运行。

3 RBI在典型石油炼化装置中的应用

由于石油需求逐步增加，原油质量逐步下降，石油炼化装置生产压力增大，炼化装置腐蚀风险逐渐加大[50]，因此石油炼化领域对RBI技术的应用需求逐渐凸显。本文主要介绍RBI技术在常减压装置、乙烯装置、催化裂化装置和延迟焦化等典型装置中的应用。

3.1 RBI在常减压装置中的应用

作为炼油企业龙头装置的常减压装置，其腐蚀现象较为突出，整体安全风险大，存在诸多安全隐患。RBI技术可以有效分析常减压装置腐蚀回路与腐蚀机理，及时监控安全隐患。同时，RBI技术针对高风险区域能够做出划分，提高检验效率。例如，罗重春等[51]对某石化常减压装置采用RBI技术进行隐患排查，首先分析原油一次加工过程中的腐蚀性介质，例如原油换热工段腐蚀性介质主要为硫化物、盐类、有机酸等，电脱盐工段腐蚀性介质主要为有机酸、氯化物、硫化物、无机盐类；其次结合相关标准、文献列出装置主要损伤机理及易发生位置，将具有相同损伤机理的设备和管道进行评估单元划分，例如腐蚀减薄中烟气露点腐蚀易发生位置为常压和减压加热炉炉管外等；最终通过失效可能性 公式(2)计算风险等级并绘制成矩阵图(图6)。 公式(2)中POF(失效概率)作为时间函数Pf(t)；gff为同类失效频率，即根据大量部件数据确定的特定部件类型的失效频率；Df(t)为破坏系数；FMS为管理系统系数。从图6可知，该常减压装置无高风险单元，中高风险单元15个占比2.61%，中风险单元460个占比80%，低风险单元100个占比17.39%。通过该设备比例与安全风险比例图可以看出，大约20%的设备承担了约90%的安全风险。因此识别和管理好这20%的设备，能够同时兼顾安全性与经济性，极大地提升管理效率和管理水平。

图6

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图6   常减压装置风险矩阵图[51] (已获得参考文献[51]的转载许可，版权所有© 2021中国石化集团资产经营管理有限公司北京燕山石化分公司)

Fig.6   Risk matrix diagram of atmospheric and vacuum devices[51] (Reprinted with the permission from Ref.[51], Copyright© 2021 Beijing Yanshan Petrochemical branch, Sinopec Asset Management Co., LTD.)


Pft=gffDftFMS

RBI技术可以有效节省常减压装置检测成本并提高设备完整性管理。例如，郑灵研[52]应用RBI技术在镇海炼化Ⅰ套常减压装置开展风险分析，缩小了该装置的检测频率，从而大大节约了设备的检测成本。

近年来，伴随着我国众多炼化一体化项目开工建设和建成投产，从中东和中亚地区进口高硫原油数量大幅上升。由于油品中含有较高的硫化物、胶质等杂质成分以及高温裂解过程产生大量酸性气体等原因，常减压蒸馏装置经常发生设备腐蚀穿孔事故，造成了重大经济损失。例如，王晓博等[53]通过对某石化企业常减压装置进行RBI分析，探讨中东高含硫原油对常减压装置腐蚀的影响。根据RBI分析评估及腐蚀调查结果，建议加大在线测厚频率。胡洋等[54]对中石化齐鲁分公司胜利炼油厂的3套常减压装置进行腐蚀监控。检测结果分析显示，该装置低温部分主要的腐蚀原因为HCl+H2S+H2O的腐蚀环境引起的。通过RBI技术进行分析检测常减压装置，可针对腐蚀严重程度制定科学合理的检测策略。

3.2 RBI在乙烯装置中的应用

乙烯装置生产的三烯(乙烯、丙烯、丁二烯)和三苯(苯、甲苯、二甲苯)是其他有机原料和3大合成材料(合成树脂、合成橡胶、合成纤维)的基础原料[55]。乙烯装置长周期运行不仅可以节省企业的维修费用，还可以增加企业的生产效益。RBI方法对乙烯装置同样适用。该技术可以为乙烯装置提供检测依据。刘晨[56]对大庆石化公司乙烯装置进行了RBI评估应用。RBI技术分析在实施过程可有效降低设备的开盖率，提高大检修计划的有效性[57]；RBI分析项目不仅为检测计划、大修合理检修费用的分配以及管线材质[58]升级提供了科学依据，同时也有效提升了设备管理的效率和水平。

RBI技术还可以为乙烯装置缩短检验周期和提供可靠评估。陈学冬等[59]在茂名石化的乙烯裂解装置中使用法国BV开发的RB∙eye软件进行风险评估分析，通过RBI分析将原来3~6年检验周期的设备与管道进行了科学合理分类。张友天等[60]对某石化公司乙烯装置部分工业管道进行评估，管道合计2444条。但考虑在使用过程中非正常工艺以及制造过程中遗留下来的缺陷等因素，RBI评估技术无法给出可靠的评价。因此，RBI评估技术应与设备实际使用情况结合，对中高风险的设备应增加检测与维护。

3.3 RBI在催化裂化装置上的应用

催化裂化装置是炼油企业中的重油二次加工装置，属于炼油企业中最重要、最复杂的装置之一。催化裂化装置的工艺原理是将原料油经雾化后与流化状态下的高温催化剂接触，从而将原料油裂化反应生成干气、液化气、汽油和柴油等产品[61]。催化裂化的工艺流程包括反应-再生系统、分馏系统、吸收稳定系统以及能量回收系统，这些系统共同构成了整个装置的核心组成部分[62]。

RBI技术可以对催化裂化装置中各系统存在的损伤模式及易腐蚀部位进行预测。例如邱志军等[63]在催化裂化装置损伤模式分析中指出，通过对该装置设备、工艺数据及运行工况的整理及分析，并按照相关标准计算可得到RBI风险矩阵分布图。通过RBI分析评估及腐蚀调查可知，由于原料油含硫量波动频繁。

RBI对催化裂化装置评估具有更强的目的性，但在评估结果中出现了RBI结果略保守的问题。任世科等[64]通过运用RBI技术对兰州石化公司重油催化裂化装置的静设备和管道进行风险评估，可以明显看出目前检验计划的目的性、可操作性更强，系统性和针对性也更突出。李代兵等[65]对天津石化催化裂化装置进行了RBI的评估及全面检验情况的对比。结果表明，RBI评估结果与检验结果基本吻合，但RBI结果略偏保守。130万吨/年催化裂化装置的设备腐蚀减薄的实测速率与RBI结果吻合，多数RBI预测速率大于实测推算值，材料置信度偏保守。王瑞恩等[66]使用ORBIT ONSHORE软件对炼油厂催化裂化装置进行了定量RBI分析。结果表明设备和管道的总体受损情况并不严重，设备的腐蚀减薄均在可接受范围内。

但不可否认的是，RBI对催化裂化装置评估结果具有一定的指导性，能更有效地解决催化裂化装置中的安全隐患。陈俊仰等[67]对某炼油厂催化裂化装置中73台静设备和581条压力管道进行定量风险评估和风险排序。RBI评估结果与大修检验结果进行对比分析，结果表明RBI评估结果具有较好的指导性。李涛[68]以天津某公司某催化裂化装置为RBI评估对象，通过综合应用RBI评估、制定在线检验方案、实施检验等，有效排查并治理了影响催化裂化装置长周期运行的设备隐患。

3.4 RBI在延迟焦化装置中的应用

在高温(500~550℃)条件下，对减压渣油进行深度热裂化反应的一种热加工过程，即焦化过程[69]。通过在管式炉中对减压渣油进行高温加热，使其在短时间内达到焦化反应所需的温度，然后快速进入焦炭塔，将焦化反应延迟到焦炭塔中进行，从而实现了延迟焦化的目的[70]。

RBI也可应用于延迟焦化装置，以找出装置中腐蚀薄弱部位，采取相应的措施。王磊和傅如闻[71]于2013年底在我国南方沿海某大型炼化厂的延迟焦化装置实施RBI风险评估。分析确定了34种工艺物流。RBI技术在辨识装置损伤机理和失效模式的基础上，给出风险排序并找出薄弱环节，以确保本质安全并优化检验策略[72]。章会虎[73]对某石油化工企业延迟焦化企业实施RBI技术，将风险等级由低到高划分为5个等级，将其作为依据来分析高风险等级设备及管道的失效机理，从而找出装置中的薄弱部位，并最大限度的通过相应的防范措施预防风险的发生。

RBI技术同样适用于固定式压力容器。我国国家质量监督检验检疫总局于2016年2月颁布了《固定式压力容器安全技术监察规程》[74]，提出了RBI在压力容器中的应用条件、实施方法、检验周期确定等使用方法。

RBI技术在典型石油炼化中应用较为广泛，例如常减压装置、乙烯装置、催化裂化装置等。值得注意的是，在石油炼化领域中还存在很多装置，如：催化重整装置、加氢裂化装置、润滑油装置和脱硫装置等，这些装置对RBI技术的运用相对较少。由于装置的复杂性，腐蚀环境的多样性，数据的不完整性等，RBI技术的应用受到了极大的限制。因此，亟需开发适合我国石油炼化装置实情的RBI技术与数据库，通过技术改进和修正实现RBI技术在我国石油炼化装置的广泛应用。

4 动态RBI(RPN风险优先数)

4.1 风险优先数(RPN)

风险优先数(RPN)是一种基于故障分析的RBI动态修正方法，根据RPN可确定设备近期故障风险等级，进而修正设备RBI风险等级。传统RBI风险评估是一种静态方法，没有考虑设备运行的实时状态。在实际RBI评估中发现，很多时候有些设备尽管风险等级不高(如低风险或中风险)，但是故障却频繁发生[75]，并且传统RBI存在无法实时监测、主观因素影响较大等缺陷，在我国使用过程中需进行更新与优化。陈政平等[76]为解决故障分析中RPN分析方法的不足，提出了一种以费用和发生概率为依据的、定性和定量相结合的RPN分析方法。传统RPN分析方法中，RPN值为工艺故障模式中严酷度水平(S)、概率水平(O)与检测难度水平(D)3项的乘积，S、O、D评分水平范围在1~10之间，由专家评估决定。显然，RPN值的范围从1到1000，RPN值较大时潜在工艺故障模式设计风险也较大，潜在的危险也越严重，需要引起足够的重视。曹金鑫等[77]结合风险管理的理论和方法，建立了适用于氟化工企业的基于风险的腐蚀检测矩阵模型。该模型首先通过对腐蚀失效可能性和腐蚀失效后果进行分类梳理，之后根据RPN值对设备管道进行风险分级划分。2018~2021年，此氟化工企业使用该模型共扫查设备管道部件6400余个，覆盖了全部的腐蚀高风险管道。从扫查结果分析，严重减薄部位占比下降了73%，通过实施风险优先数提升了检验效率、降低了检验费用、明显管控了设备和管道的腐蚀。

然而，传统RPN方法存在RPN值不连续、RPN具有重复性、RPN值灵敏度高和同一个RPN值有多重问题等缺点[78]。Wang等[79]认为由于O、S和D都是用10个级别来评估的传统RPN，虽然有1000个组合，却只有120个不同的RPN值。考虑两种失效模式：(O1=5，S1=2，D1=6)，(O2=2，S2=10，D2=3)，对于这两种失效模式，其RPN值同为60，但它们可能带来的影响却完全不同。从这个角度来看，根据传统的RPN计算方法，可能会导致忽略高严重性的失效模式。传统RPN值和相应的频率如图7所示。因此，有必要对基于风险检验的动态检验方法开展进一步的探讨和优化。

图7

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图7   传统的RPN值和相应的频率[79] (已获得参考文献[79]的转载许可，版权所有© 2019 PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD)

Fig.7   Traditional RPN values and corresponding frequencies[79] (Reprinted with the permission from Ref.[79], Copyright© 2019 PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD)


4.2 基于风险检验的动态检验方法

RBI技术将对设备的寿命、使用情况和腐蚀机理进行风险评估并设定检查间隔。然而，随着原油组分的迅速劣化，通过实时监测系统的动态检查方法及时掌握炼化设备的腐蚀情况已成为必然要求。该方法在传统RPN分析方法中加入了动态风险评估和维护间隔。Bhatia等[80]提出了一种基于连续监控的系统参数来评估动态变化系统风险的创新方法。计算出的动态风险可用于更有效地计划最佳检查和维护间隔。这将有助于实施更准确的方法，同时保持所需的行业标准，以确保不确定性较低的安全操作。Pitblado等[81]使用类似RBI方法对安全屏障维护进行优化，并考虑屏障在预防或减轻重大事故中的重要性措施。Animah和Shafiee[82]在对液化天然气(LNG)进行风险评估研究中发现，约71%的LNG风险分析文献采用了常规类型的风险评估，而29%的文献采用了动态风险评估。所以建议进一步开发动态风险评估工具，以纳入敏感性分析来处理LNG行业的不确定性相关风险分析。

RPN因子中发生率(Occurrence)、检测率(Detection)和严重性(Severity)符合一定的函数性，通过建立3者之间的联系可以有效监控设备腐蚀位置，及时做出控制风险的策略。例如Kim和Zuo[83]提出可通过发生率、检测率和严重性3个因素之间的函数关系制定相应的故障策略，并讨论了每个因素在比较不同模式风险中的独特应用。首先，发生因子是固定故障模式在系统生命周期的给定阶段发生的几率，其中故障模式的定义应该与给定阶段的分析水平一致。通过比较所有故障模式的发生值，可以找出预防性控制，同时可以有效降低其风险。第二，检测因子是当前检测控制无法检测到故障模式发生的几率，而严重性因子是由当故障模式发生达到预选级别或阶段时后果的严重性给出的。第三，根据当前的风险分析水平以及控制方法是否可用，或者在发生、检测或严重性因素之一中考虑提高控制方法的能力。

动态检验方法是将常规腐蚀数据与腐蚀状态的概率计算相结合，有助于检查结果的及时性和准确性。Li等[84]提出动态预测方法可以通过预测设备投入使用前的破裂概率，来确定实际化工过程的腐蚀情况，从而帮助安全管理人员制定检查和维护计划。在后续研究当中，需要特别考虑损伤机制和不同腐蚀环境的相互作用。

5 RBI技术优缺点

5.1 RBI技术优势

RBI技术在实际运用过程中，主要存在以下技术优势：

第一，与传统检验相比，RBI技术具有明显效率优势。基于设备损坏程度和导致设备失效的介质，利用收集到的设备或设施数据资料建立数据库，进行全面的设备风险评估，以实现对装置风险等级的分类，并据此输出指导性检验策略[85]。胡足[86]对RBI技术在常减压装置的应用进行研究，RBI在企业中的工作意义在于确保设备的固有安全性，以确保其在使用过程中不会受到任何潜在的安全威胁。

第二，RBI技术作为一种综合评价方法，它把危险因素整合到检测计划中去，并且具备一定的决策功能[39]。通过对系统进行风险等级优化，用户可以将更多的资源集中到高风险设备上，从而提高了高风险设备的安全等级，同时又未显著降低低风险设备的安全等级，进而提高了整个系统的可靠性[87]。

第三，RBI技术为炼化企业降低设备风险的同时，也可降低检验成本从而提升效益。Chang等[88]提出在炼油厂和加工厂，大量管道在分布上比其他类型的设备更加复杂，检验计划相比其他设备也更为复杂，因此检验效率降低，检验成本也随之提升。过去10年以来，越来越多的公司采用了基于风险的检验方法，从而降低了风险并带来了成本效益，通过对比寻找最佳方案获取较大经济效益。Vianello等[89]提出使用基于RBI评估方法可显著降低设备维护成本。要提高工业安全水平，亦须适当选择措施，即使采取这些措施会带来成本。鉴于公司的资源通常是有限的，必须在各种解决方案之间进行比较，以便找到成本和安全之间的平衡。此外，RBI更大的成本优势体现在减少装置计划和非计划停车(长周期安全运行)方面，并提升装置的完全有效生产率(TEEP)。目前RBI技术广泛应用于石油炼化、煤化工等大型装置的特种设备检验中并实现生产装置长周期运行。栗帅[90]对某煤化工公司的主蒸汽母管采用RBI技术进行检验分析。他通过对管道损伤机理分析包括腐蚀减薄、机械损伤等方式作为RBI风险评估基础，评估结果表明与前一年相比管道风险变化不大，但失效可能性变化较为明显。通过本次RBI风险评估制定了主蒸汽母管的检验策略，从而保证生产装置的长周期运行。魏鑫和潘晓苇[91]于2016年对炼油I、II两个系列共32套炼油装置全面实施RBI检验，取得了5200万元左右的效益。

第四，RBI技术可以有效降低设备风险检验成本与传统检验带来的复杂性。Billington和Monette[92]基于该方法系统地建立了一个针对管道体系的检测计划。结果表明，该风险检测计划将使得工厂安全整体水平显著提高，同时以降低工厂成本和人员辐射暴露的方式重新分配检测。Zhang等[93]提出了工厂管理者可以结合现场情况的实际评估进行风险分析，建立了30个参数的结构性模型，根据临界程度将模型分为3层，提供每个事件的概率，然后计算。结果可以确定最薄弱环节和最有影响力的事件，从而有效地降低风险。RBI是评估风险和针对关键项目的一种非常有效的方法。如果正确实施，该方法可成为提高设备安全性、降低检查和维护成本的有力手段[94]。

第五，值得注意的是，大多数程序只关注单个组件，或者只以非常简化的方式考虑系统效应，而RBI技术是一种考虑整体系统的方法。例如Straub和Faber[95]提出RBI在结构系统中的应用可通过两个方向的发展而得到加强。一个是检验计算中计算效率的提高，另一个是系统中不同统计和功能依赖性的建模及其对检查和维护决策的影响。他们还从总体上讨论了结构系统中的不同依赖性，同时分析了与结构系统中的检查和维护相关的不同类型的决策。RBI的实施对于静态设备的完整性管理至关重要，它有助于明确装置损伤模式和损伤机理的诊断，并制定有针对性的检验策略[96]。

5.2 目前存在的问题

根据目前国内石油炼化领域研究状况的分析，RBI目前在国内的具体运用实践中还存在着一些问题，需根据国情和企业的实际状况加以研究与完善。

第一，RBI所需资料的完整性和准确性不足。刘明[97]提出在利用RBI进行风险评估时需要大量的技术和工艺资料，如设备设计资料和物流资料等。由于炼化设备类别繁杂、型号多种多样、分布面也比较广，设备初始信息的登记入册、设备使用过程中的各类资料的入档存在很多困难，特别是设备投产使用后的各类资料的管理存在很大漏洞。

第二，风险管理体系不够完整。风险管理是RBI的核心内容。因此，在设备维修中必须考虑到设备故障可能造成的后果及程度，并采取相应的控制措施。检验是管理设备失效风险和确保设备完整性的主要方式之一，消除、替代等其他风险消减方式则取决于具体的环境[98]。RBI只通过分析风险类型做出检验计划，对后续设备维护缺少指导。RBI的功能仅限于风险管理的一部分，因此需要采用其他手段和策略来实现设备风险的有效管理[99]。

第三，国外RBI数据库内容与我国现有石化企业数据仍有不足之处。例如在损伤机理方面未考虑炉管的高温损伤，加氢裂化装置中某些部位存在的轻微蠕变问题[100]。一些偶然性因素同样只通过RBI数据库无法体现。郭冰等[101]提出RBI技术是一种基于可靠性的评估技术，并不能反映出储罐风险大小的准确值。

第四，RBI技术的数据收集十分复杂和耗时。Vianello等[102]提出使用RBI分析是目前最普遍的计划检验活动的方法，但是作为这种评估特征的数据收集非常复杂和耗时，这个问题在检验管理器工具的支持下可以得到部分克服。该工具包含所有功能，以便更容易地管理工厂检验中的技术数据。在进行风险评估时，如果需要更准确的后果分析，应该参考更严格的方法，如用定量风险分析的方法。如何快速全面地收集原始数据，是RBI技术实现广泛应用所面临的难题。

与传统检验方式相比，RBI技术具有综合评价、提高经济效益、降低风险检测成本和考虑系统整体效应等优势。同样RBI在我国石化领域的使用中存在一些不足，如欠缺RBI所需的基础资料，风险管理体系不完整，国外的数据库与我国数据库不符和RBI技术数据收集困难等。

6 总结与展望

(1) RBI技术对设备的长周期安全运行意义重大，在石油炼化领域将会有更大的应用市场。该方法可以根据装置的腐蚀环境，分析腐蚀回路，根据检验结果给出需要腐蚀检测的设备部位，检测效率可得到有效提升，显著降低检测成本提升经济效益，保证设备长周期安全运行，具有广阔的应用前景。

(2) 我国RBI技术需要更加完善的风险管理体系。RBI技术是由被动检查转为主动检测的系统管理方法。企业管理者可以根据RBI方法对石油炼化设备进行主动检测，降低设备运行风险，避免事故发生。

(3) 亟待通过提升技术手段，不断提高RBI数据的准确性与完整性，建立属于适合我国石油炼化企业的RBI数据库。为提高RBI的准确性，应提升设备工艺的准确性，保证数据的准确有效，并利用在线监测等手段进行动态闭环管理。

(4) 需尝试结合RPN并通过连续监控设备的风险因子，改进RBI技术的复杂性与冗余性。采取动态检验的方法改善RBI技术，采用定量评估多样化方法使其更有利于我国石化设备安全运行。

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20#钢穿舱件和锡青铜阀电偶腐蚀是船舶海水管路系统严重腐蚀部位之一。为控制20#钢/锡青铜电偶腐蚀延长海水管路系统寿命，本文通过原位测量20#钢管材和ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜管材在静态以及1、3和5 m/s流速海水中的电偶电位和电偶电流，分析电偶腐蚀速率随时间和流速的变化规律；同时采用扫描电镜 (SEM) 和激光Raman光谱仪分析腐蚀形貌和腐蚀产物组分。结果表明，在不同流速海水中，20#钢与ZCuSn5Pb5Zn5合金间存在明显的电偶腐蚀倾向，20#钢作为阳极加剧腐蚀，ZCuSn5Pb5Zn5合金作为阴极受到保护；相比于静态海水，20#钢阳极极化电流密度和ZCuSn5Pb5Zn5合金阴极极化电流密度在流动海水中显著增加，电偶腐蚀显著加剧，1 m/s流速下的电偶腐蚀速率是静态下的17.5倍；当海水流速达到5 m/s后，20#钢表面形成了致密性较高、活性低的腐蚀产物沉积层，电偶腐蚀速率减小。

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