过程安全与设备完整性管理技术

本栏编辑李文波

专题介绍

过程安全与设备完整性管理技术

牟善军

姜春明

（中国石化集团安全工程研究院，山东青岛２６６０７１）

关键词过程安全设备完整性管理

长期以来，重大工业事故的不断发生促进了过程安全技术的发展与应用。如１９７４年英国的ＦＬＩＸＢＯＲＯＵＧＨ环己烷氧化过程的爆炸、１９８４年墨西哥ＬＰＧ爆炸、１９８４年印度ＢＨＯＰＡＬＭＩＣ泄漏事故、１９８８年ＳＨＥＬＬＮＯＲＣＯ炼油厂爆炸以及２００５年ＢＰ德克萨斯州炼油厂火灾爆炸事故。这些事故的发生，一方面引起了欧美等国家政府部门的高度重视，相继颁布有关的法规用于预防和遏制重大事故的发生，

如美国职业安全卫生局（ＯＳＨＡ２９ＣＦＲ

商业秘密。

美国石油协会（ＡＰＩ）针对ＯＳＨＡ的ＰＳＭ法规制定了相应的标准ＡＰＩＲＰ７５０过程危险管理（ＰｒｏｃｅｓｓＨａｚａｒｄ

Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ），这一工业标准的颁布将ＰＳＭ的理念推向了

整个石油及石油化工界。在ＡＰＩＲＰ７５０中其全部１４个要素与ＰＳＭ完全对应。

美国化学工程师协会（ＡＩＣｈＥ）过程安全中心（ＣＣＰＳ）在总结了ＰＳＭ实施经验的基础上，出版了《化工过程安全，使ＰＳＭ的管理理念能更好地应用到全世界的管理指南》

化工与石化工业生产过程中。“指南”针对过程设计、建造、试车、操作、维修、变更及停车７个不同阶段制定了１２类管理制度，包括６８项要素。

１９１０．１１９）针对危险性化学物质运作所颁布的过程安全管

理法规（ＰＳＭ，ＰｒｏｃｅｓｓＳａｆｅｔｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔ）。另一方面表明了单纯应用工程技术，无法有效杜绝意外事故的发生，必须依靠完整的管理制度配合，以弥补安全技术应用之不足。

１．２过程安全的新思路

过程安全管理是利用管理的原则和系统的方法，来辨识、掌握和控制化工过程的危害，确保设备和人员的安全。从过去的事故案例看，单一的管理或技术途径无法有效地避免安全事故的发生。对一个复杂的石化过程而言，涉及到化学品安全、工艺安全、设备安全和作业环境安全多个方面，要防止因单一的失误演变成重大灾难事故，就必须从过程控制、人员操控、安全设施、应急响应等多方面构筑—即建立完备的“保护层”（ＬａｙｅｒｓＯｆＰｒｏ－安全防护体系——

１过程安全管理与技术

（ＰｒｏｃｅｓｓＳａｆｅｔｙ）是指可避免任何处理、使用、过程安全

制造及储存危险性化学物质工艺过程所产生重大意外事故的操作方式，须考虑技术、物料、人员与设备等动态因素，其核心是一个化工过程得以安全操作和维护，并长期维持其安全性。

１．１国外的立法与标准

美国职业安全卫生局ＯＳＨＡ的过程安全管理法规，因考虑周详、立法严谨，目前为止是化工过程安全最具体可行的做法。过程安全管理的理念，与早期工业安全的做法最大的差异在于技术、过程与人员的整合，过程安全管理是利用管理体系或制度的有效运作，以提升操作、设计与设备的可靠度，避免化学灾害事故的发生。该法规包括１４个要素：员工参与；过程安全信息；过程危害分析；操作程序；培训；承包商管理；开车前安全审查；设备完整性；动火作业许可；变更管理；事故调查；紧急响应计划；安全审核；

ｔｅｃｔｉｏｎ）。

设施因此，作为过程安全工作的重点就是通过技术、及员工建立完备的“保护层”，并维持其完整性和有效性。

技术———首先要考虑的是只要可行就必须选择危害性最小或本质安全的技术，并从技术上保证设备本体的安全。

作者简介：牟善军，博士，教授级高级工程师，中国石化集团安全工程研究院副院长，总工程师，长期从事石化过程安全技术研究和开发工作。

健康和环境

牟善军，等．过程安全与设备完整性管理技术

专题介绍

设施———硬件上的安全考虑应包括：安全控制系统、安全泄放系统、安全隔离系统、备用电力供应等。

员工———最后的保护措施是员工适当的训练，提高应对紧急情况的能力。

下的维护。这些策略与公司和工厂的设备可用性及安全目标有关。其核心是利用风险分析技术识别设备失效的机理、分析失效的可能性与后果，确定其风险的大小；根据风险排序制定有针对性的检维修策略，并考虑将检维修资源从低风险设备向高风险设备转移；以上各环节的实施与维持用体系化的管理加以保证。

因此，设备完整性管理的实施包括管理和技术两个层面，即在管理上建立设备完整性管理体系；在技术上以风管线的ＲＢＩ技术，针险分析技术作支撑，包括针对静设备、

对动设备的ＲＣＭ技术和针对安全仪表系统的ＳＩＬ技术等。

（ＲＢＩ）２．２基于风险的检验技术

（Ｒｉｓｋ－ＢａｓｅｄＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）技术可用于所有承压设备ＲＢＩ

的检验，这些设备的完整性受到某些现有损伤机理的影响而逐渐恶化。ＲＢＩ分析所有可能导致静设备及管线无法承压的损伤机理及失效后果，例如均匀腐蚀或局部腐蚀等。目前工业标准有美国石油学会（ＡＰＩ）制定的用于炼油厂和石油化工厂的基于风险的检验（ＲＢＩ）方法－－－－ＡＰＩ

１．３过程安全技术的发展

目前过程安全技术发展的热点是采用管理与技术整合的方式来解决过程安全问题，重在安全技术的系统化、体系化，形成成套的技术，而不是单一的专项技术。

２设备完整性管理技术

过程安全管理极其重要的一环是相关设备的设计、制造、安装及保养，不符合规格或规范的设备是造成化学灾害及安全事故的主要原因之一。设备完整性管理技术对应于ＰＳＭ中的第８条款，是从设备上保障过程安全。设备完整性管理技术是指采取技术改进措施和规范设备管理相结合的方式，来保证整个装置中关键设备运行状态的完好性。其特点为：①设备完整性具有整体性，是指一套装置或系统的所有设备的完整性。②单个设备的完整性要求与设备的装置或系统内的重要程度有关。即运用风险分析技术对系统中的设备按风险大小排序，对高风险的设备需要加制造、以特别的照顾。③设备完整性是全过程的，从设计、安装、使用、维护，直至报废。④设备资产完整性管理是采取技术改进和加强管理相结合的方式来保证整个装置中设备运行状态的良好性，其核心是在保证安全的前提下，以整合的观点处理设备的作业，并保证每一作业的落实与品质保证。⑤设备的完整性状态是动态的，设备完整性需要持续改进。

ＲＰ５８０及ＡＰＩ５８１。

（ＲＣＭ）２．３以可靠性为中心的维修技术

ＲＣＭ（ＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＣｅｎｔｅｒｅｄＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）技术是一种维修

的理念、一种维修的策略、一种维修的模式。依据可靠性状况，应用逻辑判断方法确定维修大纲，达到优化维修的目的。第一个得到认可的可用于所有工业领域的商用标准是汽车工程师协会（ＳＡＥ）的ＪＡ１０１１“ＲＣＭ工艺评价准则”。

（ＳＩＬ）２．４安全完整性水平分析技术

（ＳａｆｅｔｙＩｎｔｅｇｒｉｔｙＬｅｖｅｌ）技术是针对工厂中的车间、ＳＩＬ

系统、设备的每一安全系统进行风险分析的基础上评估

２．１设备完整性管理体系

设备完整性管理是以风险为导向的管理系统，以降低设备系统的风险为目标，在设备完整性管理体系的构架下，通过基于风险技术的应用而达到目的，见图１。

ＳＩＬ，并依据这个准则来确定最低的设计要求和测试间隔。

遵守的通用工业标准为ＩＥＣ６１５０８，石化行业的工业标准为ＩＥＣ６１５１１。

实施基于风险的设备完整性管理可优化企业的设备可用性和经济性，延长装置资产资源，提高设备的安全性、

的运转周期，使企业在确保安全生产的前提下，提高成本效益，增强企业的市场竞争力。（ＬＯＰＡ）２．５保护层分析技术

（ＬａｙｅｒＯｆＰｒｏｔｅｃｔＡｎａｌｙｓｉｓ）技术是一种半定量风ＬＯＰＡ

目标与策略计划与准备

ＲＢＩＲＣＭＳＩＬ

分析与筛选基于风险的检测与维护

结果评价与排序

执行审核

改进

险分析方法，用于分析在用的保护层是否能够有效地减轻过程危险。它是利用已有的过程危险分析技术，去评估潜在危险发生的概率和保护层失效的可能性的一种方法。

ＬＯＰＡ是一种确保过程风险被有效缓解到一种可接受的水

（ＩＰＬ），降低平的工具，能够快速有效地识别出独立保护层

特定危险事件发生的概率和后果的严重度。ＬＯＰＡ提供专用标准和限制性措施来评估独立保护层，消除定性评估方法中主观性，同时降低定量风险评估的费用。

图１设备完整性管理体系

设备完整性管理包括基于风险的检验计划和维护策略，即基于时间的、基于条件的、正常运行情况或故障情况

２００６年第６卷第８期３

专题介绍

（ＳＨＥＬＬ）的设备完整性管理技术３壳牌

设备完整性管理、风险分析ＳＨＥＬＬ在过程安全管理、

和检测等技术方面已形成了自己的管理体系和专有技术，并通过长期的应用为业界所认同。在设备管理上采用基于风险的设备完整性管理技术包括管理体系、风险分析技术和检测技术３个方面：

３．２风险分析技术

ＳＨＥＬＬ应用于设备完整性管理方面的风险分析技术

包括：针对静设备、管线、安全阀的Ｓ－ＲＢＩ技术，针对动设备的Ｓ－ＲＣＭ技术和针对安全仪表系统的ＩＰＦ技术３个方面，三者构成ＳＨＥＬＬ特有的风险与可靠性管理系统ＲＲＭ（ＲｉｓｋａｎｄＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔ），见图３。

３．１设备完整性管理体系

整个设备完整性管理包括了装置和设备的运行管理、检维修管理和检测管理，为企业的检维修过程和企业的经营提供了平台。设备完整性与企业生产经营之间的关系见状态监控和技术保障图２。该技术主要是根据维护措施、

措施等方面来制定基于风险的决策系统，该技术强调的是对整个设备管理过程的优化，而不是每一个具体的作业活动。

设备完整性管理主要是通过４个方面来进行分析：设备的可靠性和完整性；缺陷的消除；工作量的优化；任务执行效率优化。

图３ＳＨＥＬＬ风险管理技术

ＩＰＦＳ－ＲＢＩＳ－ＲＣＭ

制定维修任务

风险

平衡

活动

必须的任务

预防性措施

☆预防性维修☆重新设计状态监测

☆检测☆测试

ＩＰＦ实施

Ｓ－ＲＢＩ技术是通过对设备或部件的风险分析，确定关

键设备和部件的破坏机理和检查技术，优化设备检查计划和备件计划。根据ＳＨＥＬＬ的应用经验，采用ＲＢＩ技术后，一般可减少设备检查和维护费用１５％￣４０％。

Ｓ－ＲＣＭ以可靠性为中心的维修是在元件的可能故障

通过优化检维修费用来保持生产装置持续有效的运行

设备的可靠性和完整性

缺陷的消除

工作量的优化

任务执行效率优化

检维修实施过程

对整个系统可靠性影响评估的基础上，决定维修计划的一种维修策略。传统的定期大修，把一些没有问题的设备解体，实际上只能增加整体故障率。ＲＣＭ的评价方法是以可靠性和风险为依据，制定出设备或装置必要的维修程序。

ＩＰＦ仪表保护系统分析是正确的工程设计基础，整个

识别过程是利用以前的工程经验和ＨＡＺＯＰ的分析结果。仪表保护系统是指导企业对仪表保护系统进行安全设计、安全保护系统的实施和维护策略。

检维修项目

ＩＣＭＭＳ

资产管理企业生产经营

３．３检测技术

无论是ＲＢＩ技术还是ＲＣＭ技术的实施都要结合一些先进的设备检测技术来进行的。在ＳＨＥＬＬ中，这些先进的设备检测技术有：

图２设备完整性与企业生产经营之间的关系对检维修的过程而言，可以通过一体化计算机检维修（ＩＣＭＭＳ）来进行有效的实施。对检维修过程４个管理系统

方面之间关系的管理和理解是成功实施项目的关键。在确保生产装置可靠性的前提下，为了优化装置的检维修过程，需要对整个检维修过程中的工作量进行系统的审查。同时，还需要对设备的失效可能性、失效后的修复成本和造成的生产损失进行分析。对检维修的工作量进行优化后，需要用最高的效率来完成每一项检维修工作。有效的缺陷管理过程和正确的资产可靠性管理可以减少一些重复性的工作，降低整个检维修过程的工作量。缺陷消除可以通过降低生产装置的停车次数来提高装置的可靠性和技术完整性水平；较高的完整性和技术水平可以使整个检维修工作更加有效，再加上对检维修工作量的优化，就可以制定出一个更加有效的检维修方案。

ａ）脉冲涡流检测仪：依靠脉冲发射机发出一个快速

变化的电磁场，该磁场可以诱发产生涡流，利用接收元件监控涡流脉冲在金属壁厚中的衰减。通过把一定信号特征的瞬态响应时间和参比值比较来计算出金属的平均厚度。（如绝热通过该仪器可以在设备运行状态下不拆除绝缘层层、防护层、电绝缘层等）来对设备进行检测。

ｂ）工艺腐蚀检控技术：可以识别工厂的腐蚀风险，帮

助企业制定一个明确的腐蚀控制方案，明确具体的腐蚀部位，识别引起非计划停工的主要失效因素，制定检测策略。

ｃ）ＳＨＥＬＬ无损检测仪：能够指导制定在线的无损检

测方案，并提供相应的历史案例和无损检测方案的信息。该仪器还配备了一个无损检测信息的数据库。

ｄ）炉管检测仪：是便携式的检测设备，能够迅速的评

估出乙烯加热炉管由于渗碳引发的劣化水平。该仪器能够

健康和环境

牟善军，等．过程安全与设备完整性管理技术

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帮助预测炉管的剩余寿命，还可以对焊缝进行检测。

ｅ）原油评价技术：可以对单种原油或混合

原油进行全面的评价，评价硫和环烷酸等腐蚀介质在各个组分中的分布，以及加工该种原油对生产装置造成的腐蚀程度，从而决定该装置是否可以加工该种原油。

４中国石化设备完整性管理技术研发与应用

近年来，中国石化集团安全工程研究院开展了一系列设备完整性管理技术的研发工作，包括：

４．１加氢裂化装置设备完整性管理技术研究

进行加氢裂化装置设备完整性管理技术研究的目的在于建立中国石化企业设备完整性管理模式，并解决实施设备完整性管理过程中的一些关键技术问题，如加氢裂化装置设备风险分析技术、设备的可靠性数据库、基于风险的检测等。

供图：本刊图库

４．２常减压及乙烯装置延长检测周期技术研究

常减压及乙烯装置延长检测周期技术研

究的目的在于系统分析常减压和乙烯装置的腐蚀状况和其它失效状况；评估装置设备风险，分析设备风险的分布和变化趋势；分析企业现采用检测技术的有效性，采用先进的无损检测技术，制订有针对性的检测计划；提出其它风险管理措施建议，包括日常设备维护工作目标和关键监控参数，制定常减压及乙烯装置完整的设备风险管理策略。

结合石化特点开发了适用于炼油、石化和化工企业的ＲＢＩ软件。

５建议

ａ）目前设备风险管理上缺少体系上的保证。风险分

析工作停留在报告上，难以落实到生产过程中。建议在石化企业内推行基于风险设备完整性管理，参照国外标准，制定中国石化集团公司的“设备资产完整性管理导则”。

４．３催化裂化装置长周期安全运行的保障技术研究

通过催化裂化装置最弱环模型分析，确定重点设备、优化检修方案，包括催化裂化生产工艺流程分析、关键设备故障产生的原因及分类、工艺系统的故障树分析方法、静设备腐蚀失效规律分析、腐蚀检测；催化裂化装置检维修计算机管理系统；安全运行基本数据库的建立，包括反应器、再生器、三旋分离器、沉降器、烟气轮机、分馏塔、泵等热力学数据和维修数据库。

ｂ）目前风险分析主要采用了美国或英国的风险评估

技术和方法，在制定风险控制策略时，国家和中国石化都没有相应的风险管理标准可依据。制定中国石化风险管理标准势在必行。

ｃ）由于历史原因我国缺乏完整的、系统的承压设备

失效模式数据库、损伤或劣化程度数据库等基础数据，直接影响风险评估技术应用结果的准确性和适用性。建立典型石化设备失效案例数据库，在中国石化集团公司内建立设备失效信息交流和共享机制。

４．４ＲＢＩ技术的引进与开发应用

２００１年安全工程研究院开始对基于风险的检验技术

的调研，在基本掌握了ＡＰＩ５８１的基础上，２００２年引进了英国ＴＩＳＣＨＵＫ公司的ＲＢＩ技术和软件，并开始在石化装置上应用。目前，已完成了齐鲁石化加氢裂化装置、广州石化乙烯裂解和苯乙烯装置、镇海炼化１套常减压装置、长岭炼化焦化装置等５套装置的ＲＢＩ分析工作。在总结ＲＢＩ应用情况的基础上，起草了石油行业标准“一种风险分析的推荐做法（等效于ＡＰＩ５８０）”；由石化出版社出版了“基于风险设备检测实施指南”；按照ＡＰＩ５８０和５８１的要求，

ｄ）随着ＲＢＩ等设备风险分析技术的应用，其效果和

作用显现，在石化企业内全面推广应用的环境条件已逐渐成熟。建议在石化企业内进行ＲＢＩ等风险分析技术培训和应用。

ｅ）选择典型装置进行基于风险的设备完整性管理试

点，建立样板工程。试点建立设备资产完整性管理体系，推进ＲＢＩ、ＲＣＭ和ＳＩＬ等风险技术和ＲＢＩ软件的应用。

ＨＳＥ

２００６年第６卷第８期５