法国国际检验局（BV）技术中心风险评估（RBI）资深咨询师 袁小军

本文简要介绍了API 581规范《基于风险的检验》新版草案的内容。相比于API 581 2000版，新版API 581规范的变化主要包括：RBI评估等级的变更、失效可能性评估方法的改变、失效后果评估方法的改变、物流数据库的扩充、增加了损伤机理模型、增加了新的设备模型（安全阀，常压储罐）等，并对这些变化可能导致的后果进行了讨论。

随着全球工业化对能源需求的不断提高，石油化工生产装置正逐渐向大型化、复杂化方向发展，而另一方面随着原油开采的不断深入，原油品质总体呈下降趋势。石油化工装置的长周期稳定运行成为石化企业最为迫切的需要，也是决定石化企业竞争力的重要影响因素。因此，近二十年来基于风险的资产完整性管理技术（AIM Asset Integrity Management，包括基于风险的检验RBI、以可靠性为中心的维护RCM以及安全连锁系统安全评价SIL）在国外发达国家石油化工装置上得到广泛应用，相关的标准、规范（如API 581、IEC 61508、IEC 61511等）也在国际上被广泛接受、认可。

自美国石油协会（API）2000年发布API 581《基于风险的检验基础资源文件》以来，法国国际检验局（Bureau Veritas）与合肥通用机械研究院合作，已向包括茂名石化在内的中石化、中石油近30家石化企业60余套装置上开展了RBI工作。

今年年初，美国石油协会即将发布API 581的最新版本，新版本的发布必将对RBI技术的发展和应用带来一定的影响。笔者在本文中将对新版本（草案）中最主要的变化以及将会带来的影响进行简要的讨论。

API 581新版的架构

新版的API 581（草案）主要包含3个部分：

第一部分：使用API RBI技术制定检验维护计划；

第二部分：API RBI评估中失效可能性（PoF）的确定；

第三部分：API RBI评估中失效后果（CoF）的分析。

其中第二部分包括2个附件：管理系统评估手册（2000版的附件D）和腐蚀速率的确定（2000版的附件G到N）。第三部分包括1个附件：后果分析原则。

API 581新版的主要变化

新版581与老版本相比，主要有以下几方面的变动：

RBI评估等级的变更，老版本从level 1到3（定性、半定量、定量）；

失效可能性评估方法的改变；

失效后果评估方法的改变；

物流数据库的扩充；

增加了损伤机理模型；

增加了新的设备模型（安全阀，常压储罐）。

下文中我们将具体讨论这些变动。

RBI评估等级的变更

在现行的2000版中，共有3种等级的评估：

Level 1：基于打分系统的定性分析方法。

Level 2：基于损伤因子-失效可能性评估的半定量评估方法。

Level 3：基于损伤因子及调节子因子（整体、机械、工艺）的定量评估方法。

在新版581的草案中只存在两种评估等级：

Level 1：老版本中level 3的失效可能性分析方法和失效后果分析方法。

Level 2：老版本中level 3的失效可能性分析方法和新的失效后果分析方法。

简单来说：在新版本中取消了定性分析方法；Level 1与2的惟一区别就是失效后果计算方法；两个等级的失效可能性都是采用全定量方法计算；新的level 1方法（也称为简化方法）仍然采用老版本中的模型，并适用于评估现行API 581中的已存在的物流组。新的level 2方法采用了所谓的物流解决方案（详见后果分析部分），并可推广到更大的物流范围使用。

新的level 2方法的失效后果评估现在基于查表法的结果而不是之前所采用的DnV PHAST的后果计算方法，这种新的失效后果模型现在采用了NIST开发的物流模型（SUPERTRAPP软件）以及E2G*专利的后果模型。

失效可能性（PoF）评估方法的改变

失效可能性因子计算公式为：PoF=Gff * DF (k) * FM（ 参见图1）。

图1

与2000版相比，失效可能性的计算中取消了通用子因子、机械子因子及工艺子因子。而对于Gff（同类设备失效概率）采取了很大的变动，新版本中的Gff比2000版本中的平均要低1个数量级左右。降低了的Gff将会导致失效可能性降低，并使得最终的风险降低（与可能性轴上的降低相一致）。

另外，新版本中对于DF的计算方法也发生了变化：在581 2000版中，DF的计算是先分别计算每一种腐蚀模块（如减薄、外部腐蚀、开裂等），然后将每种腐蚀模块计算出的DFi相加，得到最终的损伤因子。而在新版本中，这个规则（加法规则）仅适用于计算壁厚损失，如DF = Max {DF减薄, DF外部腐蚀}。新版本中各个腐蚀模块计算出DFi将选用最大值得到最终的损伤因子。DF计算方式的改变也将在一定程度降低失效可能性从而影响最终的风险等级。从笔者的经验来看，按照现行581标准进行计算，对减薄和外部腐蚀这些腐蚀模块的计算、预估比较准确，而对于腐蚀开裂的评估则较为保守，与新版本做出的改动较为吻合。

失效后果（CoF）评估方法的改变

在新版本中，对于不同等级的评估，采用不同的程序来分析失效后果，如上表中所示：

Level 1即所谓的“简化后果评估法”。

基于一个“限制”的物流数据库，但不管是可燃性物流还是毒性物流，这个物流库仍然要比老版本中的物流库中的物流数量多，使用代表性流体用于后果计算，失效后果的单位为面积（平方米）或者经济损失（美元），最终泄放流体的相为液相或气相，对于储罐（地上储罐），后果计算的单位仅使用经济损失而不采用面积单位。

在level 1级别的CoF毒性后果评估中，添加了以下代表性流体：三氯化铝、一氧化碳、氯化氢、硝酸、二氧化氮、光气、甲苯二异氰酸盐、乙二醇单乙醚、环氧乙烷和环氧丙烷；在level 1中，失效后果的计算仍然采用事件树来分析瞬时和持续泄放，以及老版本中指定的四种泄放孔径进行计算；事件树上的每个分支都采用一个固定的发生频率/可能性来加权。

影响面积的计算仍然采用Area=A*XB的公式，其中A和B为物流的常数，X=泄放速率（连续泄放）或泄放总质量（瞬时泄放）。对面积计算提供一些补充修正，包括能量效率因子、泄放模式圆整以及基于自燃可能的圆整方法等等。最终，燃烧后果影响面积的计算如下：

最终影响面积 =（将所有孔径的泄放后果进行加权处理）

由此可见，所谓的level 1方法基本与2000版581中的计算方法一致，只是对物流库进行了部分扩充，提供了一些修正手段。而这些修正手段，多数也会对计算出的失效后果起降低作用，并影响最终的风险等级。

Level 2方法。

新的level 2 CoF分析方法主要适用于下列情况：待分析的物流不能使用Level 1物流库中的现有物流进行替代；流体接近临界状态，对于气相泄放采用理想气体假设模拟很不准确；必须在评估过程中考虑两相泄放的影响；必须在评估过程中考虑BLEVE的影响；必须在评估过程中考虑不可燃压力爆炸（N2，空气等）；RBI评估中假设的气候条件与实际工厂数据不符等等。

对于流体组成的分析：采用“流体物性解算器(fluid property solver)”来计算物流的物理性质（在容器内时）以及进行闪火计算来更好的确定泄放流体的相态（包括两相）。计算中可能需要获得的流体物性数据包括：“存储”相态（气相、液相、两相），液相、气相质量组成，分子量，液相密度，液相粘度，理想气体热容，混合物的焓与熵（用于闪火计算），温度与压力，自燃温度，“存储”条件下的饱和压力，燃烧极限，高限和低限，闪火前的相态（气相、液相、两相），闪火的温度及组成，液相与气相的密度，液相状态下的起沸点，气相状态下的露点等等。

用于评估CoF的事件树中加入了两相事件。事件树分支中的点燃可能性现在也受到泄放存量（泄放速率/质量）的影响，2000版中该几率是固定的。

Level 2后果计算方法是新版581中新加入的，该方法相对以往的代表性流体计算方法来说更为复杂，计算出的结果也应当更符合实际，为定量的风险等级计算、排序，检验策略的制定提供了更为准确的依据。

物流数据库的扩充

更新的物流库嵌入了NIST的物流模型“SUPERTRAPP”，包含超过225种物流及纯净的混合物。

增加了新的设备后果模型（如常压储罐，安全阀）

对于常压储罐中的代表性流体采用单独的代表性流体数据，对于储罐的壳体和底部使用了单独的泄露孔径进行评估，对于罐底和壳体采用不同的计算方法，对于壳体的计算将会考虑泄露点高度的影响，可能泄放存量将只考虑泄漏点上方的部分，经济损失后果的计算将会考虑清洁周围环境的成本，分别计算储罐“土壤侧”和“产品侧”的腐蚀速率(如图2)。

图2

　　
小结

综上所述，我们可以发现，新版的API 581与老版本相比，主要有以下几个方面的变化：

取消了定性分析，强化了定量分析，在后果计算方面采用新的更为复杂的流体模型，使得后果的计算更为精确，对于检验计划、检验费用的规划有了更直观有效的对比。

不管在失效可能性或是失效后果的计算中，都增加了修正因素或者通过直接调整通用设备失效概率，这将使得评估出的RBI风险等级比老版本中有所降低。这些修正将对石油化工企业的长周期运行起到促进作用。但这些修正（比如通用设备失效概率）是否适合中国现有的压力容器和压力管道，是否可以直接采纳并于中国国内使用或者进行修正后使用，还需要进一步的研究和探讨。

API 581新版目前处于投票表决阶段，预计于今年第一季度正式发布，这也将对国内风险分析，风险管理技术发展起到一定的促进和参考借鉴作用。

作为一种风险管理方法，基于风险的检验（RBI）随着新版API规范的推出，必将进一步帮助、推动石油石化企业安全长周期稳定运行，通过安全、合理的制定检验维护周期/计划，避免重大工业危险，保护人身安全与环境，降低企业由非计划停车带来的人员、经济、环境损失，提高石油石化企业的竞争力。