風險評估在壓力容器中的應用范文

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摘要：在化工設備的壓力容器中，其設計的可靠性對化工業安全有著至關重要的影響。本文基于失效模式的風險評估在壓力容器中的應用出發，對壓力容器設計階段所存在的風險評估過程加以闡述，并以此提出風險控制涉及到的方法、步驟。

關鍵詞：失效模式；風險分析；風險評估；風險控制

根據《固定式壓力容器安全技術監察規程》的要求，在對第Ⅲ類壓力容器或者用戶要求的其他壓力容器，設計單位應當出具包括主要失效模式、風險控制等內容的風險評估報告。《移動式壓力容器安全技術監察規程》有明確的規定，設計移動是壓力容器時，務必要依照型號、可能運輸方式，進行失效模式、風險控制等方面的評估。同時為了保證壓力容器設計的可靠性，本文針對壓力容器設計階段涉及到的風險評估過程進行了闡述和方法分析。

1壓力容器風險評估的基本過程

1.1壓力容器的危險和風險分析

壓力容器失效是發生在：所使用環境、時間范圍內，由于材料性能、尺寸等方面發生變形或失去設計功能和壽命的狀況下。由于壓力容器本身的特殊性，其受壓元件、安全附件等設計有可靠性功能的部分，是導致危險發生的關鍵因素。壓力容器結構的強度、剛度、密封性、穩定性、耐蝕性任何一個環節出現失效，必然會引發潛在危險，帶來爆炸、中毒、環境污染等嚴重后果。因此，在對壓力容器的風險評估分析過程中，需要針對危險源種類、風險肯恩、風險評價準則、風險后果、風險控制措施等方面進行確認和建立。例如：腐蝕減薄、金相組織變化、機械損傷等方面問題帶來的斷裂、變形、破損等情況，會直接對危險源區域所在的人員帶來危害，以及其他的破壞、損失。

1.2設計階段

應關注的壓力容器失效模式壓力容器設計階段，要考慮的失效模式主要指脆性斷裂、韌性斷裂、蠕變斷裂、彈塑性失穩及疲勞失效、泄漏及腐蝕。設計思路方面，主要彈性失效、彈塑性失效、塑性失效、爆破失效、疲勞失效、失穩失效等準則。低溫容器設計過程中，就必須要考慮到脆斷失效；高溫容器，則需對蠕變失效準則加以考慮；不銹鋼壓力容器則對應的是腐蝕失效。

1.2.1風險分析

計劃內容在對壓力容器失效風險分析計劃過程中，應當從表1幾個方面進行充分考慮。表格中涉及到的序號風險主體，實際上就是從風險子項來源危害項目的時機、判斷衍生，比如：壓力容器風險主體來源有以下幾個方面：壓力容器、配套設施、安全附件、使用工況、介質特性、作業人員狀況、環境因素、操作標準、標準規范、其他等因素。每種風險主體來源都需要進行細分處理，這能對風險子項來源加以確定，比如壓力容器自身所帶來的相關風險，依據這部分風險列出設計條件、設計標準、材料零部件、結構分析、制造工藝、制造特殊要求、檢驗、子項要求等，最后對子項中任何存在的風險進行分析整理，指出其中存在的危害項目、時機，從而針對危害可能性、危害程度進行斷定。事實上，上述的方法只屬于定性分析法，在設計壓力容器過程中，還要依據法律法律、安全標準、工程經驗等，以此對危害所可能產生的要素進行檢查，如果說要對某項危險因素存在進行否定，必須要提出充分依據、理由。1.2.2定性風險評價依據隨著風險工程學研究持續深入，將安全指標SI值當做風險可接受準則基礎，通過定量分析措施，將失效概率當做風險的接受準則，這是目前壓力容器設計行業中所存在的難點。在壓力容器的風險評估中，需要有評估準則和標準，例如：采取規則設計措施標準，來針對壓力材料呈現出的許用應力最小安全系數進行確定，這屬于常規風險評價措施；依照我國所施行的相關管理標準以及規范評價風險危害，也屬于常用的評價依據。

1.2.3危害要素或失效模式及其形成原因

（壓力容器所存在的危害要素進行確認以后，需要根據壓力容器自身的結構強度、剛度、穩定性、特殊性能、安全附件可靠性，通過ISO/CD16528給出3大類、14種失效模式，按照《承壓設備損傷模式識別》標準，進而將失效模式所對應的失效機理進行全面分析，找出設備、設施、材料、安全附件、環境因素……等直接、間接帶來的失效原因，通過表2來進行失效模式闡述。對壓力容器設計過程中，務必要考慮到任何可能出現的失效模式比如壓力容器自身的最大應力、應力組合是否出現屈服，外壓壓應力是否已經到達失穩臨界點，腐蝕失效對于厚度減薄的影響等。

1.2.4消除或降低風險的措施

所涉及到的危害項目，針對壓力容器主要失效模式：爆炸、斷裂、泄漏、腐蝕、損傷、過量變形或材料性能退化情況，要從設計制造、運行操作管理、檢測維修以及預防外來損傷方面進行控制管理。例如：一臺180m3規格的柴油加氫反應器，其中所存在的介質是氫氣、硫化氫、柴油，其設計使用溫度為430℃，壓力為9.2MPa，12Cr2Mo1R是主要受壓元件材料。按照其使用介質特性、工況，先將風險來源主體、子項目進行仔細分析后，對變形、破損、泄露、爆炸等風險子項目加以對照確認，如此便可以讓危害部位得以確認，其損傷模式則為：均勻腐蝕、高溫氧化、應力腐蝕；短時延性破壞、長時蠕變破壞、蠕變疲勞、過度變形、逐漸趨向于結構坍塌；壓力容器用材料的石墨化、回火脆化等金相組織變化等；氫致裂紋、應力導向型氫致裂紋、應力腐蝕裂紋等。

1.2.5風險評估報告

內容風險評估報告內容應該包括：基本參數：所有可能工況的描述及其條件下任何可能的危害；標準上規定的失效模式，要對使用條款加以說明；標準中不存在的失效模式，要對設計載荷、安全系數、設計方法的依據進行選取；介質少量泄露、大量用處、爆炸裝備處治要進行規定；移動壓力容器上，還要規定交通事故處治措施，并且提出相關人員的防護措施。

2結語

綜上所述，設計階段將基于失效模式的風險評估應用在壓力容器中，能夠讓設計人員掌握、總結更豐富的數據與經驗，進而使得設計人員在壓力容器系統設計上，能最大限度的避免風險，所有失效模式都能提出科學合理的分析、評估，并提出安全可靠的風險控制措施，這對于壓力容器在設計使用壽命階段安全運行消除隱患奠定基礎。

參考文獻:

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[2]郭曉璐.承壓設備設計階段風險評估技術方法研究[D].蘭州理工大學，2015.

[3]馬欣，雒定明，伍開松，劉文廣，秦光源.Ⅲ類壓力容器設計階段風險評估與系統開發[J].天然氣工業，2014,07:104~108.

作者：唐鵬飛 單位：浙江智鋼化工機械有限公司