專利名稱：一種常減壓設備中操作完整性平臺建立的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種壓力容器設備安全性檢測領域，特別是保證壓力容器安全運行的常減壓設備(即常減壓裝置)操作完整性平臺建立的方法。
背景技術：
設備運行時操作條件和工藝參數(shù)的初始設置也許并不會將設備可能出現(xiàn)的退化機理統(tǒng)統(tǒng)考慮進去；即使所有潛在的退化機理都已考慮在設計和操作條件中，但設計的錯誤、結(jié)構(gòu)的缺陷等都會導致設備出現(xiàn)失效，因此操作條件和工藝參數(shù)需要及時改變；而這些條件和參數(shù)未能及時變化有可能引起設備使用壽命的減少，甚至會導致故障的發(fā)生。在石化操作環(huán)境中，僅僅根據(jù)之前設備的檢驗記錄和已知的設備條件來布置檢驗計劃是不夠的。為了建立和維護一個能最高概率檢測出潛在設備劣化的檢驗程序，需要對操作過程，工藝條件和所產(chǎn)生的損傷機理有基本的認識。操作完整性平臺正是需要對設備的操作數(shù)據(jù)，工藝條件和存在或潛在的損傷機理有全面的掌握并進行分析來確定操作參數(shù)以及工藝條件的變化范圍，從而起到防止設備提前發(fā)生劣化，設備突然發(fā)生破裂以及造成裝置非計劃停車事故，確保設備長周期安全運行的作用。操作完整性平臺(Integrity Operating Windows,簡稱10W)是設備完整性管理運行操作層面中的重要組成部分，操作完整性平臺通過預先設定并建立操作條件、工藝參數(shù)，將這些操作條件和工藝參數(shù)嚴格控制在界定的范圍之內(nèi)，使得其能保證壓力容器安全運行。一旦有主要影響因素超過設定的變化范圍時，操作完整性平臺就會發(fā)生警報，提示操作或是管理人員操作條件或工藝參數(shù)已越界，提醒他們及時采取措施。由于原油劣質(zhì)化的情況越發(fā)的嚴重，所以加工原油中常常會含有高硫高酸。造成硫化物以及環(huán)烷酸 的腐蝕現(xiàn)象不斷增加。因此，如何進行高溫環(huán)烷酸和硫化物的腐蝕防護，已是目前石油煉制過程中亟待解決的問題。建立常減壓設備的操作完整性平臺，根據(jù)工藝條件、操作參數(shù)、設備的材質(zhì)和設備的損傷機理進行實時監(jiān)控，通過從設備操作期間獲取的測量數(shù)據(jù)進行分析、計算，預測設備的劣化風險，在操作平臺上設置參數(shù)邊界，使操作與管理人員引起警惕，減緩設備的風險，確保裝置長周期安全運行。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種常減壓設備中操作完整性平臺建立的方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明公開了本發(fā)明公開了一種常減壓設備中操作完整性平臺建立的方法，包括以下幾個步驟:(I)計算機系統(tǒng)收集設備的設計數(shù)據(jù)、材料的性能數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測的工藝數(shù)據(jù)；其中設計數(shù)據(jù)包括設備的筒體內(nèi)徑D，筒體壁厚t。；設備的材料性能數(shù)據(jù)包括材料的屈服強度Qs，材料的抗拉強度ob;操作數(shù)據(jù)包括設備的操作溫度T，操作壓力P;實時監(jiān)測的工藝數(shù)據(jù)包括總酸值TAN和硫含量S。在常減壓設備中，塔體中的介質(zhì)為高硫高酸原油，因此主要的腐蝕機理為高溫硫化物腐蝕和環(huán)烷酸腐蝕。在常減壓設備中，高溫硫化物腐蝕和環(huán)烷酸腐蝕的主要影響因素是總酸值TAN和硫含量S。(2)建立約束方程，定總酸值TAN和硫含量S的三層操作邊界；總酸值TAN指常減壓設備工作時中和Ig工作物料所需氫氧化鉀的毫克值，硫含量S為常減壓設備工作時物料中硫元素按重量百分比的硫含量Wt% ；(3)實時監(jiān)控步驟(I)中的設備的總酸值TAN和硫含量S，一旦總酸值TAN和硫含量S超過步驟(2)中的三層操作邊界，即計算機系統(tǒng)進行設備報警。本發(fā)明步驟(2)中的操作邊界確定方法如下:根據(jù)失效可能性F范圍值的劃分(根據(jù)美國石油協(xié)會標準《API5812008》和《API584》以及挪威DNV公司Orbit軟件中的《ORBIT help文檔》都可以查得，見表1)，將操作邊界對應分為三層曲線，三層邊界值的失效可能性范圍如表1:第一層:目標值曲線，總酸值TAN和硫含量S在目標值曲線的范圍內(nèi)，即設備的失效可能性等級不超過2級，能保證設備運行的可靠性，失效可能性F范圍為0.000011
0.0001。第二層:標準水平值曲線，總酸值TAN和硫含量S在目標值曲線和標準水平值曲線范圍內(nèi)，即設備的失效可能性等級不超過3級，失效可能性F范圍為0.000101 0.001 ;總酸值TAN和硫含量S在標準水平值曲線范圍內(nèi)超過一定時間，會對長周期運行的設備造成不良影響，且會降低設備的使用壽命。第三層:臨界值曲線，總酸值TAN和硫含量S在標準水平值曲線和臨界值曲線范圍內(nèi)，即設備的失效可能性等級不 超過4級，可能會導致設備快速失效，失效可能性F范圍
0.001001 0.01。其中失效可能性F采用如下公式計算:F=FgXFeXFm,其中，F(xiàn)e為同類設備平均失效概率，F(xiàn)e為設備修正系數(shù)，F(xiàn)m管理修正系數(shù)。在國際標準《API5812008》中查得。表1:三層邊界值對應的失效可能性范圍
權利要求
1.一種常減壓設備中操作完整性平臺建立的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)計算機系統(tǒng)收集設備的設計數(shù)據(jù)、材料的性能數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測的工藝數(shù)據(jù)；其中設計數(shù)據(jù)包括設備的筒體內(nèi)徑D，筒體壁厚t。；設備的材料性能數(shù)據(jù)包括材料的屈服強度Qs，材料的抗拉強度ob;操作數(shù)據(jù)包括設備的操作溫度T，操作壓力P;實時監(jiān)測的工藝數(shù)據(jù)包括總酸值TAN和硫含量S ； (2)建立約束方程，確定總酸值TAN和硫含量S的三層操作邊界；總酸值TAN指常減壓設備工作時中和Ig工作物料所需氫氧化鉀的毫克值，硫含量S為常減壓設備工作時物料中硫元素按重量百分比的硫含量； (3)實時監(jiān)控步驟(I)中的總酸值TAN和硫含量S，一旦總酸值TAN和硫含量S超過步驟(2)中的三層操作邊界，即計算機系統(tǒng)進行設備報警。
2.根據(jù)權利要求1所述一種常減壓設備中操作完整性平臺建立的方法，其特征在于，步驟(2)中根據(jù)失效可能性F確定操作邊界: 根據(jù)失效可能性F范圍值的劃分，將操作邊界對應分為三層曲線: 第一層:目標值曲線，總酸值TAN和硫含量S在目標值曲線的范圍內(nèi)，即設備的失效可能性等級不超過2級，失效可能性F范圍為0.000011 0.0001 ； 第二層:標準水平值曲線，總酸值TAN和硫含量S在目標值曲線和標準水平值曲線范圍內(nèi)，即設備的失效可能性等級不超過3級，失效可能性F范圍為0.000101 0.001 ; 第三層:臨界值曲線，總酸值TAN和硫含量S在標準水平值曲線和臨界值曲線范圍內(nèi)，即設備的失效可能性等級不超過 4級，失效可能性F范圍0.001001 0.01 ; 其中失效可能性F采用如下公式計算:F=FgXFeXFm, 其中，F(xiàn)e為同類設備平均失效概率，F(xiàn)e為設備修正系數(shù)，F(xiàn)m管理修正系數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2所述一種常減壓設備中操作完整性平臺建立的方法，其特征在于，步驟(2)中根據(jù)以下步驟計算總酸值TAN和硫含量S的操作邊界，建立約束方程: (a)建立極限狀態(tài)函數(shù)Ι=+OO, 其中，P表示設備操作壓力，D表示設備筒體內(nèi)徑，t。表示設備的筒體壁厚，σ,表示設備的流變應力，V,6表示設備的腐蝕速率，a表示設備使用年度時間； (b)計算設備的極限狀態(tài)函數(shù)均值yy; (C)計算設備的極限狀態(tài)函數(shù)標準差Oy; (d)根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠度的一次二階矩法，確定設備的可靠度β，可靠度β采用如下公式計算:P 一 ^ *cry (e)采用如下公式計算設備的失效概率Pf:r n I f -β (―) j rf = t...............1 e ^ J ^2πJ.".(f)計算在該失效模式下的設備總的失效概率P(A)； (g)根據(jù)以下公式計算設備修正系數(shù)Fe: Fe=P (A)/Fc, Fc表示累計通用失效可能性； (h)確定設備總的腐蝕速率V,: V總=V環(huán)烷酸+V硫+V環(huán)烷酸_硫， 其中，Viwag表示設備在單純環(huán)烷酸環(huán)境下的腐蝕速率，Vs表示設備在單純硫環(huán)境下的腐蝕速率，ViwaSiS設備在環(huán)烷酸在硫抑制作用下的腐蝕速率； 設備在單純環(huán)烷酸環(huán)境下的腐蝕速率Viwag的計算公式如下:
4.根據(jù)權利要求3所述一種常減壓設備中操作完整性平臺建立的方法，其特征在于，采用以下公式計算設備的極限狀態(tài)函數(shù)均值Uy:
5.根據(jù)權利要求3所述一種常減壓設備中操作完整性平臺建立的方法，其特征在于，根據(jù)以下公式計算設備的極限狀態(tài)函數(shù)標準差oy，
全文摘要
本發(fā)明公開了一種常減壓設備中操作完整性平臺建立的方法，包括以下步驟(1)計算機系統(tǒng)收集設備的設計數(shù)據(jù)、材料的性能數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測的工藝數(shù)據(jù)；其中設計數(shù)據(jù)包括設備的筒體內(nèi)徑D，筒體壁厚to；材料的性能數(shù)據(jù)包括材料的屈服強度σs，材料的抗拉強度σb；操作數(shù)據(jù)包括設備的操作溫度T，操作壓力P；實時監(jiān)測的工藝數(shù)據(jù)包括總酸值TAN和硫含量S；(2)建立約束方程，確定設備的總酸值TAN和硫含量S的三層操作邊界；(3)實時監(jiān)控步驟(1)中的總酸值TAN和硫含量S，一旦總酸值TAN和硫含量S超過步驟(2)中的三層操作邊界，即計算機系統(tǒng)進行設備報警。
文檔編號G05B19/418GK103246273SQ20131018657
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月17日 優(yōu)先權日2013年5月17日
發(fā)明者趙建平, 肖凌桀 申請人:南京工業(yè)大學