管道与压力容器风险三维可视化研究论文_王成举,刘军,马俊义

摘要：近年来，城镇化进程的加快，我国的各类工程建设数量也在不断增加。压力容器、压力管道广泛应用于各行各业，一以发生泄漏或断裂将有可能引发火灾、爆炸及中毒事故，使生产和经济遭受严重破坏，生命和财产蒙受重大损失。伴随社会经济的创新与发展，石油化工企业的生产活动在实际应用中发展出更加严格的安全监管机制，很多现代化的科学技术与机械设备在石油化工企业中被广泛应用。这样的创新发展不但解决了石油化工企业安全生产相关问题，更能够让安全监管系统的使用功能积极发挥作用，所以，做好压力容器、压力管道相关的安全监管工作非常必要。本文就管道与压力容器风险三维可视化展开探讨。

关键词:压力容器；管道；风险；三维可视化

1 压力管道的特点

首先，加压管道是一个集成系统，管道的内部和运行过程中的部分相互作用。就算是其中一个零件发生变化且不稳定，也会影响压力管道的整体性能和安全。这也就是说压力管道是一个牵一发动全身的系统。其次，压力管道较长，主要用于大型工程的输送管道，受力比一般管道和压力容器复杂得多，并且失去稳定性。流体流动状态也很复杂，自然天气变化等因素会干扰工作环境。第三，构成压力管道的附件和材料有各种类型，工艺复杂，要求很多。此外，由于长度较长，在管道中产生的泄漏要多与压力容器。即使只有一个阀门也可能有泄漏的地方。最后，压力管道不仅构成其需要的各种材料多，而且压力管道种类也不少，各种设计检查过程和管理环节的构成也更加复杂。

2 三维建模软件概况

三维建模软件有CAD，SolidWorks，Pro/Engineer，Inventor，UG和PDMS等。SolidWorks和PDMS是现阶段石化行业主流的三维建模软件;但对计算机硬件要求较高，且软件价格较昂贵。三维CAD软件对计算机硬件要求不高，但具备了最基本的三维建模功能，可以用于压力容器与管道风险三维可视化研究。三维CAD软件的优势在于:可以对最基本的建模单元(比如管道、接管和法兰)进行各种各样的编辑，适合于绘制单个设备或者小型的石化单元。而SolidWorks和PDMS则适合绘制石化厂或者成套石化装置的三维建模，由于这些软件中各种建模单元已经进行了定制，所以不宜对最基本的建模单元进行编辑。

3 压力容器与工业管道的风险评估

对压力容器和工业管道而言，通常将风险与检验相结合，即采用基于风险的检验(RBI)技术-统计和分析表明，风险在各设备中不是均匀分布的，儿乎所有的设备风险(约为设备总风险的90%)由少量设备(不足设备数量的20%)承担:因此，可以把检验和管理的重点集中于少量的高风险的设备。与传统的检验相比，进行RBI可以提高没备的安全性与可靠性，合理配置检验和维护资源，从整体上减少检验和维护成本，从而提高设备的管理水平。从本质上看，RBI不仅是一种检验方法，而且一种系统分析的方法，是一种制定检验计划的方法，是管理决策的支持工具。

4 压力容器与管道三维风险可视化

4.1 压力容器三维风险可视化。根据生产工艺过程中作用原理的不同，压力容器分为反应容器、换热容器、分离容器及储存容器。最常见的压力容器包括反应器、塔器、换热器及罐。在对常减压蒸馏装置进行RBI评估过程中发现:常压塔顶回流罐的上部主要与塔顶油气接触，而下部则经常与油接触，腐蚀机理不同，风险也不一样。利用三维CAD软件绘制某石化厂常压塔顶回流罐的三维模型，如图1和图2所示。由图1和图2可以看出:三维风险图不仅可以标识常压塔顶回流罐上、下部位的风险，还可以标识出回流罐上主要接管的风险。对换热器进行RBI评估，会得到管箱、壳体和管束的风险，而二维的风险图仅能标识出管箱和壳体的风险，无法标识管束的风险。利用三维风险图，可以标识管束、管板、浮头及接管的风险，如图3和图4所示。三维风险图同样采用不同颜色来标识不同的风险，但不同之处在于:(1)三维风险图可以标识接管的风险;(2)三维风险图可以标识设备不同部位的风险，比如常压塔顶回流罐上部分、下半部分风险(图1和图2);(3)三维风险图还可以标识一些二维风险图无法标识的设备部件的风险，比如换热器管束、管板和浮头等(见图3和图4)。

图4换热器管束三维风险图

4.2 压力管道风险三维可视化。二维风险图无法标识压力管道的风险，一方面设备和设备之间可能存在多条管线，而在二维风险图上设备和设备之间只能绘制一条管线;另一方面，一条管道一般都包含若干个管道组成件，而这些管道组成件的风险也未必一致。在对石化装置进行RBI评估过程中，不仅会得到压力容器的风险，还会得到压力管道的风险，为了形象、直观地展现压力管道的风险，利用三维CAD软件，对压力管道进行了风险三维可视化研究。在检验检测过程中，经常发现管道弯头外侧出现减薄，与弯头内侧相比较，弯头外侧风险更高，为了更好地标识弯头的风险情况，利用三维CAD软件，绘制某石化厂某个弯头三维风险图，如图5所示。为了更好地展示一条压力管道上不同管道组成件的风险，利用三维CAD软件，绘制某石化厂某条管道的三维风险图，如图6所示。由图6可以看出:压力管道的三维风险图，不仅可以标识同一条管道上不同管道组成件的风险，还可以标识管道组成件上不同方位的风险。

图6管道三维风险图

结语

采用三维CAD软件，绘制压力容器与管道的三维风险图，不仅可以直观地展示压力容器与管道的风险，还可以标识压力容器与管道不同方位的风险、进而可以标识接管的风险、可以标识管线上各个管道组成件的风险。三维风险图，还有利于设备管理人员更好地查找压力容器与管道的风险，提升设备管理水平。

参考文献

［1］合肥通用机械研究院特种设备检验站有限公司．四川石化常减压蒸馏装置风险评估报告［R］．2017-GMRI-SCSH-RBI-01-01，2017．

［2］马云.压力容器与压力管道的安全管理措施[J].当代化工研究，2018（1）：26–27.

论文作者:王成举,刘军,马俊义

论文发表刊物:《科学与技术》2019年第19期

论文发表时间:2020/3/16

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