风险工程理论与实践的探索

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1、风险工程理论与实践的探索南京工业大学化工机械研究所中国石化集团公司工程风险分析技术研究中心（南京）（筹）摘要：本文阐述了近年来南京工业大学化工机械研究所在风险工程领域（可靠性工程分析、失效分析及预防和寿命预测等）研究的概况。包括两部分内容：①典型案例简介；②近期研究动态——石化设备风险分析与评价方法论研究关键词：风险分析风险评价风险控制与管理1引言《中国石油化工集团公司工程风险分析技术研究中心（南京）》（筹），依托单位南京工业大学的化工机械研究所，在国家自然科学基全4次立项资助和有关部委及企业支持下，于20世纪80年代初率先在我国化工设备领

2、域开展了可靠性工程分析的研究。二十余年来，运用概率风险分析（PRA）技术开展了秦山核电厂国产蒸汽发生器重要部件焊接质量疲劳评定的试验研究和可靠性的评估；在“八五”和“九五”期间分别开展了含缺陷压力容器与压力管道安全评定工程方法的研究。无论理论上或者工程应用上都取得一定成绩。近年，连续获得国家及省部委的重要奖励。它们是：1999年获国家科技进步二等奖，1998年获国家石油和化学工业局科技进步一等奖，1996年获国家科技进步三等奖，1995年获江苏省科技进步一等奖。其中一项《化工设备事故预测技术的研究》被国家科技奖励办公室作为2000年国家最新

3、实用科技成果推广项目向全国推广。近年，在《风险工程学》领域的研究工作也取得一定进展。已培养一名博士研究生授予博士学位，博士论文题目是《工程风险评价方法的研究——13新兴学科可拓学在压力容器风险评价中应用的探讨》，被评为优秀博士论文。此外，在全国性学术会议和《压力容器》杂志上曾连续发表风险分析技术方面的论述多篇；在2003年中国首届城市与工业安全国际会议上发表埋地压力管道风险评价、控制与管理研究的报告。目前正在从事的研究工作尚有：工程风险投资和项目筛选决策方法的研究（江苏省项目），基于风险评价的延长石化系统在用安全阀使用周期的研究（中国石化公

4、司项目），液化气埋地压力管道风险评价的研究（江苏省项目），PTA装置引进设备超标缺陷的安全评定和风险评价的研究（中国石化公司仪征化纤公司项目）等。本文将对下列2个问题进行阐述；最后拟针对当代国际上风险工程发展趋势，结合国情，提出我国石化系统风险领域急迫需要解决的问题，作为现阶段我国石化系统制订风险工程研究规划的参考。①典型案例简介；②近期研究动态。2典型案例简介2.1秦山核电厂30万千瓦蒸汽发生器焊接质量疲劳可靠性评估的研究。秦山核电厂反应堆冷却系统有两台蒸汽发生器，由上海核工程研究设计院设计，上海锅炉厂制造。两台设备经国家级验收组验收，现

5、已用于秦山核电厂。按照国际原子能机构的规定，概率安全评价（PSA）技术，作为复杂系统安全评价的一种重要方法，可以在核电工程的安全审评中为核安全管理部门所采用。系统可靠性分析作为PSA的第一级任务，由于共因失效对核电风险的作用占有一定的比例，是重要风险来源，所以对它的研究一直是国际上最为关注的课题之一。共因失效是一种相依失效事件，对核电工程而言，它包括众多内容，其中制造质量所导致的失效是一个重要方面。基于可靠性理论并结合试验研究，应用概率方法对蒸汽发生器焊接质量进行疲劳可靠性评估，是对共因失效分析的一种有效方法。秦山核电厂蒸汽发生器为立式容器

6、，由两大部分组成：下部为底封头、管板和倒U形传热管组成的一次侧；上部为装有汽水分离装置的筒体组件。底封头和管板采用锻件，材料为20MnNiMo（S-271），筒体只有环向焊缝。底封头开有4个孔，2个孔为一次侧进出口接管，2个为人孔，采用整体开孔补强。该蒸汽发生器的主要参数见表1。考虑到底封头开孔接管处的应力情况比较复杂，处于高应变区，工作条件苛刻，又是反应堆冷却剂的压力边界，必须保证在各种工况下压力边界的完整性。据此，选定封头作为研究的对象。制作了一台底封头模拟试验装置。装置使用S-271钢材，化学成分与力学性能和原型相同。模拟装置与原型考

7、核区几何尺寸相似，制造上采用与原型相同的13表1蒸汽发生器的主要设计参数参数数值一次侧工作压力，MPa一次侧设计压力，MPa一次侧水压试验压力，MPa一次侧设计温度，℃一次侧进口温度，℃一次侧出口温度，℃饱和蒸汽压力，MPa饱和蒸汽温度，℃二次侧最高工作压力，MPa二次侧设计压力，MPa二次侧水压试验压力，MPa给水温度，℃15.217.221.5350315.2288.85.2267.56.37.69.4≥216锻造、调质处理和焊接工艺，制造厂家亦与原型相同。底封头模拟装置的疲劳试验在美国MTS全自动容器试验系统上进行。试验开始前、试验进

8、行中，安排3次超声波探伤监控内在缺陷的变化。模拟装置实际经历69516周循环加载（额定值为63555周）。考核区未发现任何渗漏，超声波探伤也未发现异状。为了求得焊接质量疲劳可靠性