基于韦伯分布与RBI理论修正的加氢母站设备可靠性分析.pdf

投稿网址:2023 年 第23 卷 第27 期2023,23(27):11900-08科 学 技 术 与 工 程Science Technology and EngineeringISSN 16711815CN 114688/T引用格式:周娇,鲍磊,于安峰,等.基于韦伯分布与 RBI 理论修正的加氢母站设备可靠性分析J.科学技术与工程,2023,23(27):11900-11907.Zhou Jiao,Bao Lei,Yu Anfeng,et al.Reliability analysis of hydrogenation master station equipment based on Weibull distribution and modi-fied RBI theoryJ.Science Technology and Engineering,2023,23(27):11900-11907.环境科学、安全科学基于韦伯分布与 RBI 理论修正的加氢母站设备可靠性分析周娇1,鲍磊1,于安峰1,凌晓东1,2,刘金玲1,2,姜雪1,2(1.中石化安全工程研究院有限公司,化学品安全控制国家重点实验室,青岛 266000;2.中石化国家石化项目风险评估技术中心有限公司,青岛 266000)摘 要 针对目前氢损伤失效机理无法量化到失效概率中的问题,更加准确、全面地分析加氢母站设备可靠性,修正经典基于风险的检验(risk based inspection,RBI)理论进行加氢母站设备的可靠性分析,结合双参数韦伯分布、极大似然估计统计分析设备同类失效概率。针对加氢母站设备特有失效机理,创新性地提出氢损伤修正因子与其定量分析方法,整体探讨了加氢母站设备可靠性。结果表明:修正 RBI 理论的泄漏孔径分类、结合双参数韦伯分布与极大似然估计计算同类失效概率更符合实际工况;结合氢损伤修正因子可得出氢设备失效概率值,氢损伤修正因子敏感性分析表明,氢损伤修正因子对设备失效概率呈正相关,建议对氢设备应采取一些具体措施进行预防性维护,对加氢母站设备安全运营管理与预防决策有重要意义。关键词 加氢母站设备;可靠性分析;RBI 理论修正;氢损伤修正因子中图法分类号 X933.4;文献标志码 A收稿日期:2022-09-13;修订日期:2023-06-26基金项目:中国石化科技部项目(121048)第一作者:周娇(1997),女,汉族,山东泰安人,硕士,助理工程师。研究方向:油气储运安全工程与可靠性工程。E-mail:zhouj.qday sin-。通信作者:鲍磊(1987),男,汉族,山东淄博人,硕士,高级工程师。研究方向:气相燃爆与安全工程。E-mail:baol.qday 。Reliability Analysis of Hydrogenation Master Station Equipment Based onWeibull Distribution and Modified RBI TheoryZHOU Jiao1,BAO Lei1,YU An-feng1,LING Xiao-dong1,2,LIU Jin-ling1,2,JIANG Xue1,2(1.State Key Laboratory of Safety and Control for Chemicals,SINOPEC Research Institute of Safety Engineering Co.,Ltd.,Qingdao 266000,China;2.Sinopec National Petrochemical Project Risk Assessment Technical Center Co.,Ltd.,Qingdao 266000,China)Abstract Aiming at the problem that the failure mechanism of hydrogen damage cannot be quantified into the failure probability atpresent,the reliability of hydrogenation mother station equipment was analyzed more accurately and comprehensively.The classic riskbased inspection(RBI)theory was modified to analyze the reliability of the hydrogen refueling mother station equipment,and the fail-ure probability of the same kind of equipment was statistically analyzed by combining the two parameter Weibull distribution and maxi-mum likelihood estimation.Aiming at the unique failure mechanism of the hydrogenation master station equipment,the hydrogen dam-age correction factor and its quantitative analysis method were innovatively proposed,and the reliability of the hydrogenation master sta-tion equipment was discussed as a whole.The results show that the leakage aperture classification of the modified RBI theory,com-bined with the two parameter Weibull distribution and maximum likelihood estimation to calculate the similar failure probability is morein line with the actual working conditions.Combined with the hydrogen damage correction factor,the failure probability value of hydro-gen equipment can be obtained.The sensitivity analysis of the hydrogen damage correction factor shows that the hydrogen damage cor-rection factor has a positive correlation with the failure probability of the equipment.It is suggested that some specific measures shouldbe taken for preventive maintenance of the hydrogen equipment,which is of great significance to the safe operation management andpreventive decision-making of the equipment in the hydrogenation parent station.Keywords hydrogenation master station equipment;reliability analysis;RBI theory revision;hydrogen corrosion correction factor 氢能以其清洁、高效、安全、可持续等优势特点,被称为 20 世纪最具发展潜力的能源1。近年来,中国氢能事业蓬勃发展,加氢母站的建设也逐渐兴起,加氢母站是氢能供应链的终端环节,连接投稿网址:2023,23(27)周娇,等:基于韦伯分布与 RBI 理论修正的加氢母站设备可靠性分析11901着上游制备与下游应用,其安全可靠性运营管理是氢能产业发展的关键所在2。同时,由于氢气密度小极易扩散,易发生燃烧爆炸等特性,加氢母站或与其相似氢储能园区的安全评价分析逐渐受到专家学者的研究关注3-4。与国外加氢母站相比,中国加氢母站建设时间较晚,在建设经验、质量等方面存在一定的差距,加氢母站设备的失效数据也较少,很难从中获取失效规律进行加氢母站的安全可靠性分析,因此相关的研究也处于初期阶段。但设备失效的状况会随着设备服役时间而逐渐显露,安全保障应防患于未然,才能使生产事故率降至较低水平,因此,加氢母站设备的失效数据统计与可靠性分析极为重要,这对于实现加氢母站的运行平稳有序及安全可靠具有重要意义。针对加氢母站设备的安全可靠性分析,相关专家学者进行了一些研究。其中,叶召阳5通过介绍加氢母站工艺流程和主要设备,揭示了氢安全问题已经充斥在氢气的制、储、运和加氢母站等各个环节,亟需采用科学手段来保障氢安全问题,但如今针对加氢母站的安全分析研究处于起步状态。阮锦添等6通过加氢母站工艺流程、操作关键点,探讨运行过程中的隐患问题,并提出相应的措施对策。郑津洋等7-9通过对氢能设备发展现状的深入剖析,指出由于设计与使用问题,中国加氢母站设备存在疲劳失效的风险,但专家学者对于储氢设备在失效模式、可靠性分析等方面的研究存在不完善之处与部分理论缺失,建议加强加氢母站设备数据库建设与安全可靠性研究。陈晔等10对加氢母站的氢泄漏、火灾、爆炸风险进行了梳理分析,并分析了加氢母站不同区域的消防安全措施。金星11对加氢母站进行了事故树定性风险评估与事故的定量评估,并对从降低事故危害角度给加氢母站提出安全措施与建议。根据以上研究现状可以发现,由于中国暂未建立氢能设备失效数据库,大部分学者对于加氢母站的可靠性分析多是在理论框架、问题措施方面的定性研究,而对于加氢母站设备可靠性的定量研究较少,仅有的定量分析也多在失效后果分析方面,对于设备失效概率的量化多使用国外数据或专家经验评判,准确性和适用性待查。但风险包括风险发生的可能性(即失效概率)和失效所造成的后果,除了定量分析后果影响外,定量化的失效概率分析也是准确量化失效风险中不可或缺的一环,否则可能造成风险量化不准确甚至不能识别设备风险导致更加严重的事故链后果。因此,加氢母站设备失效概率分析亟待探索与应用适应性强的研究方法,为加氢母站的安全生产运行提供重要参考依据。鉴于此,现基于双参数韦伯分布方法建立加氢母站失效数据统计分析模型,结合经典基于风险的检验(risk based inspection,RBI)理论,分析加氢母站特有失效机理模式,提出氢损伤修正因子,形成加氢母站设备可靠性分析模型,填补中国加氢母站设备可靠性分析方面的缺失,为找出加氢母站工艺流程中的薄弱环节以及运营、管理、决策提供参考。1 研究方法主要通过双参数韦伯分布进行加氢母站失效数据统计分析,并计算获得 RBI 理论中的底层数据,即设备同类失效概率,然后基于经典 RBI 理论分析加氢母站特有的失效模式,整体建立加氢母站设备可靠性的分析模型。1.1 经典 RBI 理论及其修正RBI 理论是以设备的安全性与经济性为前提,分析设备固有危险性与潜在危险性,为设备薄弱环节建立优化检验的方案,是目前国内外石化行业进行定量风险评估的先驱,并沿用至今。根据 RBI 理论,可靠性量化指标中的失效概率F 计算公式为F=F同类FEFM(1)式(1)中:F同类为同类失效概率;FE为设备修正系数;FM为管理修正系数。当设备的失效模式为材料相关金属劣化时,FE称为损伤次因子;当失效模式为低温损伤、地震活动、开停车等这些特殊失效模式时,将其按性质的不同分别称为通用次因子、工艺次因子和机械次因子12。尽管企业管理水平与设备故障模式无关,但它仍潜在影响着设备的失效,因此,管理修正系数作为一个单项列入修正模型中,其数值对于相同企业是固定的,与设备的性能无关。基于 RBI 理论计算加氢母站设备失效概率,首先要统计计算设备的同类失效概率。同类失效概率是指利用行业内各种装置的运行记录、文献资料以及商业数据库得到的设备失效概率13。经典RBI 理论中给出了某种典型设备在 4 种不同泄漏尺寸下(5、25、100 mm 孔径以及破裂)的同类失效概率,然而其对于加氢母站的设备而言不太适应,其管道的管径较小、压力较高,且运行环境也与经典RBI 理论中的典型设备不同,因此对分类方法进行修正,经多方调研14-17,采取泄漏孔径比例分类,即分为 0.01%、0.10%、1%、10%、100%五类进行分类,并针对氢设备特有失效模式设置修正因子进行后续计算。设备的实际失效概率为对每个泄漏孔投稿网址:11902科 学 技 术 与 工 程Science Technology and Engineering2023,23(27)径比例下的同类失效概率进行修正后的概率之和,表达式为F实=5i=1F同类,iFE,iFM,i(2)经典 RBI 理论中给出的典型设备同类失效概率对于中国加氢母站适应性不强,因为该数据大多来源于发达国家中炼化企业的设备失效案例,由于中国加氢母站在钢材质量、设备制造工艺、介质性质、工作环境等方面与发达国家存在较大不同,因此对于中国加氢母站的设备可靠性评估,首先要收集中国加氢母站设备失效的数据,并计算出同类失效概率,才能更准确地评估加氢母站设备的可靠性。1.2 双参数韦伯分布韦伯分布是一种极具有弹性的连续性概率分布,它可以描述设备在整个失效“浴盆曲线”上的概率分布,因此十分适用于加氢母站设备失效数据统计。韦伯分布可以分为双参数的韦伯分布与三参数的韦伯分布,其区别在于三参数韦伯分布较双参数韦伯分布增加一个位置参数,代表在 x 轴上的位置偏移程度,对于加氢母站设备而言,失效数据 x 轴为时间节点,不需要特定偏移,因此采用双参数的韦伯分布更加适用。双参数的韦伯分布概率密度函数表达式为f(x)=x()-1exp-x()(3)式(3)中:为曲线的形状参数,表征函数在形状上的变化;为曲线的尺度参数,表征函数在幅度上的变化;x 为横坐标,x0。加氢母站设备可靠性量化指标选取失效概率为标准,则 x 为横坐标,表示时间 t,则设备的失效概率分布函数与失效率分布函数可分别表示为F(t)=t0f(t)dt=1-exp-t()(4)(t)=f(t)1-F(t)=1()t-1(5)当形状参数 =1 时,韦伯分布变为指数分布,指数分布也是一种常用于设备失效数据统计分析的分布函数,但从式(4)、式(5)可以看出,韦伯分布的失效率(t)为随时间变化的函数,而指数函数中=1,失效率为一常数,对于设备整个生命周期的适应性不强,仅可适应于统计设备在“浴盆曲线”的中间阶段,即平稳运行期的失效数据,韦伯分布比指数分布的应用范围更广,更符合工程实际,因此,采用双参数韦伯分布函数对加氢母站设备进行失效数据的统计分析。2 加氢母站设备数据统计与可靠性分析2.1 基于双参数韦伯分布与极大似然估计的同类失效概率计算通过双参数韦伯分布统计计算设备的同类失效概率,首先要对韦伯概率分布函数中有两个参数 和 进行估计。常用的参数估计方法有区间估计和点估计两种。区间估计是对统计数据抽样后估计其在一定置信度下总体分布的未知数,而点估计是通过样本统计数据估计总体分布中的未知参数。区间估计比点估计更精确,但也更为复杂,甚至由于工作量的原因难以计算出结果。因此采用工程中常用的点估计方法中的极大似然法对韦伯函数中的参数 和 进行估计。首先,构造分布函数的似然方程,即L(,)=ni=1ti()-1exp-ti()(6)然后,对式(6)两边取对数,并对、求偏导数,即lnL(,)=nln-nln+(-1)ni=1lnti+ni=1ti(7)lnL=n-nln+ni=1lnti+-lnni=1lnti-ni=1tilnti=0(8)lnL=-n+-(+1)ni=1lnti=0(9)最后,求得、的极大似然估计值,计算公式为1=ni=1tilntini=1ti-1nni=1lnti=1nni=1lnti()1(10)通过牛顿迭代法将、解出,然后代入式(4),就得到了设备的同类失效概率。2.2 氢损伤修正因子研究加氢母站设备失效概率为其同类失效概率、设备修正系数与管理修正系数之积。其中,同类失效概率可根据 2.1 节得出,而对于设备修正系数与管理修正系数,经典 RBI 理论中对于加氢母站的设备失效机理有一定的差异性,主要体现在加氢母站设备的失效机理以氢损伤导致的氢失效为主,还包含投稿网址:2023,23(27)周娇,等:基于韦伯分布与 RBI 理论修正的加氢母站设备可靠性分析11903应力腐蚀、机械疲劳等,但 RBI 理论中缺乏氢失效相关的失效模式分析,因此对于氢失效模式下的设备修正系数进行分析,从而改进整体设备修正系数的准确度,所建立的加氢母站设备修正系数总图如图 1 所示。加氢母站设备修正系数由四个次因子组成,即损伤次因子、通用次因子、机械次因子以及工艺次因子,每个次因子又由多个评价要素组成,将每个要素所赋予的值相加,得到总的设备修正因子 FE。对于加氢母站,设备修正因子的改进主要体现在氢损伤修正因子(hydrogen corrosion correction fac-tor,HCCF)上,该修正因子主要讨论氢应力开裂(hydrogen stress cracking,HSC)、氢致开裂(hydrogeninduced cracking,HIC)与应力取向氢致开裂(stressoriented hydrogen induced cracking,SOHIC)。图 1 设备修正因子总图Fig.1 General drawing of equipment correction factor结合经典 RBI 理论17,计算应力腐蚀开裂因子主要从检验有效性、敏感度与严重度三方面逐步分析。根据工艺、材料、制造参数将敏感性分为高、中、低三种等级,之后根据敏感性可确定严重度指数,最后再结合检验有效性可确定 HCCF。2.2.1 确定每种失效机理的敏感性(1)氢应力开裂(HSC)。氢应力开裂(HSC)定义为一种金属在拉伸应力和产生可扩散到金属中的氢的腐蚀机理的共同作用下产生的开裂,一般发生在高强度(高硬度)钢中或发生在低强度钢的硬质焊接熔敷金属或硬质热影响区,结合 RBI 理论与专家讨论,制定钢材 HSC 的敏感性取值如表1 所示。表 1 钢材的 HSC 敏感性Table 1 HSC sensitivity of steel最大布氏硬度焊接态焊接后热处理(PWHT)237200200 237237低中高无低中 (2)氢致开裂(HIC)与应力取向氢致开裂(SOHIC)。氢致开裂定义为连接金属内的不同平面上的氢鼓包或连接到金属表面的阶梯状内部裂纹,其形成并不需要外部应力作用,开裂驱动力来自氢鼓包周围的高应力,高应力是由于氢鼓包中的内压力造成的。HIC 的敏感性主要与钢板的品质有关,也就是钢板中不连续点的数量、大小、形状,其中,钢中的硫含量是一个关键的材料参数,降低钢的硫含量可以降低钢对氢鼓包和 HIC 的敏感性。SOHIC 定义为由于局部的高拉伸应力、由沿钢板全厚度方向排列的氢致裂纹连接起来的小鼓包的堆叠阵列。SOHIC 是 HIC 的一个特殊形式,通常出现在母材靠近焊缝的热影响区,在该热影响区存在高的残余应力。同 HIC 一样,钢板的品质是SOHIC敏感性的一个关键参数。另外,通过焊接后热处理(post weld heat treatment,PWHT)消除残余应力,可以减少 SOHIC 的发生和严重度,但不能消除。结合 RBI 理论与专家讨论,制定钢材 HIC/SOHIC的敏感性取值如表 2 所示。投稿网址:11904科 学 技 术 与 工 程Science Technology and Engineering2023,23(27)表 2 钢材的 HIC/SOHIC 敏感性Table 2 HIC/SOHIC sensitivity of steel条件高硫钢(0.01%S)低硫钢(0.002%S 0.01%S)超低硫钢(0.002%S)焊接态 PWHT焊接态PWHT焊接态PWHT敏感性高高高中中低2.2.2 确定严重度指数结合 RBI 理论与专家讨论,制定 HSC/HIC/SOHIC的严重度指数取值如表 3 所示。表 3 确定严重度指数Table 3 Determination of severity indexHSC/HIC/SOHIC敏感性高中低无严重度指数1001011 将 2.2.1 节中的敏感性结果输入表 3,确定每种潜在/已有氢损伤失效机理严重度指数。确定哪一种机理将导致最大严重度指数并以最大严重度指数作为最终结果。2.2.3 检验有效性检验有效性是按检验裂纹的预期效果进行分级。对于给定的检验技术或检验技术的组合,其实际效果取决于特定开裂机理的特点和其他因素。结合 RBI 理论与专家讨论,制定 HSC/HIC/SOHIC的检验有效性如表 4 所示。根据敏感性、严重度和检验有效性即可确定HCCF 取值,结合 RBI 理论与专家讨论,制定 HCCF取值如表 5 所示。表 4 HSC/HIC/SOHIC 的检验有效性Table 4 Inspection effectiveness of HSC/HIC/SOHIC检验有效性分类侵入性检验不侵入性检验高度有效湿荧光磁粉检验 50%100%的焊件,加上对次表裂纹的 UT 检验无通常有效湿荧光磁粉检验 20%49%的焊件对 20%100%的焊件进行自动剪切波超声检验,或声发射检验后再进行剪切波超声检验十分有效湿荧光磁粉检验小于 20%的 焊 件;或 干 磁 粉 检 验50%100%的焊件;或着色渗透法检验 50%100%焊件对少于 20%的焊件进行自动剪切波超声检验;或对20%100%的焊件进行手动剪切波超声检验效果差着色渗透检验小于 50%焊件,氢鼓包目测对小于 20%的焊件进行手动剪切波超声检验无效不检查射线检验表 5 HCCF 取值Table 5 Final value of HCCF检验次数检验有效性最大严重度指数0没有检验11050100效果差110501001十分有效184080通常有效131733高度有效11510效果差11352十分有效163060通常有效121020高度有效1124效果差11113十分有效142040通常有效11510高度有效1112效果差11114十分有效121020通常有效1125高度有效1111效果差11115十分有效11510通常有效1112高度有效1111效果差11116十分有效1115通常有效1111高度有效11112.2.4 其他修正(1)HCCF 随时间的增长。假设设备自上次检测以来,由于暴露在异常条件和其他非正常条件下的时间增加,开裂的可能性会增加。因而,HCCF 应当按下式修正:最终的 HCCF=HCCF (上次检测以来的年数)。(2)HCCF 针对在线监测技术的调整。结合RBI 理论与专家讨论,除检查外,使用氢气探头和/或关键工艺变量进行在线监测也会影响 HSC/HIC/SOHICS 的敏感性。在线监测可在发生重大裂纹损伤之前检测到因工艺变更而导致的氢损伤敏感性变化。通过这种早期检测一般可以采取及时的措施来降低故障的可能性。对于 HSC/HIC/SOHIC,如果使用氢探头或关键工艺变量监测,则在线监测因子为 2;如果同时使用氢探头和关键工艺变量监测,则在线监测因子为 4。将 HCCF 除以在线监测因子得到最终的 HCCF。如果 HCCF 为 1,则不应用该系数。3 示例分析3.1 基于数据统计的同类失效概率计算示例分析由于中国加氢母站失效数据库暂未建立,因此采用假设数据。假设中国加氢母站在 20122022投稿网址:2023,23(27)周娇,等:基于韦伯分布与 RBI 理论修正的加氢母站设备可靠性分析11905年的 10 年间运行的 30 014 台某类设备中,发生自然破坏而非爆炸、人为破坏等失效的设备为 16 台,其中泄漏在(0,0.01D(D 为管径)内的设备为 6台,泄漏孔径在(0.01%D,0.1%D的设备为 4 台,泄漏孔径在(0.1%D,1%D设备为 3 台,泄漏孔径在(1%D,10%D的设备为 3 台,泄漏孔径(10%D,100%D的设备有 2 台,其分布如表 6 所示。基于韦伯分布函数的统计方法,采用 2.1 节中的计算方法进行韦伯函数双参数 与 的确定,结合牛顿迭代求解采用 MATLAB 编程可得到不同泄漏孔径的 与 如表 7 所示。确定了 与,再根据式(4),可以确定该类设备最终的同类失效概率,计算结果如表 8 所示。表 6 不同泄漏孔径设备数量分布Table 6 Number distribution of equipment withdifferent leakage aperture参数泄漏孔径/%D0.010.10110100失效设备数量64332表 7 不同泄漏孔径下设备韦伯分布双参数值Table 7 Double parameter value of Weibull distribution ofequipment under different leakage aperture参数泄漏孔径/%D0.010.1011002.0022.7612.9132.6622.457822.003407.968401.177575.683952.228表 8 该类设备同类失效概率计算结果Table 8 Calculation results of similar failureprobability of this kind of equipment参数泄漏孔径/%D0.010.10110100同类失效概率7.171 10-51.336 10-57.541 10-67.997 10-65.730 10-6 根据计算所得的同类失效概率,然后采用 2.2节中的计算方法,即可计算出该类设备的失效概率。3.2 基于 RBI 理论修正的加氢母站设备可靠性示例分析根据 3.1 节中设备计算所得同类失效概率(表8),结合各类修正因子进行该设备失效概率的修正计算。根据设备检测数据分析可知该设备所发生或潜在发生的失效模式,从而确定损伤次因子中所取的修正因子类型。假设该设备为输氢管道,发生了腐蚀减薄,且存在裂纹缺陷,因此在该设备计算损伤次因子时,主要考虑氢损伤修正因子、腐蚀减薄因子、脆性断裂因子、外部损伤因子、机械疲劳因子。对于氢损伤修正因子,根据 2.2 节中的修正方法计算,计算结果如表 9 所示。表 9 氢损伤修正因子计算结果Table 9 Calculation results of hydrogen corrosioncorrection factor计算类别计算结果计算类别计算结果HSC 敏感性高初始 HCCF10HIC/SOHIC 敏感性高上次检验以来的年数4最大严重度指数100在线监测因子2检验次数3最终 HCCF20检验有效性通常有效 对于腐蚀减薄因子、脆性断裂因子、外部损伤因子、机械疲劳因子,可根据 API 581 中的计算方法进行计算,计算可得该设备的腐蚀减薄修正因子为2.15,脆性断裂因子为 12.59,外部损伤因子为0.75,机械疲劳因子为 2,结合氢损伤修正因子,则设备的损伤次因子为37.49。同理,根据 API 581 中的计算方法,可计算出该设备的管理修正系数为0.65;可计算出通用次因子为 4,机械次因子为 3,工艺次因子为 3,则设备修正系数为 47.49。根据式(2)可计算得出该设备的失效概率为 3.282 10-3。3.3 氢损伤修正因子敏感性分析在其他参数数值不变的情况下,对氢损伤修正因子进行敏感性分析,分析该因子对于设备最终失效概率的影响程度。不同氢损伤修正因子下,设备失效概率变化曲线如图 2 所示。图 2 氢损伤修正因子敏感性分析Fig.2 Sensitivity analysis of hydrogen damage correction factor根据图 2 可知,氢损伤修正因子对于设备失效概率呈正相关关系,而氢损伤修正因子最终结果取决于敏感度、严重度、检验有效性、检测时间间隔、监测手段五类参数,设备敏感度越高,严重度越高,氢损伤修正因子越大,设备失效概率越大;检验有效性越有效或检测时间间隔越长或监测手段越弱,氢损伤修正因子越大,设备失效概率越大。这是由于设备钢材对于氢损伤越敏感,越容易发生失效;检验时间越长或监测手段越薄弱,越不容易发现设投稿网址:11906科 学 技 术 与 工 程Science Technology and Engineering2023,23(27)备出现的隐患,设备的失效概率也越大。随着氢损伤修正因子的增大,其对于设备修正因子的占比越大,设备失效概率越大,氢损伤修正因子占比甚至可达 50%,导致的设备失效概率也要翻倍。这是由于其他失效模式对于设备的失效概率影响相较于氢损伤都较弱一些,氢损伤一旦发生,设备失效速度会变得相对较快,这也说明了氢损伤失效模式对于氢设备是主要的失效模式,应采取措施进行预防性维护,比如采用敏感性较低的管材、尽可能丰富检验手段、缩短检验时间间隔、增加在线监测技术等,同时也要注意由于氢损伤造成的其他可能发生的失效模式对于设备的影响,从而共同保障加氢母站设备长周期的安全、平稳运行。4 结论(1)提出采用 RBI 理论进行加氢母站的可靠性分析,并对 RBI 理论针对加氢母站实际工况(泄漏孔径分类)进行修正,采用双参数韦伯分布结合极大似然估计统计分析加氢母站设备同类失效概率,为计算加氢母站设备同类失效概率提供一种新的方法,并为建立中国加氢母站设备失效数据库提供方法参考。(2)针对加氢母站设备特有失效机理,提出了氢损伤修正因子,并为之提供了定量分析的方法,通过示例分析得出该设备的失效概率值,有效解决了加氢母站设备对于氢损伤失效机理无法定量量化到失效概率中的问题,所提出的氢损伤修正因子结合了 RBI 理论基础,包含氢损伤的常见失效模式,使设备的失效概率分析结果更加全面、准确。(3)对氢损伤修正因子进行敏感性分析,并分别具体分析了原因,得出氢损伤修正因子对设备失效概率呈正相关,随着氢损伤修正因子对于设备修正因子的占比增大,设备失效概率越大,氢损伤修正因子占比甚至可达 50%,导致的设备失效概率翻倍,建议对氢设备应采取一些具体措施进行预防性维护,对加氢母站设备安全运营管理与预防决策有重要意义。参考文献1 国家发改委.氢能产业发展中长期规划(20212035 年)J.稀土信息,2022(4):26-32.The National Development and Reform Commission.The mediumand long term plan for the development of hydrogen energy industry(20212035)J.Rare Earth Information,2022(4):26-32.2 雷海涛.中国制氢产业技术路径优化研究D.太原:太原理工大学,2021.Lei Haitao.Research on optimization of technological path ofChinas hydrogen production industryD.Taiyuan:Taiyuan Uni-versity of Technology,2021.3 李艳昆,刘晗.基于系统因素作用理论的轨道加氢站 Fine Kin-ney 风险评估方法 J.科学技术与工程,2021,21(8):3304-3309.Li Yankun,Liu Han.The Fine Kinney risk assessment for orbitalhydrogenation facility in system factor interaction theoryJ.Sci-ence Technology and Engineering,2021,21(8):3304-3309.4 吴佩隆,王维庆,樊小朝,等.天然气制氢的园区综合能源系统氢储能优化配置J.科学技术与工程,2022,22(26):11409-11417.Wu Peilong,Wang Weiqing,Fan Xiaochao,et al.Optimized con-figuration of hydrogen storage in the parks integrated energy systemfor hydrogen production from natural gasJ.Science Technologyand Engineering,2022,22(26):11409-11417.5 叶召阳.外供氢加氢母站工艺流程及设备研究J.中国资源综合利用,2020,38(12):92-95.Ye Zhaoyang.Research on the process flow and equipment of exter-nal hydrogen hydrogenation mother stationJ.Comprehensive Uti-lization of Resources in China,2020,38(12):92-95.6 阮锦添,罗杨,汤佳香.加氢母站安全可靠运行问题探讨及解决对策J.安全、健康和环境,2021,21(9):28-31.Ruan Jintian,Luo Yang,Tang Jiaxiang.Discussion and counter-measures on safe and reliable operation of hydrogenation parent sta-tionJ.Safety,Health and Environment,2021,21(9):28-31.7 郑津洋,胡军,韩武林,等.中国氢能承压设备风险分析和对策的几点思考J.压力容器,2020,37(6):39-47.Zheng Jinyang,Hu Jun,Han Wulin,et al.Some thoughts on riskanalysis and countermeasures of hydrogen pressure equipment inChinaJ.Pressure Vessel,2020,37(6):39-47.8 郑津洋,刘自亮,花争立,等.氢安全研究现状及面临的挑战J.安全与环境学报,2020,20(1):106-115L.Zheng Jinyang,Liu Ziliang,Hua Zhengli,et al.Research statusand challenges of hydrogen safetyJ.Journal of Safety and Envi-ronment,2020,20(1):106-115L.9 郑津洋,马凯,叶盛,等.我国氢能高压储运设备发展现状及挑战J.压力容器,2022,39(3):1-8.Zheng Jinyang,Ma Kai,Ye Sheng,et al.Development status andchallenges of hydrogen energy high pressure storage and transporta-tion equipment in ChinaJ.Pressure Vessel,2022,39(3):1-8.10 陈晔,刘晅亚,纪超.加氢母站事故风险与消防安全技术研究C/2019 中国消防协会科学技术年会论文集.北京:中国科学技术出版社,