守護在役壓力容器及長途管線資產完整性 TÜV萊因適用性評估系統 AIM-FFS Pro

由TÜV萊因研發的壓力容器、儲槽及長途管線適用性評估系統AIM-FFS Pro，採用國際權威的適用性評估標準(Fitness For Service，簡稱FFS)，針對石油、化工、天然氣及發電廠對常見在役的壓力容器、儲槽及長途管線等承壓結構，依據各類非破壞性檢測結果，執行所含缺陷的剩餘強度和剩餘壽命的精確計算，藉以確定結構的適用性及是否可繼續運轉使用，對後續的維修工作具有關鍵作用。

 

01 AIM-FFS Pro軟體開發背景

壓力容器、儲槽及長途管線等承壓結構在投產運轉後，可能會產生腐蝕、凹陷或變形等缺陷，或者投用前就帶有製造或銲接缺陷。這些缺陷相當危險，一旦導致洩漏，承壓結構內部充裝的高壓、易燃易爆等危險介質外洩，極易導致火災、爆炸等危險事故，威脅人身安全，造成環境影響和財產損失，同時給工廠的製程安全管理(Process Safety，簡稱PSM)及設備完整性管理(Asset Integrity Management，簡稱AIM)帶來威脅及負面影響。德國萊因大中華區工業服務及資訊安全事業群副總裁陳偉康博士提到：“石油、化工、天然氣及發電廠對在役壓力容器、儲槽及長途管線定期採用各種非破壞性檢測手段對缺陷進行檢測，針對檢測結果，應進行適用性評估，並對檢測發現的缺陷提出處理建議。適用性評估過程中，工程師藉由嚴格的分析與計算，確定缺陷是否危害設備或結構的安全可靠性，並根據缺陷的動力學發展規律，預測設備或結構的安全使用壽命。”

目前國際較權威的FFS適用性評估方法為API 579-1/ASME FFS-1-2016：Fitness-for-service (適用性評估)和BS 7910-2019：Guide to methods for assessing the acceptability of flaws in metallic structures (金屬結構缺陷可接受性評估方法指南)等標準。技術工程人員分析壓力容器及長途管線的適用性評估時發揮了關鍵的屏障管理及保護層作用。

德國萊因大中華區工業服務及資訊安全-能源及環保處高鴻鈞總經理強調：“由於適用性評估工作較為複雜，涉及到大量材料力學、彈塑性力學、破壞力學及可靠性工程等基礎知識，並需要進行較為複雜的計算，為了提高工作效率以及確保計算過程的準確性，在軟體開發過程中，TÜV萊因召集了力學工程、材料工程和軟體工程等專業領域專家，歷時1年研發完成了專業的壓力容器、儲槽及長途管線適用性評估軟體AIM-FFS Pro。”

TÜV萊因在全球已使用此套軟體為多座石油、化工、天然氣及發電廠提供了優質的適用性評估技術服務。藉由嚴謹的分析計算，這套評估軟體可以對檢測發現的缺陷進行區分，確定大量無需修復的缺陷，幫工廠節約大筆維修費用，同時此軟體也能找出可能威脅結構/設備安全運轉的關鍵缺陷，提出修復建議，確保設備安全運轉。

 

02 AIM-FFS Pro 軟體主要功能

軟體界面如下：

                                                                                        圖1 軟體界面

軟體具有以下功能：

1. 軟體鎖定註冊，達成版權保護
2. 評估專案管理，分為新建評估專案和打開已有評估專案
3. 對以下結構的剩餘強度評估和剩餘壽命預測：
   • 圓柱形外殼
   • 球形/半球形外殼
   • 儲槽
   • 長途管線
4. 一級評估及二級評估。涵蓋的缺陷類型包括：
   • 均勻金屬損失General Metal Loss
   • 局部金屬損失Localized Metal Loss
   • 孔蝕Pitting
   • 凹陷Dent
   • 裂紋Crack-Like
   • 評估案例的學習
   • 軟體操作的學習

03 AIM-FFS Pro軟體特點

軟體在開發和使用過程中，經過了嚴格的系統測試驗證，在確保計算準確性的前提下，繼續演進升級改善，並考慮人性化及人體工學設計，具有以下特點：

1. 評估方法完全基於API/ASME 579-2016和BS 7910-2019標準的最新版開發，並經過嚴格的人工測試驗證，確保計算結果的準確性。
2. 軟體對評估過程達成評估專案管理，形成評估數據庫，以利技術專家管理結構/設備的基礎數據和缺陷數據，及評估結果。
3. 軟體提出了大量評估參數的預設值，簡化評估工作。在評估過程中，需要設置大量的評估參數，但部分參數在API/ASME 579和BS 7910中已經提出了預設值，無需改動，軟體可以自動輸入，減少技術專家的工作量。
4. 軟體可圖形化展示壓力容器及長途管線常見缺陷，在工程師輸入缺陷尺寸的關鍵參數後，缺陷示意圖會進行聯動繪製，形像生動，為技術專家提供圖像畫面。
5. 軟體彙整了常見的圓柱形外殼、儲槽、球形/半球形外殼及長途管線等4類結構/設備的均勻金屬損失、局部金屬損失、孔蝕、凹陷及裂紋等5類缺陷的典型案例，提出了評估參數、計算公式、中間計算過程、中間計算結果、最終計算結果和評估結論，使得評估人員能快速掌握評估方法和軟體使用。
6. 圖形化輸出和結果導出。軟體在裂紋等評估模組，可圖形化展示評估結果的。軟體各個模組的計算結果，都可以達成一鍵輸出，以便評估人員對結果加工處理。

 

04 AIM-FFS Pro應用案例

TÜV萊因大中華區能源及環保處-資產完整性管理的RBI專家劉立仁專案經理提到：“TÜV萊因已為多座石化廠提供優質的適用性評估服務，獲得廠方的肯定”。

案例一，某廠具有多條天然氣製程管線和氧氣製程管線，其基本參數如下：

 

表1 製程管線參數

管線 編號	輸送流體	設計/輸送壓力(MPa)	設計/輸送溫度(℃)	材質	管線規格(mm)	長度(m)
1	天然氣	0.4/0.25	60/常溫	20#鋼	Φ168×4.5，Φ140/114/76×4	255
2	天然氣	0.6/0.25	60/常溫	20#鋼	Φ219×6，Φ114×4	80
3	天然氣	0.6/0.25	60/常溫	20#鋼	Φ168×4.5	120
4	天然氣	0.6/0.25	60/常溫	20#鋼	Φ60×3.5	63
5	氧氣	0.8/0.4	60/常溫	0Cr18Ni9	Φ168×4.5，Φ114×4	237
6	氧氣	0.8/0.4	60/常溫	0Cr18Ni9	Φ168×4.5，Φ140/114/76×4	158

 

藉由非破壞性檢測發現了大量銲縫缺陷，缺陷情況如下：

圖2 製程管線缺陷情況

 

使用評估軟體進行製程管線參數輸入和缺陷尺寸輸入，完成適用性評估。某缺陷的計算結果見下圖。左圖缺陷無需修復，右圖缺陷需要修復。

圖3 適用性評估結果

 

TÜV萊因大中華區資產完整性管理的孟昭瑞經理介紹了案例二。某廠1座常壓儲槽，藉由檢測發現不少孔蝕坑，需要進行適用性評估。輸入儲槽參數和孔蝕坑尺寸參數後，發現缺陷將不會影響儲槽的安全運轉。軟體還根據腐蝕發展情況，預測了的剩餘壽命。評估結果見下圖：

圖4 儲槽適用性評估結果

 

案例三，某長途地下管線藉由管線內檢測(IP檢測)技術，發現了不少凹陷，這些凹陷深度不一，若採取修復會產生大額花費，而且可能會影響長途地下管線正常輸送，因此對這些凹陷實施適用性評估。評估結果見下圖，該處缺陷評估為不可接受缺陷，需要進行修復。TÜV萊因大中華區資產完整性管理的柳進專案經理解析了上述的案例。

圖5 凹陷缺陷的評估結果

 

05 AIM-FFS Pro未來展望

TÜV萊因的AIM-FFS Pro是一套針對石油、化工、天然氣及發電廠的在役壓力容器及長途管線的專業適用性評估軟體，並根據最新版本的權威適用性評估標準研發，進行了大量實際專案評估計算及驗證。未來本套AIM-FFS Pro軟體將擴展至更多領域，並涵蓋高溫氫攻擊開裂等少見的複雜缺陷的評估，提升石化廠的評估服務。

隨著壓力容器及長途管線使用年限的不斷增加，適用性評估需求也將不斷增大。未來TÜV萊因德國總部及大中華區資產完整性管理團隊研發專業的適用性評估軟體可望扮演越來越重要的角色了。