基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)在外浮頂原油儲罐群的應(yīng)用*

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(1.中國石油四川石化有限責(zé)任公司，四川 成都 611930； 2.合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽 合肥 230031)

基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(RBI)是一種追求系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一的設(shè)備管理方法，通過對系統(tǒng)中固有的或潛在的危險(xiǎn)發(fā)生可能性與后果進(jìn)行科學(xué)分析，給出風(fēng)險(xiǎn)排序，找出薄弱環(huán)節(jié)，從而確保設(shè)備本質(zhì)安全和減少運(yùn)行費(fèi)用。

20世紀(jì)90年代初，歐美20余家石化企業(yè)為了在保障安全的前提下降低運(yùn)行成本，共同發(fā)起資助美國石油學(xué)會(API)開展RBI在石化企業(yè)的應(yīng)用研究工作。多年來，西方發(fā)達(dá)國家及亞洲的韓國、新加坡等石化煉油廠將RBI方法廣泛應(yīng)用于成套裝置中的承壓設(shè)備的檢驗(yàn)與維修，使得風(fēng)險(xiǎn)和檢驗(yàn)維修費(fèi)用都大幅度下降。近年來，國內(nèi)也設(shè)立多項(xiàng)科研項(xiàng)目支持這項(xiàng)工作。中石油、中石化已成功地將該技術(shù)應(yīng)用到石化裝置承壓設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)評估中；但在常壓儲罐領(lǐng)域，應(yīng)用還較少[1]。

現(xiàn)階段，國內(nèi)常壓儲罐的檢驗(yàn)主要采用傳統(tǒng)的定期檢驗(yàn)或抽檢。相對于RBI技術(shù)來說，傳統(tǒng)的檢驗(yàn)未能將經(jīng)濟(jì)性和安全性有機(jī)地結(jié)合起來，存在著過度檢驗(yàn)和檢驗(yàn)不足的情況，檢驗(yàn)的頻率、程度和受檢設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)不對稱[2]。因此，如果將RBI技術(shù)應(yīng)用在常壓儲罐上，既要保證儲罐安全，又要節(jié)省檢維修費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)常壓儲罐安全與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。對煉化企業(yè)儲運(yùn)罐區(qū)而言，進(jìn)行RBI工作的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)確保儲罐的本質(zhì)安全；

(2)識別儲罐的損傷機(jī)理和失效模式，給出儲罐的風(fēng)險(xiǎn)排序，并以此為依據(jù)來對儲罐進(jìn)行針對性的管理；

(3)給出更加合理的檢驗(yàn)時(shí)間和優(yōu)化的檢驗(yàn)策略，提高儲罐的檢驗(yàn)效率，降低儲罐的開罐頻率，節(jié)省儲罐的運(yùn)行費(fèi)用；

(4)將儲罐的RBI評估與定點(diǎn)測厚、陰極保護(hù)和沉降觀測等措施結(jié)合起來，開展常壓儲罐基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備完整性管理。

1 原油儲罐群簡介

1.1 RBI評估范圍

這次RBI評估主要針對6臺10×104m3外浮頂原油儲罐。依據(jù)GB/T 30578—2014《常壓儲罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)及評價(jià)》，常壓儲罐的風(fēng)險(xiǎn)分析包括儲罐壁板和底板的分析，檢驗(yàn)時(shí)還應(yīng)考慮對儲罐頂板以及相關(guān)輔助設(shè)施的檢驗(yàn)。

1.2 儲罐評估與檢驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

與常壓儲罐相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)有：GB/T 26610《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則》(系列標(biāo)準(zhǔn)，26610.1至26610.5，發(fā)布時(shí)間是2011年和2014年)、GB/T 30578—2014《常壓儲罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)及評價(jià)》、GB/T 30579—2014《承壓設(shè)備損傷模式識別》； GB/T 26610.1—GB/T26610.5對RBI評估的基本要求、實(shí)施程序、失效可能性的計(jì)算及失效后果的確定等給出了詳細(xì)的闡述，是國內(nèi)RBI技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)性文件。

GB/T 30578規(guī)定了常壓儲罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)及評價(jià)要求，是常壓儲罐進(jìn)行RBI評估的指導(dǎo)性文件。

GB/T 30579給出了承壓設(shè)備主要損傷模式識別的損傷描述及損傷機(jī)理、損傷形態(tài)、受影響的材料、主要影響因素、易發(fā)生的裝置或設(shè)備及主要預(yù)防措施等。

與常壓儲罐相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有：安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AQ 3053—2015《立式圓筒形鋼制焊接儲罐安全技術(shù)規(guī)程》、石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6620—2014《油罐的檢驗(yàn)、修理、改建及翻建》、SY/T 5921—2017《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護(hù)修理規(guī)程》等。

1.3 原油儲罐群現(xiàn)狀

這次RBI評估的6臺原油儲罐(編號為415-T-1001至415-T-1006)，屬于雙盤式外浮頂常壓儲罐，罐高21.8 m，直徑80 m，單罐容積10×104m3，底板材質(zhì):邊緣板為12MnNiVR；中幅板為Q235B。壁板材質(zhì):自下而上，第1至第6圈壁板為12MnNiVR；第7圈壁板材質(zhì)為Q345R；第8和9圈壁板材質(zhì)為Q235B。投用時(shí)間為2013年12月。

6臺原油儲罐按照GB 50341—2003《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 50128—2005《立式圓筒形鋼制焊接儲罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收，設(shè)計(jì)單位是中石油西南設(shè)計(jì)院。罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)使用壽命：50 a，抗震設(shè)防裂度：8度。

原油儲罐罐底板內(nèi)側(cè)采用犧牲陽極陰極保護(hù)，每個(gè)儲罐內(nèi)設(shè)置230支鋁合金陽極塊；罐底板外側(cè)采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)。

原油罐區(qū)設(shè)置防雷保護(hù)系統(tǒng)、防靜電保護(hù)系統(tǒng)、火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)、水噴淋消防冷卻水系統(tǒng)和泡沫滅火系統(tǒng)。6臺原油儲罐自投用以來，整體運(yùn)行良好，主要存在以下問題：均未進(jìn)行開罐檢驗(yàn)；原油儲罐415-T-1004和415-T-1006保護(hù)電位偏負(fù)，且手動調(diào)節(jié)后仍偏負(fù)；6臺原油儲罐邊緣防護(hù)層部分老化脫落。

2 原油儲罐群RBI評估

2.1 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

常壓儲罐的風(fēng)險(xiǎn)按下式計(jì)算：

R(t) =F(t)×C(t)

式中：F(t)——失效概率；

C(t)——失效后果。

2.2 失效概率計(jì)算

失效概率按下式計(jì)算：

F(t) =FG×Df-totle×FM

式中：FG——平均失效概率；

Df-totle——總損傷系數(shù)；

FM——管理系統(tǒng)評價(jià)系數(shù)。

根據(jù)常壓儲罐失效概率計(jì)算結(jié)果確定失效可能性等級，見表1。

表1 失效可能性等級劃分

2.3 失效后果計(jì)算

失效后果計(jì)算，主要包括以下過程：

選擇泄漏代表性介質(zhì)及其物性,選擇泄漏孔尺寸,計(jì)算理論泄漏速率,估算泄漏總量,確定泄漏類型,估算檢測和隔離系統(tǒng)對泄漏量的影響,確定最終的泄漏速率和泄漏量,計(jì)算失效后果。失效后果等級劃分見表2。

表2 失效后果等級劃分

2.4 風(fēng)險(xiǎn)矩陣

通過對外浮頂儲罐群設(shè)計(jì)、制造和檢修數(shù)據(jù)的整理，采用國內(nèi)專業(yè)RBI軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)儲罐的設(shè)備系數(shù)、工藝系數(shù)等數(shù)據(jù)，參考API RP581-2016AmericanPetroleumInstitute:Risk-basedInspectionBaseResourceDocument推薦數(shù)據(jù)，確定儲罐的失效可能性；根據(jù)儲罐的化學(xué)系數(shù)、壓力系統(tǒng)等數(shù)據(jù)確定失效后果。根據(jù)確定好的失效可能性和失效后果，按照風(fēng)險(xiǎn)矩陣法確定儲罐底板和壁板的風(fēng)險(xiǎn)等級，結(jié)果見圖1。由圖1可知，6臺10×104m3外浮頂原油儲罐失效可能性為2，失效后果為E，屬于中高風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 外浮頂儲罐群風(fēng)險(xiǎn)矩陣

注：綠色區(qū)為“低風(fēng)險(xiǎn)”、藍(lán)色區(qū)為“中風(fēng)險(xiǎn)”、黃色區(qū)為“中高風(fēng)險(xiǎn)”、紅色區(qū)為“高風(fēng)險(xiǎn)”

2.5 基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)

根據(jù)原油儲罐的損傷機(jī)理、失效模式和風(fēng)險(xiǎn)情況，確定原油儲罐的檢驗(yàn)時(shí)間、檢驗(yàn)類型和檢驗(yàn)策略等。

2.5.1 儲罐檢驗(yàn)時(shí)間

常壓儲罐應(yīng)根據(jù)運(yùn)行情況定期清罐,全面檢查或檢驗(yàn)。一般6 a一次，最長不超過9 a。加工高硫和含硫原油的企業(yè)，當(dāng)輕質(zhì)油儲罐未采取氮封或內(nèi)防腐處理等特殊安全措施時(shí)，清罐全面檢查與檢驗(yàn)周期不應(yīng)超過4 a。儲罐的使用單位，也可以采用RBI程序來確定定期檢驗(yàn)的周期[3]。RBI綜合評價(jià)儲罐發(fā)生泄漏或事故的可能性和后果，以確定在下一次定期檢驗(yàn)前儲罐最小厚度的可接受風(fēng)險(xiǎn)，可據(jù)此相應(yīng)延長或縮短儲罐的定期檢驗(yàn)周期。此次RBI評估，建議6臺原油儲罐的開罐檢驗(yàn)時(shí)間為2018年。

2.5.2 儲罐檢驗(yàn)策略

儲罐檢驗(yàn)類型包括：開罐檢驗(yàn)和在線檢驗(yàn)。

此次RBI評估，既給出了原油儲罐的開罐檢驗(yàn)策略，也給出了原油儲罐的在線檢驗(yàn)策略。

開罐檢驗(yàn)策略：2018年，對6臺原油儲罐進(jìn)行開罐檢驗(yàn)。

在線檢驗(yàn)策略：2018年，對6臺原油儲罐進(jìn)行在線檢驗(yàn)(含聲發(fā)射、測厚和宏觀檢查)，并根據(jù)在線檢驗(yàn)結(jié)果，選擇1～2臺原油儲罐進(jìn)行開罐檢驗(yàn)。

儲罐使用單位可根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行情況，選擇開罐檢驗(yàn)策略或在線檢驗(yàn)策略。

2.5.3 RBI檢驗(yàn)與傳統(tǒng)檢驗(yàn)對比

傳統(tǒng)檢驗(yàn)，要對每臺原油儲罐進(jìn)行開罐檢驗(yàn)，檢驗(yàn)手段包括宏觀檢查、測厚、漏磁、磁粉和滲透[4]，開罐檢驗(yàn)費(fèi)用約50萬元/臺；

RBI檢驗(yàn)，要對6臺原油儲罐進(jìn)行在線檢驗(yàn)，檢驗(yàn)手段包括宏觀檢查、測厚和聲發(fā)射，在線檢驗(yàn)費(fèi)用約10萬元/臺；根據(jù)在線檢驗(yàn)結(jié)果，選擇1至2臺原油儲罐進(jìn)行開罐檢驗(yàn)，開罐檢驗(yàn)費(fèi)用約50萬元/臺。

將RBI檢驗(yàn)和傳統(tǒng)檢驗(yàn)所需花費(fèi)進(jìn)行對比，結(jié)果見表3。由表3可以看出，與傳統(tǒng)檢驗(yàn)相比較，采用RBI檢驗(yàn)策略，可以大幅節(jié)省檢驗(yàn)費(fèi)用。除此之外，減少原油儲罐的開罐臺數(shù)，還有利于生產(chǎn)運(yùn)行裝置的安全長周期運(yùn)行。

表3 傳統(tǒng)檢驗(yàn)與RBI檢驗(yàn)費(fèi)用對比 萬元

3 結(jié)論與建議

RBI技術(shù)是一種以風(fēng)險(xiǎn)管理為基礎(chǔ)新興的設(shè)備管理技術(shù)，采用RBI技術(shù)對原油儲罐群進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，不僅可以識別損傷機(jī)理和失效模式，還可以確定儲罐風(fēng)險(xiǎn)，得到優(yōu)化的檢驗(yàn)時(shí)間和檢驗(yàn)策略，有利于石化裝置的安全長周期運(yùn)行。

(1)對6臺外浮頂原油儲罐進(jìn)行RBI評估，識別了儲罐的損傷機(jī)理：罐底板損傷機(jī)理主要是土壤腐蝕、微生物腐蝕和濕硫化氫腐蝕;罐壁板的腐蝕主要是保溫層下腐蝕。確定6臺原油儲罐的風(fēng)險(xiǎn)為2E，屬中高風(fēng)險(xiǎn)，且風(fēng)險(xiǎn)主要集中于罐底板。

(2)對于6臺原油儲罐群，既可以采用6臺原油儲罐全部開罐檢驗(yàn)的傳統(tǒng)檢驗(yàn)策略，也可以采用6臺儲罐在線檢驗(yàn)(聲發(fā)射等)+1～2臺儲罐開罐檢驗(yàn)的RBI檢驗(yàn)策略。與傳統(tǒng)檢驗(yàn)策略相比，RBI檢驗(yàn)策略可以大幅降低檢維修費(fèi)用。

(3)RBI技術(shù)追求安全和經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一，主張?jiān)诒Ｕ显O(shè)備安全的前提下節(jié)約檢維修費(fèi)用，同時(shí)提高企業(yè)的設(shè)備和風(fēng)險(xiǎn)管理水平，從而保證石化裝置的安全長周期運(yùn)行。