大型柴油儲(chǔ)罐的腐蝕檢查與完整性評(píng)價(jià)

季華建, 祝加軒, 安引軍2, 李振杰, 王 波

(1.中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司研究院，新疆 獨(dú)山子 833699；2.中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司，新疆 獨(dú)山子 833699)

儲(chǔ)罐的完整性評(píng)價(jià)是以常壓儲(chǔ)罐本體及其附屬設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和危險(xiǎn)源識(shí)別為核心，考慮機(jī)、電和儀等專業(yè)提出相關(guān)系統(tǒng)的技術(shù)評(píng)價(jià)方法，綜合評(píng)定儲(chǔ)罐的完整性等級(jí)，進(jìn)而按完整性等級(jí)確定儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)維修周期，按失效可能性選擇有針對(duì)性的檢測(cè)方法和內(nèi)容，按風(fēng)險(xiǎn)的大小確定日常維護(hù)、管理的重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐的安全管理和長(zhǎng)周期運(yùn)行。

常壓儲(chǔ)罐完整性評(píng)價(jià)包括常壓儲(chǔ)罐罐體、儲(chǔ)罐基礎(chǔ)、密封系統(tǒng)、陰極保護(hù)、防腐蝕涂層、呼吸閥、儀表系統(tǒng)、防雷防靜電設(shè)施及安全附件等的檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)。

1 前期準(zhǔn)備

對(duì)該柴油儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)圖、強(qiáng)度計(jì)算書、制造竣工圖、運(yùn)行周期內(nèi)的檢查和檢驗(yàn)報(bào)告、運(yùn)行記錄、操作條件變化情況以及運(yùn)行中出現(xiàn)異常情況的記錄等,為評(píng)價(jià)做準(zhǔn)備。

1.1 儲(chǔ)罐概況

該柴油儲(chǔ)罐于2008年制造安裝，投用日期2009年，生產(chǎn)工藝參數(shù)一直按照設(shè)計(jì)執(zhí)行，投用至今生產(chǎn)一直平穩(wěn)。該罐為立式拱頂常壓儲(chǔ)罐，容積為1×104m3，罐內(nèi)介質(zhì)為柴油，操作溫度為40 ℃。儲(chǔ)罐規(guī)格為φ28 000 mm×17 052 mm×16 mm/10 mm/8 mm/6 mm，底圈壁板為16.00 mm,邊緣板為10.00 mm,底板中副板為8.00 mm,罐頂壁板為6 mm，材質(zhì)為Q235B。該儲(chǔ)罐自投用以來，分別在2015年和2018年進(jìn)行了兩次開罐檢驗(yàn)，2015年開罐檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)底板有腐蝕情況，2018年9月因生產(chǎn)原因，再次開罐清理時(shí)發(fā)現(xiàn)罐底板的防腐蝕涂層局部有破損現(xiàn)象，底板防腐蝕涂層破損部位已經(jīng)發(fā)生了腐蝕，但罐壁、罐頂宏觀上未見有腐蝕現(xiàn)象。

1.2 檢驗(yàn)方案制定

依據(jù)常壓儲(chǔ)罐失效模式選擇相應(yīng)的檢驗(yàn)內(nèi)容和方法。對(duì)于常壓儲(chǔ)罐，主要的失效模式包括罐體內(nèi)外部的腐蝕減薄或穿孔、焊接缺陷的擴(kuò)展、介質(zhì)和環(huán)境引起的開裂以及脆性斷裂。腐蝕是常壓儲(chǔ)罐最主要的失效模式，其次是制造時(shí)的焊接缺陷在使用過程中的擴(kuò)展變化。

依據(jù)GB/T 30578—2014《常壓儲(chǔ)罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)及評(píng)價(jià)》、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》以及API 653—2001《儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)、修理、更換和重建》等標(biāo)準(zhǔn)，常壓儲(chǔ)罐開罐檢驗(yàn)考慮的因素大致包括儲(chǔ)罐介質(zhì)側(cè)的內(nèi)部腐蝕,環(huán)境造成的腐蝕,介質(zhì)密度、溫度和腐蝕性特性,罐基、土壤和沉陷情況,儲(chǔ)罐頂、壁板及底板的變形,儲(chǔ)罐輔助設(shè)施的完好狀況,應(yīng)力等級(jí)和允許應(yīng)力等級(jí),在儲(chǔ)罐運(yùn)行地點(diǎn)的設(shè)計(jì)溫度,充裝/排放速率和頻率等運(yùn)行條件。

常壓儲(chǔ)罐開罐檢驗(yàn)的方法通常以宏觀檢查、厚度測(cè)定、腐蝕狀況檢測(cè)和焊縫無損檢測(cè)為主，必要時(shí)可以輔以表面無損檢測(cè)。無損檢測(cè)包括射線、超聲等埋藏缺陷檢測(cè),超聲導(dǎo)波、漏磁等腐蝕檢驗(yàn),聲發(fā)射檢測(cè)、強(qiáng)度校核，應(yīng)力測(cè)定以及真空泄漏檢測(cè)等。

2 檢驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施

2.1 宏觀檢查

對(duì)儲(chǔ)罐頂板及壁板外部進(jìn)行宏觀檢查，儲(chǔ)罐外保溫完好，未發(fā)現(xiàn)有破損和脫落,也無泄漏和開裂現(xiàn)象。頂板及壁板無安全閥、呼吸閥和阻火器外觀完好，法蘭密封無泄漏痕跡,緊固螺栓外觀完好。儲(chǔ)罐基礎(chǔ)未見下沉、無積水、無傾斜和腐蝕，儲(chǔ)罐內(nèi)部未安裝陰極保護(hù)裝置。

對(duì)儲(chǔ)罐壁板及頂板內(nèi)表面進(jìn)行宏觀檢查，防腐蝕涂層完好，無腐蝕、銹皮和剝蝕現(xiàn)象。對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行宏觀檢查，底板無明顯變形，罐底板上防腐蝕涂層有多處破損，有大量點(diǎn)蝕坑，且點(diǎn)蝕坑形貌各異，主要以湖狀蝕坑、杯狀蝕坑為主，呈紅褐色。腐蝕坑的分布無明顯規(guī)律，底板母材、搭接焊縫以及底板角焊縫均有發(fā)現(xiàn)。中副板防腐蝕涂層破損及腐蝕坑大大小小有72處，邊緣板防腐蝕涂層破損及腐蝕坑有40處，最深的腐蝕坑在①邊緣板上，直徑為25 mm，深度達(dá)6.35 mm。防腐蝕涂層破損部位及典型腐蝕坑形貌,見圖1和圖2。

圖1 母材腐蝕坑

2.2 壁厚檢測(cè)

采用測(cè)厚儀對(duì)儲(chǔ)罐的底圈壁板及底板進(jìn)行壁厚測(cè)量,16.00 mm的底圈壁板壁厚范圍在16.30～17.18 mm，實(shí)測(cè)最小值16.30 mm。頂板的壁厚范圍在5.82～6.13 mm，實(shí)測(cè)最小值為5.82 mm。有腐蝕坑的8.00 mm中副板進(jìn)行壁厚抽檢，原壁厚在7.89～8.29 mm，實(shí)測(cè)最小值7.89 mm。有腐蝕坑的10.00 mm邊緣板進(jìn)行壁厚抽檢，原壁厚在9.88～10.83 mm，實(shí)測(cè)最小值9.88 mm。

圖2 焊縫點(diǎn)蝕坑

2.3 漏磁檢測(cè)

采用漏磁掃描儀對(duì)腐蝕較嚴(yán)重的罐底板進(jìn)行漏磁檢測(cè)抽檢[1]。漏磁檢測(cè)抽檢的罐底板編號(hào)為中副板6/3，7/2，8/1，11/2和11/3，邊緣板①和⑦，見圖3。

圖3 儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)示意

經(jīng)漏磁檢測(cè)，顯示罐底板腐蝕深度當(dāng)量大部分為20%～29%，腐蝕深度當(dāng)量30%～59%的有12處，其中腐蝕深度當(dāng)量60%以上的為3處。對(duì)有信號(hào)的部位進(jìn)行目視宏觀檢查確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)有信號(hào)部位均為防腐蝕涂層破損部位。對(duì)腐蝕深度當(dāng)量在40%以上的腐蝕部位分別用焊縫檢驗(yàn)尺以及測(cè)厚儀進(jìn)行了抽查復(fù)檢，復(fù)檢腐蝕深度相對(duì)誤差在5%以內(nèi)，說明漏磁檢測(cè)的結(jié)果是有效的，復(fù)檢結(jié)果見表1。防腐蝕涂層完好部位，未見腐蝕，漏磁檢測(cè)儀也未見信號(hào)。

表1 點(diǎn)蝕深度測(cè)量及復(fù)查結(jié)果

2.4 儲(chǔ)罐焊縫的無損檢測(cè)

依據(jù)能源局相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)方法，對(duì)該儲(chǔ)罐底板腐蝕部位的焊縫進(jìn)行了熒光磁粉檢測(cè)抽查,對(duì)底圈兩層壁板的焊縫分別進(jìn)行了熒光磁粉檢測(cè)以及超聲波檢測(cè)抽查，檢測(cè)的結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)表面有超標(biāo)缺陷和隱藏超標(biāo)缺陷。

2.5 腐蝕產(chǎn)物分析

對(duì)罐底板腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜和X射線衍射分析,見圖4。由圖4可以看出，腐蝕產(chǎn)物主要由O和Fe元素組成，其次還含有一定量的Al,Si和S等元素，說明底板金屬中含有一定量的雜質(zhì)。表2為腐蝕產(chǎn)物所含元素成分分析結(jié)果。X射線衍射分析結(jié)果通過與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)比，主要腐蝕產(chǎn)物為Fe2O3(見圖5)。

圖4 能譜分析

表2 元素成分分析結(jié)果

圖5 X射線衍射分析結(jié)果

3 儲(chǔ)罐腐蝕原因分析

宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，該柴油儲(chǔ)罐的罐頂以及罐壁內(nèi)表面防腐蝕涂層完好，均未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象;罐底板防腐蝕涂層局部鼓包及破損，破損部位的底板已經(jīng)出現(xiàn)腐蝕坑，形狀多以錐形蝕坑為主[2]。漏磁檢測(cè)顯示，腐蝕信號(hào)均來自于底板上表面，儲(chǔ)罐底板下表面土壤側(cè)未發(fā)現(xiàn)腐蝕，即該罐底板的腐蝕是介質(zhì)側(cè)造成的。對(duì)壁板、頂板、帶有腐蝕坑的罐底板以及腐蝕坑邊緣分別進(jìn)行壁厚檢測(cè)，壁厚均未發(fā)現(xiàn)異常，也間接說明了腐蝕產(chǎn)生在介質(zhì)側(cè)。常壓儲(chǔ)罐主要的失效模式為罐體內(nèi)外部的腐蝕或穿孔、焊接缺陷的擴(kuò)展、介質(zhì)和環(huán)境引起的開裂以及脆性斷裂。腐蝕是常壓儲(chǔ)罐最主要的失效模式，以局部腐蝕為主。腐蝕一般發(fā)生在罐頂、罐壁的氣液波動(dòng)區(qū)、罐壁底部(積水區(qū))和罐底板。而該儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，腐蝕是產(chǎn)生在罐底板內(nèi)表面，腐蝕部位為底板防腐蝕涂層破損部位，介質(zhì)中的水分最容易沉積在這些部位。沉積水中含有一定濃度的腐蝕性離子，容易造成底板腐蝕，其中以坑蝕為主。能譜分析顯示，腐蝕產(chǎn)物中含有O,S,Al,Si和Fe元素，沉積水是較強(qiáng)的電解質(zhì)，致使罐底發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

4 完整性評(píng)價(jià)

4.1 罐底板的剩余厚度計(jì)算

依據(jù)API 653—2001的規(guī)定，對(duì)儲(chǔ)罐底板在現(xiàn)有的使用工況下進(jìn)行評(píng)定。

罐底板的剩余最小厚度評(píng)定公式：

MRT=(RTbc或RTip的最小值)-Or(StPr+UPr)

(1)

式中：MRT——在運(yùn)行周期末尾的最小剩余厚度，mm；

RTbc——修補(bǔ)后底板下表面腐蝕的最小剩余厚度，mm；

RTip——修補(bǔ)后底板上表面腐蝕的最小剩余厚度，mm；

Or——操作的運(yùn)行間隔，即下一次內(nèi)部檢驗(yàn)的時(shí)間，a；

StPr——為未經(jīng)修理的底板上表面的最大腐蝕速率，mm/a；對(duì)于罐底有防腐層的區(qū)域，StPr=0；

UPr——修理后底板下表面的最大腐蝕速率,mm/a。

使用底板修理后的最小剩余厚度計(jì)算腐蝕速率。根據(jù)油罐的使用時(shí)間假定一個(gè)線性比率。對(duì)于有效陰極保護(hù)的區(qū)域，UPr=0。若所計(jì)算的儲(chǔ)罐運(yùn)行周期末尾時(shí)的最小壁厚小于給出的最小罐底厚度時(shí)(見表3)，則應(yīng)對(duì)罐底進(jìn)行修補(bǔ)，或縮短下一次內(nèi)部檢驗(yàn)周期[3]。當(dāng)儲(chǔ)罐底圈壁板厚度不大于32 mm時(shí)，儲(chǔ)罐底板的邊緣板局部腐蝕部位應(yīng)不小于4.50 mm，否則應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊或更換[4]。

根據(jù)公式(1)計(jì)算得到底板最小剩余厚度。

該柴油儲(chǔ)罐底板下表面未發(fā)現(xiàn)腐蝕，所以RTbc為8.00 mm，UPr為0 mm/a；底板上表面防腐層破損部位，RTip最嚴(yán)重處取3.34 mm；Or取1a，StPr為0.52 mm/a，代入式(1)后得到MRT為2.82 mm。邊緣板最小剩余壁厚值為3.51 mm，小于4.50 mm。因此，根據(jù)API 653—2001規(guī)范中相關(guān)要求該儲(chǔ)罐能滿足現(xiàn)行使用要求，建議在正常工況下最長(zhǎng)檢驗(yàn)周期應(yīng)不超過1 a。

表3 底板中幅板最小厚度允許值

4.2 評(píng)定依據(jù)結(jié)果

4.2.1 評(píng)定依據(jù)

根據(jù)SY/T 5921—2000規(guī)范的評(píng)定要求，結(jié)合該儲(chǔ)罐檢驗(yàn)結(jié)果，對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行安全評(píng)定。結(jié)果如下:

(1)點(diǎn)蝕最大深度不大于原設(shè)計(jì)厚度的40%。

(2)當(dāng)腐蝕深度超過上述規(guī)定的、腐蝕面積大于一塊被檢測(cè)板的50%，且在整塊板上呈分散分布時(shí)，建議更換整塊鋼板；面積小于50%時(shí)，應(yīng)考慮補(bǔ)板或局部更換新板。

(3)當(dāng)罐壁板根部沿圓周方向存在帶狀嚴(yán)重腐蝕時(shí)，應(yīng)考慮切除嚴(yán)重腐蝕部位并更換邊緣板。

(4)罐底板局部凹凸度按GB 50128《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》的要求進(jìn)行評(píng)定，在不影響安全使用時(shí)，允許適當(dāng)放寬要求。

(5)罐底板應(yīng)無折角、撕裂[5]。

4.2.2 評(píng)定結(jié)果

檢驗(yàn)結(jié)果顯示,對(duì)儲(chǔ)罐外部宏觀檢查，罐基礎(chǔ)完好無沉降；外保溫層完好，無肉眼可見泄漏及變形；對(duì)儲(chǔ)罐的呼吸閥、阻火器等附件進(jìn)行檢查，未見異常。儲(chǔ)罐的內(nèi)表面宏觀檢查中發(fā)現(xiàn)，罐底板存在嚴(yán)重的局部腐蝕，壁板及頂板宏觀檢查完好；對(duì)罐頂板、罐壁板以及底板進(jìn)行壁厚抽檢，壁厚檢測(cè)以及無損檢測(cè)結(jié)果均為合格。對(duì)存在局部腐蝕坑的中副板及邊緣板進(jìn)行的漏磁檢測(cè)結(jié)果看，未發(fā)現(xiàn)底板土壤側(cè)有腐蝕信號(hào)，腐蝕信號(hào)均來源于底板上表面介質(zhì)側(cè)。

5 結(jié)論與建議

(1)該儲(chǔ)罐的下次開罐檢驗(yàn)周期不能超過 1 a，并且對(duì)中副板及邊緣板點(diǎn)蝕最大深度當(dāng)量超過40%的部位進(jìn)行補(bǔ)板修復(fù)，在對(duì)點(diǎn)蝕坑補(bǔ)板的焊縫要按要求進(jìn)行滲透檢測(cè)或者磁粉檢測(cè)，并達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)腐蝕深度當(dāng)量20%以上的部位進(jìn)行點(diǎn)焊，可參照GB 50128中第5章節(jié)的焊接要求進(jìn)行。

(2)對(duì)焊補(bǔ)區(qū)域重新進(jìn)行防腐蝕涂層處理。防腐前應(yīng)將底板表面的焊疤、焊瘤、毛刺清理干凈，銳角修鈍；防腐蝕涂層應(yīng)無銹斑、粉化、脫落，其厚度、附著力和漏點(diǎn)檢測(cè)應(yīng)達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。

(3)應(yīng)對(duì)該儲(chǔ)罐增加犧牲陽極法陰極保護(hù)措施。罐底的陰極保護(hù)應(yīng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià),下次開罐檢驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)檢查陽極的溶解情況、與儲(chǔ)罐的連接是否完好，測(cè)量其保護(hù)電位等。