常壓儲(chǔ)罐基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)（RBI）技術(shù)的應(yīng)用

占龍楊，陳德輝

（1.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院， 江蘇 南京 210036）

（2.黃島國家石油儲(chǔ)備基地有限責(zé)任公司， 山東 青島 266426）

常壓儲(chǔ)罐廣泛應(yīng)用于石油、化工、國防等領(lǐng)域。大型儲(chǔ)罐的制造、檢驗(yàn)一直未納入國家強(qiáng)制檢驗(yàn)檢測管理的范疇，在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的某些缺陷難以被準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)，而一些關(guān)鍵的項(xiàng)目如儲(chǔ)罐的底板腐蝕檢測與評價(jià)、陰極保護(hù)的檢測與評價(jià)等技術(shù)沒有得到很好的實(shí)施和應(yīng)用[1]，致使事故隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)報(bào)，儲(chǔ)罐事故時(shí)有發(fā)生。

采用RBI技術(shù)對常壓儲(chǔ)罐進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，運(yùn)用Synergi Plant RBI Onshore 5.4.1中專門開發(fā)的AST模塊對常壓儲(chǔ)罐進(jìn)行失效可能性和失效后果進(jìn)行分析及計(jì)算，確定儲(chǔ)罐的各設(shè)備項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)等級，分析可能造成風(fēng)險(xiǎn)的因素為常用儲(chǔ)罐的全面檢驗(yàn)提供參考和依據(jù)，保證常用儲(chǔ)罐安全、穩(wěn)定和長周期運(yùn)行。

1 RBI的原理及方法

1.1 基本原理

RBI技術(shù)是建立在系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，通過分析結(jié)果，評估設(shè)備、裝置等的相對風(fēng)險(xiǎn)，并對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行劃分等級，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級和分布情況制定相應(yīng)的檢驗(yàn)方法及風(fēng)險(xiǎn)管理策略。通過該方法，可提高設(shè)備檢驗(yàn)的針對性和可靠性，在保證設(shè)備、裝置等安全運(yùn)行的前提下，合理降低設(shè)備維護(hù)及提高裝置運(yùn)行周期[2][3][4]。

1.2 RBI主要評價(jià)方法

1.2.1 風(fēng)險(xiǎn)的定義

風(fēng)險(xiǎn)=概率×后果

1.2.2 評價(jià)分析的方法

從風(fēng)險(xiǎn)的定義可以看出，風(fēng)險(xiǎn)主要從失效的概率及失效后的后果兩方面決定的。通過對失效概率和失效后果的定量分析，根據(jù)分析結(jié)果確定風(fēng)險(xiǎn)等級，由得出的風(fēng)險(xiǎn)等級確定設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)和安全管理措施。

RBI對失效概率分析需涵蓋設(shè)備可能發(fā)生的全部失效機(jī)理，通過對同類設(shè)備的失效概率、預(yù)期的失效機(jī)理、設(shè)備減薄的速率以及以往的檢測數(shù)據(jù)及其有效性綜合考慮得出每種失效機(jī)理的概率。

RBI對失效后果分析，從腐蝕減薄、環(huán)境開裂、機(jī)械損傷等導(dǎo)致的失效，定量失效后果可從面積后果、經(jīng)濟(jì)后果、失效后果等考慮。

1.3 RBI分析工作流程

RBI分析如圖1。

2 項(xiàng)目執(zhí)行過程及結(jié)果

2.1 項(xiàng)目范圍

RBI分析的范圍為庫區(qū)內(nèi)12臺(tái)儲(chǔ)罐，不涵蓋儲(chǔ)罐罐區(qū)內(nèi)管道。罐區(qū)內(nèi)管道若需要檢驗(yàn)從經(jīng)濟(jì)角度考慮，可進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)。

2.2 數(shù)據(jù)的采集及確認(rèn)

RBI進(jìn)行定量分析時(shí)需要收集數(shù)據(jù)涉及儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)、施工、維修、檢驗(yàn)、歷史操作參數(shù)、物料的化學(xué)成分、介質(zhì)的MSDS等。為了確保數(shù)據(jù)的規(guī)范性，Synergi Plant RBI Onshore軟件提供了固定的工作表格，將所采集的數(shù)據(jù)以模塊化的形式輸入軟件，數(shù)據(jù)的采集與確認(rèn)需要有經(jīng)驗(yàn)的工程師進(jìn)行，必要時(shí)應(yīng)請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜姨峁┲笇?dǎo)。

圖1

2.3 潛在損傷機(jī)理分析

RBI的損傷模式是指導(dǎo)致承載能力降低的損傷類型。儲(chǔ)罐主要損傷集中在罐壁和罐底，主要形式是泄漏和破裂。識(shí)別損傷模式主要關(guān)注儲(chǔ)罐運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、介質(zhì)腐蝕、機(jī)械環(huán)境損傷等。本次評估的常壓儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的介質(zhì)為原油、1,4-丁二醇、異丙醇等，主要材料16MnR、Q235B等。潛在失效機(jī)理分析：濕硫化氫破壞、大氣腐蝕、微生物腐蝕和保溫層下腐蝕。本次RBI分析中對損傷機(jī)理與損傷速率的確定，充分考慮了各種可能不利因素，損傷速率采用原始壁厚與后續(xù)檢測數(shù)據(jù)、專家數(shù)據(jù)等進(jìn)行了調(diào)整。

典型的損傷機(jī)理[5]分析如下：

（1）濕硫化氫破壞

在含水和硫化氫環(huán)境中碳鋼和低合金鋼所發(fā)生的損傷，包括氫鼓泡（HB）、氫致開裂（HIC）、應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂（SOHIC）和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（SSC）四種形式。主要影響因素：pH值、硫化氫分壓、溫度、硬度、鋼純凈度、焊后熱處理等。

（2）大氣腐蝕

大氣腐蝕是發(fā)生在潮濕的環(huán)境條件下。關(guān)鍵因素包括環(huán)境條件、潮濕度、溫度、鹽或硫化物的存在，以及保溫層的類型（層下腐蝕）等，特別是氯化物，H2S、SO2以及煙塵等空氣污染物加速大氣腐蝕。損傷形態(tài)：均勻或局部腐蝕，依賴于是否有水局部積聚，漆層脫落部位為均勻腐蝕。分布的區(qū)域?yàn)椋罕跍卦?12～121℃無保溫層的碳鋼或低合金鋼設(shè)備和管道，均可能發(fā)生大氣腐蝕，特別是漆層脫落部位、操作溫度在常溫附件波動(dòng)、停車或長期停用設(shè)備、管道支撐部位，如儲(chǔ)罐浮頂上表面、泡沫擋板、擋雨板根部等。

（3）微生物腐蝕

儲(chǔ)罐底部（罐底板內(nèi)、外面），土壤中的微生物和原油中的微生物，如細(xì)菌、藻類和真菌類的活性有機(jī)物造成的腐蝕，多與團(tuán)簇狀或泥濘狀有機(jī)物有關(guān)。常見微生物有硫酸鹽還原菌（SRB）、鐵氧化菌（IOB）等。微生物腐蝕損傷形態(tài)通常表現(xiàn)為局部垢下腐蝕或微生物簇團(tuán)處腐蝕，表現(xiàn)杯狀點(diǎn)蝕。主要影響因素：水分、環(huán)境（缺氧、缺光、鹽度、pH值等）、養(yǎng)分（硫、氨、碳、氮、磷等元素）。

（4）土壤腐蝕

罐底及邊緣板外則金屬接觸到土壤發(fā)生的腐蝕。損傷形態(tài)：土壤腐蝕多表現(xiàn)為以點(diǎn)蝕為主的局部腐蝕，腐蝕的嚴(yán)重程度取決于土壤條件和設(shè)備金屬表面環(huán)境條件的變化。腐蝕主要影響因素：土壤電阻率、水分含量、溶解鹽濃度、酸度、溫度、保護(hù)涂層質(zhì)量、陰極保護(hù)等。

常壓儲(chǔ)罐與石化裝置不同，最大的特點(diǎn)是儲(chǔ)存介質(zhì)無反應(yīng)、精餾、分離等工序。因此失效機(jī)理模塊的選取有：減薄模塊、應(yīng)力腐蝕開裂模塊、外部損傷模塊。根據(jù)儲(chǔ)罐群實(shí)際情況，依據(jù)快速隔離裝置、材料類別、相似操作條件和相同腐蝕機(jī)理劃分了12個(gè)物流回路，10個(gè)腐蝕回路。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)等級的確定

根據(jù)詳細(xì)的定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果，風(fēng)險(xiǎn)等級矩陣分布情況如圖2所示：

圖2 當(dāng)前常壓儲(chǔ)罐群的總風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖

圖3 未來常壓儲(chǔ)罐群的總風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖

當(dāng)前，常壓儲(chǔ)罐群中沒有總風(fēng)險(xiǎn)為中高風(fēng)險(xiǎn)及高風(fēng)險(xiǎn)的單元，到2021年9月30日，常壓儲(chǔ)罐群中可存在37.5%部件項(xiàng)為中高風(fēng)險(xiǎn)，總風(fēng)險(xiǎn)比2019年有所增長，但中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備項(xiàng)仍占設(shè)備項(xiàng)總數(shù)的絕大部分。

RBI的風(fēng)險(xiǎn)等級由失效可能性和失效后果共同組成，管理者通過對中高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)的提前干預(yù)能有效降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，如儲(chǔ)罐在運(yùn)行情況下也可開展一些檢驗(yàn)檢測工作，如對中高風(fēng)險(xiǎn)的單元進(jìn)行一次在線檢驗(yàn)（如：宏觀檢測、壁厚測定、表面缺陷檢測、儲(chǔ)罐垂直度、聲發(fā)射檢測[6]等），對于風(fēng)險(xiǎn)水平低的儲(chǔ)罐其檢驗(yàn)周期可以適度延長。在RBI實(shí)施中由于工藝參數(shù)的變化、儲(chǔ)罐介質(zhì)的變更等應(yīng)通知項(xiàng)目組以更新評估結(jié)果。

因現(xiàn)場技術(shù)人員對整個(gè)裝置的現(xiàn)狀最為了解，RBI評估過程中為了確保輸入數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確，項(xiàng)目組需要多和裝置的工藝技術(shù)人員、設(shè)備技術(shù)人員、自控技術(shù)人員進(jìn)行交流。評估過程需要具有高水平判斷技巧、理解水平和經(jīng)驗(yàn)的人執(zhí)行，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備及經(jīng)驗(yàn)的積累對RBI分析準(zhǔn)確性是非常重要的。

若要完善RBI評估，評估人員還應(yīng)該結(jié)合儲(chǔ)罐后續(xù)開罐檢驗(yàn)報(bào)告，將檢驗(yàn)結(jié)果與評估結(jié)果進(jìn)行對比，找出前期評估不足，進(jìn)一步完善基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)RBI檢驗(yàn)的失效模式、損傷機(jī)理、提出針對性檢驗(yàn)方案、確定設(shè)備檢驗(yàn)周期和檢驗(yàn)內(nèi)容等提供經(jīng)驗(yàn)支撐。

3 結(jié)論

引入RBI檢驗(yàn)技術(shù)，能有效地優(yōu)化儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)周期及檢驗(yàn)方法，預(yù)防和減少常壓儲(chǔ)罐的事故。企業(yè)應(yīng)科學(xué)管理，尤其是對發(fā)現(xiàn)的新問題及時(shí)組織專家及技術(shù)骨干分析原因并更新相關(guān)作業(yè)規(guī)程，這樣才能在切實(shí)消除隱患，保障本質(zhì)安全的基礎(chǔ)上，降低運(yùn)行成本，降低風(fēng)險(xiǎn)。

◆參考文獻(xiàn)

[1] API 653 Tank Inspection, Repair, Alteration and Reconstruction[S].

[2] API 581 American Petroleum Institute:Risk-based Inspection Methodology[S].

[3] American Petroleum Institute. Risk based Inspection[S].

[4] GB/T 26610.1～26610.5-2011，承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則[S].

[5] GB/T 30578-2014，常壓儲(chǔ)罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)及評價(jià)[S].

[6] GB/T 30579-2014，承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別[S].

[7] 戴光，李善春，李偉. 儲(chǔ)罐的聲發(fā)射在線檢測技術(shù)與研究進(jìn)展[J].壓力容器，2005，22(3)：33-35.