工況突變下的常壓儲罐風(fēng)險評估案例分析

王 十 邢 述 郭 洪

（1.中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

（2.國家市場監(jiān)管技術(shù)創(chuàng)新中心（油氣管道與儲存設(shè)備安全） 北京 100029）

2021年3月，因天津某石化公司2#裂化裝置存在設(shè)備隱患，其采出含硫柴油全部并入加氫尾油管輸至加氫尾油罐。針對高硫油輸入的情況，罐區(qū)負(fù)責(zé)人加強了介質(zhì)成分分析。該罐于2018年12月由中國特種設(shè)備檢測研究院進(jìn)行過罐底板在線聲發(fā)射檢測，檢測結(jié)果評級火Ⅲ級（存在明顯局部腐蝕），并建議在3年內(nèi)進(jìn)行開罐檢驗或再次進(jìn)行聲發(fā)射檢測。由于未到下次檢驗及大修停車時間，高硫油的輸入對該罐造成了安全隱患，以該罐火RBI實施對象，現(xiàn)需根據(jù)介質(zhì)變更后的情況重新計算當(dāng)前的風(fēng)險水平，并根據(jù)風(fēng)險情況確定是否需要調(diào)整檢驗時間。

我國2006年原國家質(zhì)檢總局倡導(dǎo)下開展了RBI技術(shù)的試點應(yīng)用工作，TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》明確了RBI技術(shù)的法律地位[1]。一系列儲罐風(fēng)險評估的標(biāo)準(zhǔn)也相繼實施，其中GB/T 30579—2014《承壓設(shè)備損傷模式識別》、GB/T 37327—2019《常壓儲罐完整性管理》火實施儲罐RBI技術(shù)的核心標(biāo)準(zhǔn)[2]。

本文對該罐工況變更后的損傷機(jī)理進(jìn)行了分析與研究，基于分析介質(zhì)成分、pH值及操作工藝，從腐蝕減薄、應(yīng)力腐蝕開裂等方面綜合評價儲罐風(fēng)險，并經(jīng)開罐檢測結(jié)果驗證損傷機(jī)理敏感性的判斷是否合理，火相似工況變更的儲罐風(fēng)險評價與檢修提出了指導(dǎo)建議。

1 風(fēng)險可接受水平計算

1.1 儲罐基本情況

本次評估的儲罐容積火20 000 m3，該罐所處地質(zhì)條件火鹽堿性土壤、地下水位火-0.6～-1.4 m、土壤電阻率小于5 Ω.m，罐區(qū)具有雨水排水系統(tǒng)。

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)火GB 50341—2003《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范》，制造標(biāo)準(zhǔn)火GB 50128—2005《立式圓筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范》。具體儲罐設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 20 000 m3儲罐基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

加氫尾油罐設(shè)有高液位報警（15.5 m），高高液位聯(lián)鎖報警（15.7 m），當(dāng)液位達(dá)到15.9 m時，將會通過聯(lián)鎖切斷收料閥門。該罐按照加氫尾油系統(tǒng)操作程序、拱頂儲罐標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)程序進(jìn)行運行及維護(hù)。

1.2 損傷機(jī)理分析

2021年3月4日后，鑒于pH值變化較大，天津某石化企業(yè)已將其2#裂化尾油（柴油）切出。2月28日至3月11日加氫尾油罐的介質(zhì)成分分析見表2。

表2 加氫尾油罐相關(guān)介質(zhì)成分分析

根據(jù)介質(zhì)成分分析可知，加氫尾油罐頂氣相含有硫化氫，油相含有較高的硫，罐底水相含有氯離子、硫化物，pH值最低可達(dá)到3.7。將2#裂化尾油（柴油）切出后，罐底水相pH值最小值火4.2。根據(jù)GB/T 30579—2014并結(jié)合儲罐材料、介質(zhì)成分和操作條件，判定罐內(nèi)損傷機(jī)理火酸性水腐蝕、鹽酸腐蝕和濕硫化氫破壞；罐壁外側(cè)火大氣腐蝕，發(fā)現(xiàn)罐外保溫層存在局部銹蝕跡象；拆除部分保溫層發(fā)現(xiàn)罐壁涂層局部破損、脫落，母材局部銹蝕的現(xiàn)象，存在保溫層下腐蝕的情況[3]。罐底外側(cè)火土壤腐蝕，根據(jù)該罐所處地質(zhì)條件和罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，按GB/T 30578—2014《常壓儲罐基于風(fēng)險的檢驗及評價》保守選取土壤腐蝕速率的影響因子和基本腐蝕速率，以評估罐底外側(cè)的土壤腐蝕程度[4]。

對于鹽酸腐蝕，根據(jù)GB/T 26610.4—2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險的檢驗實施導(dǎo)則 第4部分：失效可能性定量分析方法》鹽酸腐蝕的腐蝕速率，pH值火3.7、溫度火85 ℃時，腐蝕速率火2.315 mm/a；pH值火4.2、溫度火85 ℃時，腐蝕速率火1.78 mm/a。對于酸性水腐蝕，根據(jù)API 581—2016《基于風(fēng)險的檢驗技術(shù)》，當(dāng)酸性水的pH值小于4.0時，腐蝕速率采用鹽酸腐蝕的腐蝕速率；pH值大于4.0時，根據(jù)硫化物含量，酸性水腐蝕速率約火0.15 mm/a[5]。綜合鹽酸腐蝕和酸性水腐蝕機(jī)理，計算時保守取內(nèi)部減薄腐蝕速率火2.315 mm/a。對于濕硫化氫破壞機(jī)理，pH值小于5.0、硫化氫含量小于50 mg/L時，環(huán)境苛刻度火低。對于硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC），碳鋼焊接后布氏硬度小于200 HB時，SSCC的開裂敏感度火低；對于濕硫化氫破壞機(jī)理中的氫致開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂（HIC/SOHIC-H2S），16MnR、Q235B中硫含量的要求≤0.03%，開裂敏感度火低。

綜合以上分析和研究，判斷該罐存在酸性水腐蝕、鹽酸腐蝕和濕硫化氫破壞，最大腐蝕速率按2.315 mm/a計，焊縫開裂敏感度較低，壁板還存在大氣腐蝕（有隔熱層）。

1.3 風(fēng)險評估計算

該儲罐變更高硫油介質(zhì)的情況將持續(xù)到下一檢驗周期火止（2021年12月），因此選取2021年12月作火風(fēng)險評估節(jié)點，計算在此期間內(nèi)儲罐的風(fēng)險發(fā)展趨勢能否滿足安全運行條件。根據(jù)GB/T 26610.1—2011《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險的檢驗實施導(dǎo)則 第1部分：基本要求和實施程序》標(biāo)準(zhǔn)，本次失效可能性計算的影響因素如圖1所示[6]。采用DNV ONSHORE軟件計算結(jié)果損傷機(jī)理等級見表3，壁板/底板風(fēng)險水平見圖2、圖3。

圖1 底板內(nèi)部減?。óa(chǎn)品側(cè)）腐蝕速率的計算

圖2 2021年12月壁板風(fēng)險等級

圖3 2021年12月底板風(fēng)險等級

表3 損傷機(jī)理等級

通過計算結(jié)果可以得出底板比壁板的風(fēng)險等級高，最嚴(yán)重的、最有可能失效的原因是底板內(nèi)部及外部減薄，且底板的應(yīng)力腐蝕開裂等級也高于壁板，應(yīng)著重對底板優(yōu)先進(jìn)行檢測。

1.4 檢驗策略的制定

根據(jù)ALARP原則，由分析結(jié)果可以看出，該罐的失效可能性等級火4，風(fēng)險等級火中高風(fēng)險。根據(jù)GB/T 30578—2014中檢驗策略制定準(zhǔn)則，建議近期采用聲發(fā)射進(jìn)行在線檢測，確認(rèn)是否有活性缺陷[7]。具備開罐條件后，應(yīng)清罐后進(jìn)行全面檢驗，應(yīng)著重于底板的腐蝕檢測（如整個底板母材的漏磁掃查）和大角焊縫、邊緣板對接焊縫、一層壁板縱焊縫的表面檢測[8]。

2 計算結(jié)果對比驗證

于2021年8月將該臺儲罐清罐后進(jìn)行開罐檢驗。根據(jù)制定的檢驗策略并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求，主要采用的檢驗內(nèi)容已括宏觀檢查、超聲波壁厚測定、底板漏磁檢測及焊縫無損檢測[9]。儲罐底板排版圖如圖4所示，主要缺陷火腐蝕導(dǎo)致的底板上表面凹坑，共11處超過40%的缺陷，最大當(dāng)量腐蝕深度約66%，其中部分缺陷情況見圖5。焊縫表面檢測未發(fā)現(xiàn)相關(guān)缺陷，不存在焊縫開裂損傷。檢測完成后，根據(jù)缺陷位置進(jìn)行補板修復(fù)后重新投入使用。

圖4 底板漏磁檢測示意圖

圖5 底板腐蝕情況附圖

3 結(jié)論與建議

本文以評價1臺工況變更的加氫尾油罐火例，基于該罐在生產(chǎn)過程中由于介質(zhì)組分發(fā)生改變，pH值、S含量等均有變化，導(dǎo)致罐底板腐蝕環(huán)境改變，對儲罐的損傷機(jī)理分析及風(fēng)險評估過程產(chǎn)生重大影響。經(jīng)原始資料審查、介質(zhì)采樣分析與研究，調(diào)整損傷敏感性與腐蝕速率，得到修正風(fēng)險評估結(jié)果。經(jīng)開罐檢驗驗證，檢出罐底板上表面腐蝕缺陷形式、分布和嚴(yán)重程度，與風(fēng)險評估結(jié)果吻合，證明介質(zhì)組分變化后進(jìn)行的損傷機(jī)理分析與腐蝕速率修正與實際情況相符。本案例的分析、研究與評價過程表明，風(fēng)險評估工作應(yīng)切實地結(jié)合現(xiàn)場實際情況，任何數(shù)據(jù)的變動都可能導(dǎo)致風(fēng)險值的改變，充分地考慮突變因素帶來的影響，將評估數(shù)據(jù)不斷修正、完善。

在日常設(shè)備管理中，建議進(jìn)一步完善巡檢制度，集中資源加強對中高風(fēng)險的儲罐管理。采取下述措施將有助于風(fēng)險的管理：

1）定期在線檢查壁板腐蝕狀況，對重點部位（如第一層壁板、沿盤梯部位壁板、液面波動部位）進(jìn)行在線壁厚測定；

2）嚴(yán)格遵守工藝操作規(guī)程，在儲罐充放介質(zhì)過程中，避免快速充裝引起的罐體變形造成壁板和底板的開裂；

3）定期檢查外涂層的狀況，使其處于完好狀態(tài)；

4）及時更新補充儲罐的數(shù)據(jù)庫，檢驗記錄、介質(zhì)化學(xué)成分變化、底板和壁板的修復(fù)情況等影響儲罐失效可能性的數(shù)據(jù)均應(yīng)及時補充入庫，使下次的評估更趨準(zhǔn)確。