常壓儲(chǔ)罐RBI計(jì)算中腐蝕速率的選取原則

張子健

（寧波市勞動(dòng)安全技術(shù)服務(wù)有限公司）

常壓儲(chǔ)罐是石油、石化企業(yè)及港口物流最常用的儲(chǔ)存設(shè)施，保障儲(chǔ)罐安全運(yùn)行是服務(wù)萬億級(jí)石化產(chǎn)業(yè)，確保大型石化基地安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。 目前針對(duì)大型石化基地儲(chǔ)罐，采用先進(jìn)檢驗(yàn)檢測(cè)方法、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（RBI）及完整性管理等是保障儲(chǔ)罐長(zhǎng)周期可靠運(yùn)行的有效措施［1］。GB/T 37327—2019《常壓儲(chǔ)罐完整性管理》［2］中指出，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是完整性管理的重要組成部分。 國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要是基于GB/T 30578—2014《常壓儲(chǔ)罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)及評(píng)價(jià)》［3］和API RP 581—2016《基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)方法》［4］。在計(jì)算失效概率中的總損傷系數(shù)時(shí)， 需要確定腐蝕速率，標(biāo)準(zhǔn)中提到了腐蝕速率的確定方式有3種：計(jì)算值、測(cè)量值、專家值，同時(shí)給出了大致的使用原則，但仍存在一些問題，例如，不是所有的儲(chǔ)罐使用單位都會(huì)設(shè)置壁板定點(diǎn)測(cè)厚位置；底板通常無法設(shè)置定點(diǎn)測(cè)厚部位；若需咨詢具有豐富工藝經(jīng)驗(yàn)的腐蝕專家獲取專家值，難度較大，可操作性低。 為此，筆者基于目前國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐檢驗(yàn)檢測(cè)情況，對(duì)腐蝕速率選取的原則進(jìn)行細(xì)化分析，并結(jié)合一臺(tái)30 000 m3儲(chǔ)罐的RBI計(jì)算， 給出適用于不同工況下儲(chǔ)罐腐蝕速率選取原則， 對(duì)提高常壓儲(chǔ)罐RBI計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性具有一定的指導(dǎo)意義，可用于實(shí)際工程。

1 常壓儲(chǔ)罐RBI腐蝕速率的選取方式

GB/T 30578—2014中關(guān)于腐蝕速率的說明：首先可采用“短期”或“長(zhǎng)期”實(shí)測(cè)腐蝕速率，若無實(shí)測(cè)腐蝕速率，可以根據(jù)相關(guān)資料或咨詢相關(guān)專家， 儲(chǔ)罐壁板可按GB/T 26610.4—2014來計(jì)算腐蝕速率， 儲(chǔ)罐底板按GB/T 30578—2014附錄B來計(jì)算腐蝕速率。

1.1 計(jì)算值

1.1.1 儲(chǔ)罐底板

儲(chǔ)罐底板腐蝕速率的計(jì)算值分為兩部分：土壤側(cè)腐蝕速率和介質(zhì)側(cè)腐蝕速率。 最終根據(jù)介質(zhì)側(cè)的腐蝕類型確定儲(chǔ)罐底板的總腐蝕速率。

1.1.1.1 土壤側(cè)腐蝕速率

土壤側(cè)腐蝕速率CRS的計(jì)算式為：

其中，CRSB為土壤側(cè)基本腐蝕速率，未進(jìn)行實(shí)測(cè)時(shí)， 可采用經(jīng)驗(yàn)值0.13 mm/a；FSR為土壤狀況調(diào)整系數(shù)， 主要考慮的是土壤電阻率大??；FPA為儲(chǔ)罐基礎(chǔ)調(diào)整系數(shù)，主要考慮的是儲(chǔ)罐襯墊類型對(duì)腐蝕的影響；FTD為排水調(diào)整系數(shù)， 主要考慮雨水是否經(jīng)常聚集在基礎(chǔ)周圍；FCP為陰極保護(hù)調(diào)整系數(shù)， 主要考慮是否安裝有陰極保護(hù)；FTB為底板類型調(diào)整系數(shù)， 主要考慮是否安裝有RPB防泄漏裝置；FST為溫度調(diào)整系數(shù)， 主要考慮的是土壤側(cè)的溫度。 以上調(diào)整系數(shù)，在RBI計(jì)算時(shí)，基于實(shí)測(cè)或者經(jīng)驗(yàn)值直接錄入軟件進(jìn)行計(jì)算。

1.1.1.2 介質(zhì)側(cè)腐蝕速率

介質(zhì)側(cè)腐蝕速率CRP的計(jì)算式為：

其中，CRPB為土壤側(cè)基本腐蝕速率， 未進(jìn)行實(shí)測(cè)時(shí)，可采用經(jīng)驗(yàn)值0.03 mm/a；FPC為介質(zhì)狀況調(diào)整系數(shù)， 主要考慮介質(zhì)側(cè)的干濕狀況；FPT為溫度調(diào)整系數(shù)， 主要考慮介質(zhì)側(cè)的溫度；FSC為蒸汽盤管調(diào)整系數(shù)，主要考慮是否安裝了蒸汽盤管；FWD為水汲取設(shè)施調(diào)整系數(shù)， 主要考慮是否安裝了水汲取設(shè)施。

1.1.1.3 儲(chǔ)罐底板總腐蝕速率

若介質(zhì)側(cè)為均勻腐蝕，則儲(chǔ)罐底板總腐蝕速率計(jì)算式為：

若介質(zhì)側(cè)為局部腐蝕，則儲(chǔ)罐底板總腐蝕速率計(jì)式算為：

1.1.2 儲(chǔ)罐壁板

儲(chǔ)罐壁板腐蝕速率的計(jì)算值按國(guó)標(biāo)GB/T 26610.4—2014來估算，首先需要識(shí)別罐壁存在的損傷機(jī)理，基于標(biāo)準(zhǔn)，罐壁常見的損傷機(jī)理為：大氣腐蝕和保溫層下腐蝕。

根據(jù)大氣腐蝕誘因和運(yùn)行溫度，確定基本腐蝕速率CrB（可在標(biāo)準(zhǔn)中直接查出），最終腐蝕速率Cr計(jì)算式為：

其中，F(xiàn)EQ為設(shè)備設(shè)計(jì)或制造調(diào)整系數(shù)，F(xiàn)IF為界面補(bǔ)償系數(shù)。

根據(jù)保溫層下腐蝕誘因和運(yùn)行溫度，確定基本腐蝕速率CrB，最終腐蝕速率Cr′計(jì)算式為：

其中，F(xiàn)INS為保溫類型調(diào)整系數(shù)，F(xiàn)CM為復(fù)雜程度調(diào)整系數(shù)，F(xiàn)IC為保溫狀況調(diào)整系數(shù)。

1.2 測(cè)量值

測(cè)量值的計(jì)算數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)是儲(chǔ)罐壁板狀態(tài)監(jiān)測(cè)位置（CML）處厚度隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)是指在罐壁上指定的位置進(jìn)行檢查，以便監(jiān)測(cè)目前的狀況和腐蝕速率，儲(chǔ)罐常用的狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要是厚度監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最小厚度位置可以采用超聲波測(cè)量或X射線成像檢測(cè)進(jìn)行定位， 也可采用電磁無損檢測(cè)技術(shù)來大致確定變薄的區(qū)域，再通過超聲波測(cè)量來精確測(cè)定， 在計(jì)算腐蝕速率時(shí)，需多次測(cè)量， 并記錄幾次測(cè)量的平均值或最小值，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)宜永久保存，可以在不同的檢測(cè)周期內(nèi)對(duì)同一位置進(jìn)行測(cè)量，以提高腐蝕速率測(cè)量值的準(zhǔn)確性。 腐蝕速率C計(jì)算式為：

其中，T1為狀態(tài)監(jiān)測(cè)位置厚度測(cè)量的初始值；T2為經(jīng)過時(shí)間t后， 狀態(tài)監(jiān)測(cè)位置厚度測(cè)量值；t為兩次厚度測(cè)量的時(shí)間差。

值得注意的是，在RBI計(jì)算過程中，宜采用長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)的平均腐蝕速率，因?yàn)楦g速率可能不一定隨時(shí)間變化，采用短時(shí)間內(nèi)的腐蝕速率會(huì)造成RBI結(jié)果過于保守。

1.3 專家值

腐蝕速率專家值是對(duì)該工藝有著豐富經(jīng)驗(yàn)的腐蝕專家所提供的數(shù)據(jù)，腐蝕專家通常能夠提供最準(zhǔn)確的實(shí)際腐蝕速率和適當(dāng)估計(jì)的腐蝕速率。 腐蝕專家的定義需參考API 510和API 570。

基于RBI計(jì)算軟件對(duì)3種腐蝕速率的適用范圍進(jìn)行總結(jié)，結(jié)果見表1。

表1 腐蝕速率選取方式的適用范圍

2 30 000 m3儲(chǔ)罐RBI計(jì)算與分析

對(duì)一臺(tái)30 000 m3儲(chǔ)罐的罐壁和罐底分別采用計(jì)算值、 測(cè)量值、 專家值腐蝕速率進(jìn)行RBI計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析。 計(jì)算值的算法是基于API RP 581—2016；測(cè)量值的數(shù)據(jù)是基于儲(chǔ)罐使用單位自2009年以來的定點(diǎn)測(cè)厚數(shù)據(jù)；專家值的數(shù)據(jù)是基于標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)參考文獻(xiàn)，計(jì)算軟件為DNV挪威船級(jí)社的Synergi Plant RBI Onshore 5.6。

2.1 儲(chǔ)罐基本參數(shù)

儲(chǔ)罐容積30 000 m3， 儲(chǔ)罐規(guī)格φ46000 mm×19324 mm，操作壓力為常壓，操作溫度為常溫，儲(chǔ)存介質(zhì)為航空煤油，罐頂形式為內(nèi)浮頂，投用日期為2009年9月。罐底數(shù)據(jù)：邊緣板厚度為10 mm，中幅板厚度為6 mm， 材料均為Q235。 罐壁板數(shù)據(jù)： 層數(shù)為11層， 厚度分別為24、22、20、18、18、14、12、10、10、10、10 mm，材料為Q235/16MnR。

2.2 檢驗(yàn)檢測(cè)情況

該儲(chǔ)罐于2020年9月進(jìn)行開罐檢測(cè)， 現(xiàn)將影響腐蝕速率大小的檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果匯總于表2。

表2 儲(chǔ)罐檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果匯總

該儲(chǔ)罐使用單位在2009年至2019年內(nèi)，對(duì)每層壁板實(shí)行了定期定點(diǎn)測(cè)厚，結(jié)果見表3。

表3 儲(chǔ)罐壁板定點(diǎn)測(cè)厚數(shù)據(jù)

2.3 RBI計(jì)算與比對(duì)分析

基于儲(chǔ)罐開罐檢驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)、API RP 581—2016《基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)方法》和相關(guān)參考文獻(xiàn)，分別采用計(jì)算值、測(cè)量值、專家值腐蝕速率進(jìn)行RBI計(jì)算，罐壁和罐底腐蝕速率的選取數(shù)據(jù)來源見表4。

表4 腐蝕速率選取數(shù)據(jù)來源

表4中， 罐底的內(nèi)部腐蝕速率專家值是根據(jù)儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)結(jié)果計(jì)算而來的，用腐蝕當(dāng)量41%計(jì)算，因?yàn)橐坏┑装灏l(fā)生腐蝕穿孔，就會(huì)造成泄漏，所以用0.24 mm/a的腐蝕速率來計(jì)算底板內(nèi)部腐蝕狀況，結(jié)果不會(huì)過于保守［5］。罐壁的外部腐蝕速率專家值是綜合文獻(xiàn)［6］和儲(chǔ)罐外表面油漆狀況后確定的。 采用DNV儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件，首先建立儲(chǔ)罐模型，其次進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，最后進(jìn)行計(jì)算。 由表5～7可以看出，采用不同方式確定的腐蝕速率，經(jīng)過RBI計(jì)算后，結(jié)果差異性較大，尤其是損傷因子的大小，由此可見腐蝕速率準(zhǔn)確與否會(huì)直接影響RBI計(jì)算結(jié)果， 進(jìn)而影響檢驗(yàn)檢測(cè)策略的制定，最終影響檢驗(yàn)資源的合理分配與利用［6］。

表5 基于腐蝕速率計(jì)算值的儲(chǔ)罐RBI結(jié)果

表6 基于腐蝕速率測(cè)量值的罐壁RBI結(jié)果

表7 基于腐蝕速率專家值的儲(chǔ)罐RBI結(jié)果

3 腐蝕速率的選取原則

在API RP 581—2016《基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)方法》中，對(duì)于腐蝕速率的選取原則規(guī)定為：在RBI計(jì)算過程中，應(yīng)當(dāng)使用腐蝕速率測(cè)量值，如果沒有腐蝕速率測(cè)量值，則可以使用專家值或者基于每個(gè)減薄機(jī)理所確定的腐蝕速率，如果存在多個(gè)減薄機(jī)理，則應(yīng)當(dāng)使用其中最大的腐蝕速率進(jìn)行計(jì)算。該原則在使用時(shí)仍存在一些問題， 需要結(jié)合國(guó)內(nèi)目前儲(chǔ)罐檢驗(yàn)檢測(cè)現(xiàn)狀進(jìn)行細(xì)化分析， 詳見表8。

表8 RBI中的腐蝕速率選取原則

表8的使用方法為： 首先根據(jù)所需評(píng)價(jià)的儲(chǔ)罐部件選擇，其次選擇檢驗(yàn)方式，最后根據(jù)①②③的優(yōu)先順序進(jìn)行腐蝕速率選取。 例如：需要評(píng)價(jià)罐壁的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，檢測(cè)方式為在線檢測(cè)，腐蝕速率選取原則如下： 優(yōu)先采用定點(diǎn)測(cè)厚的測(cè)量值，若無定點(diǎn)測(cè)厚數(shù)據(jù)，則檢測(cè)結(jié)果計(jì)算而得的等效專家值或咨詢腐蝕專家，若無測(cè)厚數(shù)據(jù)和腐蝕專家意見， 再采用API RP 581—2016計(jì)算法則。 需要評(píng)價(jià)罐底的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，檢測(cè)方式為開罐檢測(cè)，腐蝕速率選取原則如下：優(yōu)先采用底板漏磁檢測(cè)數(shù)據(jù)中的最大腐蝕當(dāng)量計(jì)算腐蝕速率，等效于專家值，若未進(jìn)行漏磁檢測(cè)，僅進(jìn)行了內(nèi)部宏觀檢查或者超聲波測(cè)厚，則采用API RP 581—2016計(jì)算法則進(jìn)行計(jì)算。

4 結(jié)束語

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)常壓儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中，罐壁和罐底腐蝕速率對(duì)儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)影響較大，且存在選取隨意性較大這一問題，筆者基于API RP 581—2016標(biāo)準(zhǔn)和一臺(tái)30 000 m3儲(chǔ)罐RBI算例，提出了常壓儲(chǔ)罐RBI中的腐蝕速率選取原則， 該原則相比于標(biāo)準(zhǔn)的條款，可操作性強(qiáng)，思路清晰，考慮了國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐檢驗(yàn)檢測(cè)情況，計(jì)算結(jié)果和儲(chǔ)罐實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)較為吻合， 可大幅提高常壓儲(chǔ)罐RBI計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，可應(yīng)用于工程實(shí)踐，對(duì)今后儲(chǔ)罐RBI標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供了一定的技術(shù)參考。