RBI 技術(shù)在大型液硫罐區(qū)的應(yīng)用

術(shù)阿杰

(中國石化達州天然氣凈化有限公司天然氣凈化廠，四川 達州 635000)

0 引言

西南地區(qū)某廠裝備有10 座5 000 m3的液硫儲罐，2009 年投入使用，是國內(nèi)最大的液硫生產(chǎn)存儲基地。投運以來，按照國家及行業(yè)相關(guān)標準開展檢驗檢測工作，由于受到生產(chǎn)實際所限，加上檢驗期間腳手架搭設(shè)工作量巨大，檢驗周期較長，費用較高。而利用基于風(fēng)險檢驗的技術(shù)對液硫儲罐進行檢驗評估，提高了液硫儲罐運行的安全穩(wěn)定性。

1 液硫儲罐存在的問題

根據(jù)AQ 3053—2015《立式圓筒形鋼制焊接儲罐安全技術(shù)規(guī)程》要求：“沒有類似儲罐的運行經(jīng)驗或數(shù)據(jù)時，定期檢驗周期不得超過6 年”，并參考SY/T 5921—2017《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護修理規(guī)范》中的相關(guān)檢修規(guī)定，為明確液硫儲罐腐蝕情況，分別在2016 和2018 年對液硫儲罐進行了整體檢測。發(fā)現(xiàn)液硫儲罐存在兩大問題：(1)液硫儲罐損傷模式和損傷機理不清楚，風(fēng)險情況未知，導(dǎo)致安全隱患，相關(guān)管理模式落后，已不適應(yīng)當前的安全需求。(2)儲罐容積大，停工后底部沉積硫磺較多(約300 t)，清罐耗時長、費用高，且密閉空間施工作業(yè)風(fēng)險大。常規(guī)檢測技術(shù)需要經(jīng)過噴砂去除防腐層、表面處理、檢驗和恢復(fù)等一系列流程，完成這一流程不僅耗時長，工作量大，產(chǎn)生的費用較大，而且可能帶來意外損失。尤其是開罐檢修，將可能破壞儲罐罐體，破壞防腐材質(zhì)。

為解決這一問題，2021 年對10 臺液硫儲罐進行在線檢測及RBI 評估，對儲罐機理損傷進行有效識別，對其失效模式進行系統(tǒng)分析，對其風(fēng)險進行準確評估，給下次檢驗時間的確定提供理論依據(jù)。并制定基于風(fēng)險的檢驗策略，提高液硫儲罐運行的可靠性及安全性，在保障其長周期安全運行前提下延長檢驗周期。

2 液硫儲罐RBI 技術(shù)分析

2.1 RBI 技術(shù)

RBI 是指基于風(fēng)險的檢驗，是以設(shè)備破壞導(dǎo)致的介質(zhì)泄漏為分析對象，以設(shè)備檢驗為主要手段的風(fēng)險評估和管理過程[1]。傳統(tǒng)的液硫儲罐定期檢驗是根據(jù)相關(guān)規(guī)程要求，由經(jīng)驗和失效可能性來確定相應(yīng)的檢驗方法和檢驗周期，制定的檢驗方案雖然對其失效機理也有所考慮，但由于更多考慮的是失效可能性，而忽略了失效后果。所以，檢驗方案的針對性、有效性往往不夠理想，重點不突出。

2.2 液硫儲罐損傷模式和失效機理研究

根據(jù)硫磺工藝流程特點，在液硫氣液兩相中，含有不飽和水蒸氣，同時液硫中含有硫化氫、二氧化碳等腐蝕性物質(zhì)。液硫儲罐的溫度為142 ℃，壓力為常壓，那么在正常運行條件下為不飽和水蒸氣，也就是為干氣環(huán)境，對設(shè)備的腐蝕分析研究分為內(nèi)部腐蝕和外部腐蝕。

2.2.1 外部腐蝕

液硫儲罐常見的外部腐蝕，主要是因為大氣中的水穿過罐體的保溫層，停留在罐壁與保溫層的中間。罐壁的壁溫一旦低于100 ℃時，水不能有效汽化，進而腐蝕罐壁表面。如供熱量出現(xiàn)明顯不足，罐壁及罐頂處通常都會出現(xiàn)腐蝕狀況[2]。與此同時，還可能會發(fā)生其他外部腐蝕，其主要是因為其與周圍環(huán)境中聚積的元素硫或硫磺之間的相互作用所致。硫磺與鋼鐵的接觸可能會導(dǎo)致鐵-硫接觸腐蝕，原始腐蝕產(chǎn)物FeS 可能導(dǎo)致硫酸對儲罐的腐蝕。

2.2.2 內(nèi)部腐蝕

液硫儲罐常見的內(nèi)部腐蝕主要是因為聚積在內(nèi)壁中的固體元素硫侵蝕鋼材，這種情況不僅可能發(fā)生在罐壁和放空管，更可能造成罐頂損壞。加熱系統(tǒng)出現(xiàn)的負荷不夠，或者保溫不良，罐內(nèi)鋼表面溫度低于115 ℃以下，水就會冷凝于鋼與硫磺的界面之上，就會導(dǎo)致鐵-硫接觸腐蝕，進而形成液硫儲罐的內(nèi)部腐蝕。

2.2.3 液硫儲罐腐蝕調(diào)查及檢測

通過對液硫儲罐進行腐蝕調(diào)查，發(fā)現(xiàn)儲罐罐體與基礎(chǔ)層密封開裂，一層壁板保溫層拆除后發(fā)現(xiàn)腐蝕嚴重，壁板保溫層大面積變色，頂板保溫層局部積水，罐頂作業(yè)平臺局部積水，罐頂通氣孔發(fā)現(xiàn)穿孔。

2.3 風(fēng)險評估計算方法

基于常壓儲罐風(fēng)險評估標準，結(jié)合液硫儲罐的結(jié)構(gòu)特點和損傷模式，優(yōu)化液硫儲罐罐壁、罐底腐蝕速率計算方法及流程，最終形成檢驗及評價液硫儲罐風(fēng)險評估計算方法。液硫儲罐風(fēng)險評估與計算方法如圖1 所示。

圖1 液硫儲罐風(fēng)險評估與計算方法

3 液硫儲罐RBI 評估

3.1 液硫儲罐風(fēng)險等級確定

利用DNV·GL RBI 軟件對儲罐進行風(fēng)險計算，需要對儲罐的壁板和底板的失效可能性及失效后果進行確定。根據(jù)API 581—2000 和GB/T 30578—2014 的相關(guān)規(guī)定，在DNV·GL RBI 軟件中選擇相適應(yīng)的潛在失效模式，對其中的損傷因子和一般失效頻率進行確定，然后對每座儲罐的失效可能性進行確定；而確定失效后果時，則主要考慮介質(zhì)特性及其泄放速率等相關(guān)參數(shù)，根據(jù)儲罐損傷程度、介質(zhì)泄漏對人員傷害、環(huán)境破壞、地下水污染、營業(yè)中斷損失等來評估風(fēng)險結(jié)果，確定風(fēng)險等級。風(fēng)險等級計算公式為：

式中：F(t)為失效可能性；C(t)為失效后果。

風(fēng)險等級計算過程如圖2 所示。

圖2 風(fēng)險等級計算過程

3.1.1 失效可能性等級的劃分

根據(jù)GB 30578—2014 規(guī)定，失效可能性等級劃分如表1 所示。

表1 失效可能性等級劃分

3.1.2 失效后果等級的劃分

失效后果的確定通常是按經(jīng)濟損失、環(huán)境影響、健康與安全等多個方面進行系列評價的。DNV·GL RBI 軟件通常只需考慮執(zhí)行未來檢驗的關(guān)鍵因素：其一是包含停產(chǎn)損失與維修費用在內(nèi)的經(jīng)濟費用；其二為包括環(huán)境清掃費用與環(huán)境處罰費用在內(nèi)的環(huán)境費用。失效后果等級劃分如表2 所示。

表2 失效后果等級劃分表

3.1.3 液硫儲罐風(fēng)險等級評估結(jié)果

對液硫儲罐開展相應(yīng)技術(shù)的檢驗檢測，檢驗儲罐各部件風(fēng)險等級，驗證液硫儲罐RBI 全流程指導(dǎo)規(guī)則可以有效得出該儲罐群各部件風(fēng)險等級，能制定科學(xué)、合理的降低風(fēng)險措施并有效實施。經(jīng)檢驗檢測和評估，2021 年西南地區(qū)某廠裝備有10 臺液硫儲罐壁板風(fēng)險等級均為低風(fēng)險，底板風(fēng)險等級均為中風(fēng)險。該液硫儲罐壁板、底板評估結(jié)果如圖3 所示。

圖3 2021 年液硫儲罐壁板、底板評估結(jié)果

3.2 液硫儲罐基于風(fēng)險的檢驗策略

基于RBI 評估技術(shù)，制定對應(yīng)風(fēng)險分級管控措施和檢修策略，實現(xiàn)了液硫儲罐延期檢測，形成了一套液硫儲罐風(fēng)險管理方法與體系。

3.2.1 液硫儲罐基于風(fēng)險檢驗策略

結(jié)合液硫儲罐壁板、底板當前和未來的風(fēng)險水平、失效可能性等級、失效模式、失效因子的發(fā)展趨勢、各種檢測方法的有效性等因素，科學(xué)制定每臺儲罐的檢驗類別、檢驗范圍、檢驗比例、方式、方法和檢驗周期，形成液硫儲罐風(fēng)險檢驗策略，如表3 所示。

表3 檢驗策略及重點部位表

3.2.2 液硫儲罐設(shè)施管理優(yōu)化

結(jié)合RBI 檢驗策略加強重點部位的巡檢，常壓儲罐每年至少進行一次外部檢查(年度檢查)，做好記錄并存檔。并對頂板保溫層局部積水問題和腐蝕變色壁板保溫層進行處理，對罐壁與基礎(chǔ)層密封開裂等問題進行修復(fù)。液硫儲罐年度檢查表如表4 所示。

表4 液硫儲罐年度檢查表

3.3 液硫儲罐RBI 評估結(jié)果

3.3.1 儲罐開罐檢驗周期延長

2021 年10—12 月對現(xiàn)場3 臺儲罐進行在線聲發(fā)射檢測、10 臺罐壁進行測厚，依據(jù)檢測結(jié)果，經(jīng)RBI 評估之后，部分開罐檢驗周期由6 ～9 a 延長至12 a 以上，實現(xiàn)了液硫儲罐長周期安全運行。

3.3.2 效益分析

(1)社會效益

提高了液硫儲罐運行的安全穩(wěn)定性，為液硫儲罐的平穩(wěn)運行提供數(shù)據(jù)支持，避免液硫儲罐泄漏造成環(huán)境污染和人員傷亡情況的發(fā)生。

(2)經(jīng)濟效益

根據(jù)液硫儲罐的檢驗策略來進行開罐檢驗和在線檢驗，檢驗更有針對性，延長了檢驗周期，減少了檢驗費用和配合費用。

4 結(jié)語

應(yīng)用RBI 評估技術(shù)對萬噸級液硫儲罐開展安全評價，研究建立了大型液硫儲罐安全評價體系，形成的液硫儲罐RBI 作業(yè)指導(dǎo)規(guī)則對今后國內(nèi)液硫儲罐群檢驗和風(fēng)險評估具有指導(dǎo)意義，實現(xiàn)了在線工況下安全狀況精準評定。