大型石油儲罐檢測周期確定方法研究

孫 磊 黃志江 張 強(qiáng) 楊永杰 梁 博

（1.中油國際管道公司中緬油氣管道項(xiàng)目，北京 102206；2.國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司山東省分公司德州作業(yè)區(qū)，山東 德州 253000；3.新疆吐哈石油勘探開發(fā)有限公司管道完整性檢測與評價(jià)中心，新疆 鄯善 838202；4.中國石油管道局工程有限公司管道投產(chǎn)運(yùn)行分公司，河北 廊坊 065000；5.國家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司蘭州輸油氣分公司，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

儲罐是石油石化行業(yè)重要基礎(chǔ)設(shè)施。我國已掌握10×104m3和15×104m3大型浮頂儲罐設(shè)計(jì)建設(shè)技術(shù)，并成為石油儲備庫主要儲罐型式。大型儲罐如發(fā)生油品泄漏事故可能造成嚴(yán)重環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失。儲罐檢測是確定腐蝕狀態(tài)和減少風(fēng)險(xiǎn)隱患的可靠手段，通過分析儲罐腐蝕規(guī)律，驗(yàn)證預(yù)測其工作性能和剩余壽命。儲罐檢測周期指從上一次檢測距離儲罐達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間間隔，是儲罐進(jìn)行維修的重要依據(jù)。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)或相似案例的特定時(shí)間周期可能造成儲罐失修或過修。相比根據(jù)腐蝕速率、可靠性和極值分布理論等研究方法，提出基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)（Risk Based Inspection，RBI）的儲罐檢測周期，更適用于我國儲罐實(shí)際情況。確定科學(xué)合理的檢測周期，有利于減少檢驗(yàn)維修費(fèi)用、降低非計(jì)劃性停產(chǎn)損失，有效預(yù)防儲罐腐蝕穿孔泄漏事故，對于儲罐安全、高效和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

1 國內(nèi)外儲罐檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

針對大型原油儲罐檢測周期，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)存在不一致、不統(tǒng)一的情形。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5921-2017規(guī)定油罐檢測評價(jià)周期為5～8年，新建油罐第一次檢測評價(jià)周期不宜超過10年。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6620-2014《油罐的檢驗(yàn)、修理、改建及翻建》等同采用美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API Std653-2009，規(guī)定儲罐檢測周期分為外部檢驗(yàn)、超聲波厚度檢驗(yàn)和內(nèi)部檢驗(yàn)三種類型，儲罐檢測對應(yīng)內(nèi)部檢驗(yàn)情形。

（1）油罐外部檢驗(yàn)周期應(yīng)按照每5年和RCA/4N兩者的較短期限，RCA指測量的罐壁壁厚與要求的最小壁厚之差；N指罐壁腐蝕速率；

（2）超聲波厚度測量，如腐蝕速率未知，最大間隔時(shí)間為5年；如腐蝕速率已知，最大間隔時(shí)間是15年和RCA/2N兩者的較短期限；

（3）內(nèi)部檢驗(yàn)指檢測罐底板腐蝕和滲漏。新建儲罐首次檢驗(yàn)的周期不能超過10年，如儲罐底板厚度大于8mm且有陰極保護(hù)加玻璃纖維加強(qiáng)襯里，首次檢驗(yàn)周期可延長至12～15年；如儲罐安裝滲漏防護(hù)和探測系統(tǒng)，首次檢驗(yàn)周期可延長至20～25年。針對后續(xù)內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)間間隔，根據(jù)獲取罐底板腐蝕速率和最小剩余厚度，最大時(shí)間間隔不超過20年，基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)評估（RBI），最大時(shí)間間隔不超過25年；如儲罐安裝滲漏防護(hù)和探測系統(tǒng)，基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)評估（RBI），最大時(shí)間間隔不超過30年。

歐洲工程材料應(yīng)用協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)EEMUA 規(guī)定，潮濕地區(qū)原油儲罐檢測周期最長為8年；在溫暖干燥地區(qū)原油儲罐檢測周期最長為10年。

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД 153-39.4-056-2000 《干線輸油管道運(yùn)行技術(shù)規(guī)程》規(guī)定儲罐設(shè)施附件專項(xiàng)檢測每5年不少于1次；全面檢測每10年1次，儲罐超出預(yù)期使用期限或已進(jìn)行大修的儲罐檢測周期分別為4年和8年。

加拿大Enbridge公司采用API std 653標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的儲罐檢測時(shí)間間隔，最長可達(dá)20年。

可以看出API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定儲罐檢測周期較長，在儲罐狀況良好、施加陰極保護(hù)和泄漏監(jiān)測技術(shù)條件下，儲罐檢測周期超過20年。有學(xué)者認(rèn)為，根據(jù)儲罐實(shí)際安全狀況確定檢測周期，大部分情形可以延長；國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定儲罐檢測周期較為保守，建議延長至8～10年。

2 儲罐檢測周期工程案例及做法

儲罐檢測涵蓋壁板/底板進(jìn)行超聲波測厚、聲發(fā)射和無損檢測，以及儲罐基礎(chǔ)、焊縫、幾何尺寸和附件設(shè)施檢查。相對罐底板，罐壁板腐蝕相對輕微，罐底板油品滲漏風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于罐壁油品泄漏風(fēng)險(xiǎn)。儲罐檢測盡可能減少不必要的無效檢測，檢測重點(diǎn)是罐底板、邊緣板、角焊縫和中央排水管等，儲罐檢測周期取決于罐底板使用壽命。

調(diào)研國內(nèi)油庫企業(yè)做法，根據(jù)儲罐實(shí)際情況采用固定時(shí)間的定期檢驗(yàn)，存在下列問題：

（1）缺乏科學(xué)依據(jù)儲罐提前檢測，或者針對無嚴(yán)重缺陷儲罐開罐檢測，耗時(shí)長、費(fèi)用高；影響正常生產(chǎn)，造成不必要經(jīng)濟(jì)損失；

（2）儲罐存在較大風(fēng)險(xiǎn)隱患不能及時(shí)檢測，儲罐含風(fēng)險(xiǎn)隱患超期運(yùn)行；

（3）固定時(shí)間的定期檢驗(yàn)方式未考慮失效后果影響；缺乏靈活性，未考慮油庫企業(yè)管理水平差異化（管理水平較好可減少儲罐失效概率）；

（4）固定時(shí)間的定期檢驗(yàn)方式缺乏科學(xué)性，不能集中資源用于檢測風(fēng)險(xiǎn)等級較高的儲罐。

國內(nèi)西部石油儲備庫容量250×104m3，設(shè)計(jì)儲罐原油、柴油、汽油、航煤、燃料油儲罐50多座，因儲罐混摻中轉(zhuǎn)頻繁，儲罐長期連續(xù)運(yùn)行，未進(jìn)行全面系統(tǒng)檢測，針對原油儲罐開展完整性檢測評價(jià)，開展聲發(fā)射在線檢測和開罐無損檢測，罐底板漏磁檢測發(fā)現(xiàn)1處腐蝕深度超過設(shè)計(jì)厚度50%的缺陷，計(jì)算實(shí)際腐蝕速率進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，罐底板風(fēng)險(xiǎn)等級屬于中風(fēng)險(xiǎn)（3C），罐壁板風(fēng)險(xiǎn)等級屬于低風(fēng)險(xiǎn)（2B），風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)預(yù)測儲罐檢測周期大于10年，最后綜合油庫實(shí)際狀況和經(jīng)濟(jì)分析、風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)確定檢測周期為9.6年。

3 儲罐檢測周期預(yù)測方法

國外推薦采用基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)（RBI）確定儲罐內(nèi)檢測周期，根據(jù)API 581進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等級排序，采取針對性風(fēng)險(xiǎn)緩解措施，制定儲罐整體檢測策略。我國安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AQ 3053-2015《立式圓筒形鋼制焊接儲罐安全技術(shù)規(guī)程》提出基于RBI的儲罐檢測周期。

3.1 RBI風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)原理及技術(shù)路線

RBI是應(yīng)用于設(shè)備維修管理技術(shù)，基本思想是研究材料退化失效造成壓力設(shè)備介質(zhì)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，基于檢測結(jié)果實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)控制。RBI指出風(fēng)險(xiǎn)是時(shí)間的函數(shù)，表示為失效后果與失效概率的乘積。

式中Pf(t)為失效概率；FC為失效后果，指環(huán)境損失后果和經(jīng)濟(jì)損失后果，包括環(huán)境罰款、處置費(fèi)、維修費(fèi)和停產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失等；gf指設(shè)備平均失效頻率，通過設(shè)備歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到；Df(t)為破壞因子，表征不同失效機(jī)理對設(shè)備的影響程度，儲罐考慮腐蝕壁厚減薄和內(nèi)襯損壞兩種失效機(jī)理；FMS為管理因子，表示設(shè)備安全管理對風(fēng)險(xiǎn)影響。

基于RBI技術(shù)的儲罐檢測周期研究方法是根據(jù)檢測結(jié)果和工程經(jīng)驗(yàn)預(yù)估下次檢測間隔，根據(jù)RBI技術(shù)計(jì)算下次檢測時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)值，與儲罐可接受風(fēng)險(xiǎn)值比較，增加或減少檢測間隔直至二者相等，即確定為儲罐下次檢測周期。RBI失效后果計(jì)算模型中只考慮油品泄漏風(fēng)險(xiǎn)，未考慮儲罐火災(zāi)爆炸、人員中毒傷亡等后果類型，這類事故危害程度嚴(yán)重，因此應(yīng)進(jìn)一步研究儲罐風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法。

3.2 儲罐可接受風(fēng)險(xiǎn)

儲罐可接受風(fēng)險(xiǎn)水平是決定基于RBI技術(shù)的儲罐檢測周期的關(guān)鍵因素。如可接受風(fēng)險(xiǎn)值過高，儲罐在高風(fēng)險(xiǎn)條件下運(yùn)行，可能導(dǎo)致泄漏失效；可接受風(fēng)險(xiǎn)值過低，儲罐檢測周期過短，增加運(yùn)行和檢測成本?？山邮茱L(fēng)險(xiǎn)值原則是保證儲罐安全運(yùn)行條件下盡可能延長儲罐檢測周期，可認(rèn)為儲罐可接受風(fēng)險(xiǎn)為儲罐底板被腐蝕至最小允許厚度對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)值。

API Std653-2009規(guī)定儲罐未安裝滲漏防護(hù)和探測系統(tǒng)，罐底板最小允許厚度為2.54mm，如未安裝滲漏防護(hù)和探測系統(tǒng)，罐底板最小允許厚度為1.27mm。調(diào)研國內(nèi)儲罐設(shè)計(jì)做法，取值2.54mm。以10×104m3和5×104m3儲罐為例，儲罐可接受風(fēng)險(xiǎn)值約為3.6×104。文獻(xiàn)[A]指出大型常壓儲罐的最大可接受破壞因子取值300。

3.3 計(jì)算示例

某油庫建有大型原油儲罐38座，主要型式為10×104m3和5×104m3浮頂儲罐，針對19座儲罐進(jìn)行開罐檢測，罐底板進(jìn)行100%漏磁檢測。儲罐可接受風(fēng)險(xiǎn)3.6×104，結(jié)論是除2#、5#和10#儲罐檢測周期為8年、11年和11年，其他儲罐檢測周期均大于12年，基于RBI技術(shù)預(yù)測儲罐檢測周期均大于8年，證明國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5921規(guī)定的儲罐檢測周期較為保守。

4 結(jié)語

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5921-2017關(guān)于儲罐內(nèi)檢測周期較為保守，會增加油庫運(yùn)行和維修成本。基于RBI技術(shù)是根據(jù)罐底板厚度、腐蝕速率、最小允許厚度和可接受風(fēng)險(xiǎn)確定儲罐檢測周期，該方法預(yù)測儲罐檢測周期較為合理、準(zhǔn)確。建議采用基于RBI技術(shù)確定儲罐檢測周期，考慮儲罐實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)水平與企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)可接受水平，綜合分析風(fēng)險(xiǎn)等級及驅(qū)動(dòng)機(jī)理、儲罐運(yùn)行歷史、檢測數(shù)量及有效性以及類似案例等，適當(dāng)延遲儲罐檢測周期。