基于RBI技術(shù)的儲(chǔ)罐完整性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

張 猛中工國(guó)際工程股份有限公司電力工程部 北京 100080

儲(chǔ)罐是油料、化工原料等的專用儲(chǔ)存設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、城市燃?xì)獾阮I(lǐng)域。儲(chǔ)罐中盛裝的介質(zhì)往往具有易燃、易爆、腐蝕或有毒的性質(zhì)，一旦發(fā)生事故，會(huì)給人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損害，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。隨著材料科學(xué)和制造安裝水平的進(jìn)步，儲(chǔ)罐朝著大型化集中安放的趨勢(shì)發(fā)展。如何對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行有效的安全管理、減少事故的發(fā)生，顯得更為重要[1]。

檢測(cè)技術(shù)是儲(chǔ)罐完整性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵[2]。儲(chǔ)罐傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是定期檢驗(yàn)或者抽檢，定期檢驗(yàn)可能造成不必要的檢測(cè)和停產(chǎn)損失；抽檢對(duì)存在較大安全隱患的儲(chǔ)罐檢驗(yàn)力度不足，可能引發(fā)重大事故?；陲L(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)（RiskBasedInspection，RBI）是以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)制定相應(yīng)的檢驗(yàn)策略，能夠在保證設(shè)備安全運(yùn)行的前提下降低檢驗(yàn)成本[3]。本文探討了RBI技術(shù)在儲(chǔ)罐完整性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。

1 儲(chǔ)罐RBI檢測(cè)技術(shù)

1.1 儲(chǔ)罐RBI原理

儲(chǔ)罐RBI以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為核心和基礎(chǔ)，如圖1所示，通過(guò)掌握儲(chǔ)罐的各項(xiàng)原始數(shù)據(jù)，結(jié)合工藝參數(shù)、檢測(cè)和腐蝕狀況等運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)用失效分析技術(shù)對(duì)儲(chǔ)罐的失效可能性和失效后果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，分析出各個(gè)儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并據(jù)此排序，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的高中低水平制定出相應(yīng)的檢驗(yàn)和維護(hù)策略。

1.2 失效模式和損傷機(jī)理

圖1 儲(chǔ)罐RBI技術(shù)原理

儲(chǔ)罐的失效模式有腐蝕減薄、機(jī)械損傷、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂及其他，其中最主要的是腐蝕減薄。

儲(chǔ)罐壁板外側(cè)在環(huán)境中，主要發(fā)生大氣腐蝕和保溫層下腐蝕，在潮濕環(huán)境中，水分可以吸附或冷凝在儲(chǔ)罐外壁形成水膜，金屬表面會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使得金屬發(fā)生點(diǎn)蝕，并不斷加深擴(kuò)大，直至腐蝕穿孔[4]。壁板內(nèi)側(cè)易發(fā)生腐蝕的位置主要有兩處：一是大腳焊縫向上0～300mm的范圍，二是介質(zhì)液位波動(dòng)處。

儲(chǔ)罐底板比壁板的腐蝕程度更為嚴(yán)重。底板外側(cè)多處在土壤中，如果沒(méi)有有效的防滲水措施，儲(chǔ)罐底部易形成潮濕環(huán)境，造成底部腐蝕嚴(yán)重。而對(duì)于底板的介質(zhì)側(cè)，由于罐底沉積水中往往含有較多的氯化物、硫化物、氧等雜質(zhì)，會(huì)造成罐底沉積水的電化學(xué)腐蝕，其中硫酸鹽還會(huì)引起還原菌的酸性腐蝕；注入物料時(shí)，也會(huì)對(duì)底板造成局部沖蝕。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)是由失效可能性(LOF)和失效后果(COF)共同決定的，數(shù)學(xué)公式如式（1）。

失效可能性是由通用失效頻率和損失因子決定的，數(shù)學(xué)公式如式（2）。其中，通用失效頻率是共性量，基于某一類設(shè)備的失效歷史記錄，反映同類設(shè)備的失效可能性；損失因子是根據(jù)個(gè)體儲(chǔ)罐的腐蝕情況、使用年限、檢驗(yàn)有效性等因素確定的。

儲(chǔ)罐的失效后果包括：環(huán)境清掃費(fèi)、處罰費(fèi)等環(huán)境后果和維修費(fèi)用、停產(chǎn)損失等財(cái)政后果。根據(jù)儲(chǔ)罐的盛裝介質(zhì)、泄露速率、泄露量及所處環(huán)境的差異，綜合考慮并加權(quán)計(jì)算出失效后果，計(jì)算過(guò)程可參考API581-2008。

2 RBI技術(shù)在儲(chǔ)罐完整性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

2.1 儲(chǔ)罐群介紹

某油料分配廠20世紀(jì)90年代投用的6臺(tái)儲(chǔ)罐，其基本參數(shù)見(jiàn)表1。儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與施工均符合當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐囊?guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，檢修記錄顯示，部分儲(chǔ)罐底板有過(guò)局部補(bǔ)焊或更換。本次采用RBI技術(shù)，對(duì)該儲(chǔ)罐群的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

表1 儲(chǔ)罐群的基本參數(shù)

通過(guò)對(duì)儲(chǔ)罐群設(shè)計(jì)、制造和檢修數(shù)據(jù)的整理，采用DNV的AST RBI軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)儲(chǔ)罐的設(shè)備系數(shù)EF、工藝系數(shù)PF等數(shù)據(jù)，參考API581推薦數(shù)據(jù)，確定儲(chǔ)罐的失效可能性[5]；根據(jù)由儲(chǔ)罐的化學(xué)系數(shù)CF、壓力系統(tǒng)PRF等數(shù)據(jù)確定失效后果。根據(jù)確定好的失效可能性和失效后果，按照風(fēng)險(xiǎn)矩陣法確定儲(chǔ)罐底板和壁板的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，1#儲(chǔ)罐處于較高風(fēng)險(xiǎn)，5#、6# 儲(chǔ)罐處于中等風(fēng)險(xiǎn)，2#、3#、4#儲(chǔ)罐處于低風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 檢驗(yàn)策略

儲(chǔ)罐的內(nèi)外部檢測(cè)方式主要有：宏觀檢查、底板漏磁檢測(cè)、壁厚測(cè)定、在線聲發(fā)射監(jiān)測(cè)等。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)和腐蝕情況，參考API581和API653等要求，結(jié)合儲(chǔ)罐的實(shí)際運(yùn)行情況，制定出該儲(chǔ)罐群的檢驗(yàn)策略。

表2 儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

對(duì)于處于較高風(fēng)險(xiǎn)1#儲(chǔ)罐，外部檢驗(yàn)：要進(jìn)行100%宏觀檢查和＞30%壁板超聲波測(cè)厚。內(nèi)部檢驗(yàn)：（1）對(duì)壁板底層、盛裝介質(zhì)液位波動(dòng)處等關(guān)鍵位置進(jìn)行宏觀檢查和坑深測(cè)量，如有必要還需UTB型或C型掃描以及壁厚確認(rèn)；（2）儲(chǔ)罐底板，要進(jìn)行100%底板宏觀檢查，對(duì)其中的涂層破損部位還要進(jìn)行UT測(cè)厚；（3）底板的失效可能性比較大，還要進(jìn)行100%的漏磁檢測(cè)，如果某部位當(dāng)量腐蝕深度超過(guò)50%，對(duì)該部位還要進(jìn)行超聲波探傷復(fù)驗(yàn)；檢測(cè)時(shí)間為3a內(nèi)。

對(duì)于處于中等風(fēng)險(xiǎn)5#、6#儲(chǔ)罐，外部檢驗(yàn)同1#儲(chǔ)罐；內(nèi)部檢驗(yàn)前兩項(xiàng)檢驗(yàn)與1#儲(chǔ)罐相同，第三項(xiàng)要進(jìn)行50%的漏磁檢測(cè)，如果某部位當(dāng)量腐蝕深度超過(guò)50%，對(duì)該部位還要進(jìn)行超聲波探傷復(fù)驗(yàn)；檢測(cè)時(shí)間為6a內(nèi)。

對(duì)于低風(fēng)險(xiǎn)的2#、3#、4#儲(chǔ)罐，外部檢驗(yàn)：＞50%宏觀檢查，定期檢查涂層，必要時(shí)超聲測(cè)厚；內(nèi)部檢驗(yàn)：（1）對(duì)壁板底層、盛裝介質(zhì)液位波動(dòng)處等關(guān)鍵位置進(jìn)行宏觀檢查，必要時(shí)UTB測(cè)厚，（2）聲發(fā)射在線檢測(cè)儲(chǔ)罐底板；檢測(cè)時(shí)間為9a內(nèi)。

3 檢驗(yàn)驗(yàn)證

儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)可分為開(kāi)罐檢驗(yàn)和不開(kāi)罐檢驗(yàn)。不開(kāi)罐檢驗(yàn)，對(duì)壁板和頂板通常采用宏觀檢查、焊縫磁粉或超聲波測(cè)厚等無(wú)損檢測(cè)方法，對(duì)儲(chǔ)罐底板則采用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)具有效率高、成本低的優(yōu)勢(shì)，是底板最佳的不開(kāi)罐檢驗(yàn)方法[6]。選擇風(fēng)險(xiǎn)較高的1#儲(chǔ)罐和低風(fēng)險(xiǎn)的3#儲(chǔ)罐進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)證。由于儲(chǔ)罐底板易受到腐蝕，二者的風(fēng)險(xiǎn)也主要來(lái)自于底板風(fēng)險(xiǎn)，所以采用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)對(duì)1#儲(chǔ)罐和3#儲(chǔ)罐底部進(jìn)行檢測(cè)。

聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果表明：1#儲(chǔ)罐底板存在明顯的局部腐蝕，腐蝕活度等級(jí)為Ⅲ級(jí)；3#儲(chǔ)罐底板腐蝕輕微，未見(jiàn)明顯的局部腐蝕，腐蝕活度等級(jí)為Ⅰ級(jí)。根據(jù)JB/T10764-2007并參考GB/T18182-2000，對(duì)于1#儲(chǔ)罐1a內(nèi)可以不考慮維修，3a內(nèi)應(yīng)重新檢測(cè)評(píng)價(jià)；對(duì)于3#儲(chǔ)罐3a內(nèi)可以不考慮維修，9a內(nèi)應(yīng)重新檢測(cè)評(píng)價(jià)。聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果與RBI風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果較好的吻合，這表明基于RBI技術(shù)的儲(chǔ)罐完整性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的可行性。

4 總結(jié)與展望

（1）RBI技術(shù)以風(fēng)險(xiǎn)管理為基礎(chǔ)，是一種新興的設(shè)備管理技術(shù)。結(jié)合RBI風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論，借鑒RBI在管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的成熟經(jīng)驗(yàn)，闡述了基于RBI技術(shù)的儲(chǔ)罐完整性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基本方法。

（2）以某油料分配廠的6臺(tái)儲(chǔ)罐為例，研究了RBI在儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，結(jié)果顯示：除1#儲(chǔ)罐處于較高風(fēng)險(xiǎn)，其余均處于中低風(fēng)險(xiǎn)，且風(fēng)險(xiǎn)主要集中儲(chǔ)罐底板，根據(jù)儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)制定出相應(yīng)的檢驗(yàn)策略。

（3）利用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)對(duì)RBI風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明二者具有較好的一致性，基于RBI技術(shù)的儲(chǔ)罐完整性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法具有較高的可靠性，并能在維持安全的基礎(chǔ)上，延長(zhǎng)檢測(cè)周期、減少檢測(cè)次數(shù)、節(jié)省檢驗(yàn)與維修費(fèi)用。

（4）RBI技術(shù)考慮了儲(chǔ)罐泄露的失效后果，但未考慮儲(chǔ)罐燃燒、爆炸及毒性的后果[7]。這些情況出現(xiàn)的可能性盡管很低，但儲(chǔ)罐盛裝介質(zhì)很多具有易燃易爆性，這些情況一旦發(fā)生后果非常嚴(yán)重。所以將來(lái)還需深入研究燃燒、爆炸及毒性后果對(duì)儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)的影響。

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