大型儲罐腐蝕剩余壽命預(yù)測方法研究及對比

張華龍

（浙江浙能石油新能源有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟的增長，儲罐逐漸呈大型化、集中化和自動化的趨勢發(fā)展。在服役的過程中，一旦發(fā)生泄漏，在明火和高溫等外界條件的刺激下，將會引發(fā)池火、蒸氣壓爆炸、噴射火、閃火等一系列危險后果。目前，儲罐內(nèi)部腐蝕是造成儲罐災(zāi)難性事故的主要原因[1]。根據(jù)儲罐內(nèi)介質(zhì)液位的不同，腐蝕區(qū)域可分為底部含油污水區(qū)、中部油相區(qū)和頂部氣相區(qū)。底部含油污水中的硫酸鹽還原菌（SRB）和硫離子會使內(nèi)壁防腐涂層脫落，致使罐底板和圈板與腐蝕介質(zhì)直接接觸，SRB形成胞外生物膜，促使膜下貧氧、膜外富氧，形成氧濃差的電化學(xué)腐蝕。中部油相與罐壁長期接觸，油品中含有的低分子硫醇、硫化氫等活性物質(zhì)，對罐壁造成均勻腐蝕。頂部氣相通常與飽和原油蒸氣壓有關(guān)，蒸氣壓越高，原油中C1～C4的輕組分含量越多，在外界溫差的作用下，逐漸在罐頂形成冷凝水膜，腐蝕性介質(zhì)溶于水膜中發(fā)生點蝕或坑蝕[2]。綜上，儲罐腐蝕主要集中罐底和罐頂，目前我國針對含腐蝕缺陷儲罐剩余壽命的預(yù)測還處在起步階段，對不同壽命預(yù)測方法的對比還鮮有報道?；诖耍謩e梳理極值分布法、折線替代法和常規(guī)方法的計算流程，以實際儲罐的檢測結(jié)果為依據(jù)，對比不同剩余壽命計算方法的準(zhǔn)確性。

1 極值分布法

經(jīng)研究表明，儲罐的最大腐蝕深度服從Gumbel I型分布，該分布屬于極值分布，設(shè)一段時間的最大腐蝕深度為x，則累積概率分布函數(shù)為：

式中：F（x）為最大腐蝕深度不超過x的概率；k和η分別為位置變量和尺度變量。

在計算式（1）的數(shù)學(xué)期望、方差和變異系數(shù)的基礎(chǔ)上，假設(shè)腐蝕深度與時間呈線性關(guān)系，在可靠度0.999的條件下，得到儲罐的剩余壽命T為：

式中：δ為腐蝕余量，mm；Vx為腐蝕速率，mm/a；Cx為變異系數(shù)，無量綱。

2 折線替代法

假設(shè)投入時間點的服役時間為0，此時的表面深度x0=0，則當(dāng)時間趨于可使用總壽命時，腐蝕深度趨于壁厚，服役時間與腐蝕深度呈曲線關(guān)系。每次檢修均對最嚴(yán)重的部位進行處理，則從原始點到檢測點再到臨界壁厚點形成一條折線，預(yù)測可使用總壽命為：

式中：xi為第i次檢測得到的腐蝕深度，mm；ti為第i次檢測后的預(yù)測可使用壽命，a。

3 常規(guī)方法

常規(guī)方法是通過腐蝕余量、腐蝕速率和安全系數(shù)C來計算剩余壽命，見下式：

4 實例分析

以某常壓立式固定頂儲罐為例，該儲罐容積104m3，直徑28.5，高度16m，充裝系數(shù)0.85～0.90，采用聲發(fā)射技術(shù)進行了不停產(chǎn)的無損檢測，隨后利用站場檢修時刻，通過HCH-3000C型超聲波測厚儀進行了開罐驗證，測量精度0.1mm，得到罐頂板、罐底圈板和罐底中幅板的腐蝕深度數(shù)據(jù)，分別為127、78和213個。其中罐頂板的設(shè)計厚度為5mm，罐底圈板的設(shè)計厚度10mm，罐底中幅板的設(shè)計厚度8mm。統(tǒng)計腐蝕數(shù)據(jù)的累積概率分布情況，可見罐頂板的腐蝕深度遠小于罐底圈板和罐底中幅板，罐底中幅板中有20%腐蝕深度2～3mm的點，說明中幅板的腐蝕情況最為嚴(yán)重。

取85塊中幅板中測點的最大腐蝕深度進行剩余壽命預(yù)測，如表1所示。中幅板的最小允許壁厚為2.5mm，則腐蝕余量δ為設(shè)計厚度減去最小允許壁厚和最大腐蝕深度，δ=8-2.5-3.3=2.2mm。由表1的數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到，均值為1.634mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.488mm，則Cx=0.488/1.634=0.29865，該儲罐已經(jīng)服役20a，則腐蝕速率Vx=1.634/15=0.0817mm/a。

表1 中幅板最大腐蝕深度（部分）

通過式（2）計算基于極值分布法的剩余壽命和預(yù)測可使用壽命：

得到儲罐剩余壽命為13.9a，預(yù)測可使用壽命為34.75a。

通過式（3）計算基于折線替代法的剩余壽命和預(yù)測可使用壽命分別為13a和33a；通過式（4）計算基于常規(guī)方法的剩余壽命和預(yù)測可使用壽命分別為24.23a和60.58a，其中安全系數(shù)取0.9。

通過上述分析可知，由極值分布法和折線替代法計算得到可使用壽命與設(shè)計壽命相符，用常規(guī)方法得到的結(jié)果過于樂觀，無法指導(dǎo)儲罐檢驗周期的制定。折線替代法的折線次數(shù)與檢驗時機有關(guān)，因案例中只進行了單次檢測，同時假設(shè)維修狀態(tài)為完全維修，故計算結(jié)果可能存在系統(tǒng)誤差和偶然誤差。計算結(jié)果的保守程度從大到小依次為折線替代法、極值分布法和常規(guī)方法?？紤]到高含硫油田的深入開發(fā)，對國內(nèi)大型油罐的維護保養(yǎng)提出了一定深度的要求，極值分布法得到的剩余壽命更符合實際工況。建議油罐的檢修周期為6～8a，新建油罐的檢修周期不超過10a。

5 結(jié)語

（1）通過統(tǒng)計罐頂板、罐底圈板和罐底中幅板的腐蝕深度數(shù)據(jù)，得到罐底中幅板中有20%腐蝕深度2～3mm的點，說明中幅板受硫化物腐蝕的影響最為嚴(yán)重；

（2）極值分布法、折線替代法和常規(guī)方法下的儲罐剩余壽命分別為13.9a、13a和33a，其中極值分布法的保守程度適中，可以作為新建和在役油罐檢測周期確定的依據(jù)。