煉油廠原油儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

蔣金玉 ，陸秀群 ，程 偉 ，周 楊 ，陳 煒

（ 1.合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽合肥 230031；2.合肥通用機(jī)械研究院特種設(shè)備檢驗(yàn)站有限公司，安徽合肥 230031）

0 引言

常壓儲(chǔ)罐廣泛應(yīng)用于石油化工、交通運(yùn)輸、國(guó)防等領(lǐng)域，用來(lái)儲(chǔ)存原油、成品油、中間原料、化工產(chǎn)品等介質(zhì)。常壓儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和檢驗(yàn)檢測(cè)對(duì)常壓儲(chǔ)罐的安全長(zhǎng)周期運(yùn)行，具有重要作用。原油儲(chǔ)罐是最常見(jiàn)的常壓儲(chǔ)罐，用于儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)輸原油，是各石化廠和油庫(kù)重要的儲(chǔ)存容器。

基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)[1]（Risk-based inspection，RBI）是針對(duì)材料損傷所引起的設(shè)備失效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理過(guò)程，對(duì)這種風(fēng)險(xiǎn)主要通過(guò)對(duì)設(shè)備的檢測(cè)來(lái)管理。作為一種先進(jìn)的設(shè)備管理技術(shù)，RBI技術(shù)[2-5]將定性分析和定量計(jì)算相結(jié)合，識(shí)別設(shè)備的損傷機(jī)理和失效模式，制定科學(xué)的檢驗(yàn)時(shí)間和優(yōu)化的檢驗(yàn)策略，保障設(shè)備安全，提高經(jīng)濟(jì)效益，廣泛應(yīng)用于石油化工、電力、海洋平臺(tái)、船舶領(lǐng)域。

煉油廠6臺(tái)原油儲(chǔ)罐概況，采用合肥通用機(jī)械研究院特種設(shè)備檢驗(yàn)站有限公司RBI評(píng)估軟件對(duì)其進(jìn)行RBI評(píng)估，識(shí)別其失效模式和損傷機(jī)理，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，制定下次檢驗(yàn)時(shí)間和檢驗(yàn)策略[6]。

1 儲(chǔ)罐概況

煉油廠原油罐區(qū)共計(jì)建造10萬(wàn)m3原油儲(chǔ)罐6臺(tái)，2010年6月建成投用。按照GB 50341—2003《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50128—2005《立式圓筒形焊接油罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，基本情況見(jiàn)表1。

罐底邊緣板材質(zhì)08MnNiVR，中幅板材料Q235-B；自下向上，第1至6層罐壁板材料08MnNiVR，第7層罐壁板材質(zhì)Q345R，第8、9層罐壁板材料Q235-B；浮頂材料Q235-A；罐底板上下表面、底層和頂層罐壁板內(nèi)壁、整個(gè)罐壁板外壁進(jìn)行了防腐。罐底板上表面安裝鋁鎂合金陽(yáng)極塊，下表面安裝外加電流進(jìn)行陰極保護(hù)。原油儲(chǔ)罐的罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

6臺(tái)原油儲(chǔ)罐自2010年6月投用以來(lái)，運(yùn)行正常，未出現(xiàn)過(guò)泄漏等異常現(xiàn)象，未經(jīng)歷過(guò)首次開(kāi)罐定期檢驗(yàn)。

表1 常壓儲(chǔ)罐基本情況

2 RBI評(píng)估

2018年1月，該煉油廠委托合肥通用機(jī)械研究院特種設(shè)備檢驗(yàn)站有限公司對(duì)這6臺(tái)原油儲(chǔ)罐進(jìn)行RBI評(píng)估，識(shí)別失效模式和損傷機(jī)理，確定開(kāi)罐檢驗(yàn)時(shí)間和檢驗(yàn)策略。

圖1 罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖

2.1 評(píng)估依據(jù)

（1）GB/T 30578—2014《常壓儲(chǔ)罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)》

（2）AQ 3053—2015《立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐安全技術(shù)規(guī)程》

（3）SY/T 5921—2011《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護(hù)修理規(guī)程》

（4）GB/T 26610.1—2011《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則 第1部分:基本要求和實(shí)施程序》

（5）GB/T 26610.2—2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則 第2部分:基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)策略》

（6）GB/T 26610.3—2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則 第3部分:風(fēng)險(xiǎn)的定性分析方法》

（7）GB/T 26610.4—2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則 第4部分:失效可能性定量分析方法》

（8）GB/T 26610.5—2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則 第5部分:失效后果定量分析方法》

（9）API 581—2016《Risk-Based Inspection Methodology》

（10）API 653—2014 《Tank Inspection，Repair，Alteration，and Reconstruction》

2.2 腐蝕分析

原油儲(chǔ)罐的損傷，以腐蝕減薄為主，伴隨少量的環(huán)境開(kāi)裂（比如大角焊縫開(kāi)裂）、機(jī)械損傷（浮頂支柱撞擊罐底板）等其他損傷模式。

2.2.1 罐底板

（1）土壤側(cè)。土壤腐蝕:金屬與土壤中的水、SO42-、Cl-、微生物等腐蝕性介質(zhì)發(fā)生的電化學(xué)腐蝕；氧濃差電池腐蝕:氧氣濃度差所導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕；雜散電流腐蝕:土壤中存在的雜散電流對(duì)金屬造成的腐蝕。

（2）介質(zhì)側(cè)。沉積水腐蝕:沉積水中的鹽、氣體、微生物對(duì)罐底板造成的腐蝕；垢下腐蝕:原油中的砂粒、污泥及罐底腐蝕產(chǎn)生的沉積物沉積于罐底；浮盤(pán)支柱對(duì)罐底板的沖擊。

2.2.2 罐壁板

（1）外壁。大氣腐蝕。

（2）內(nèi)壁。與水相接觸的底部罐底板存在沉積水腐蝕；與油相接觸的中間層罐壁板存在濕硫化氫腐蝕，但鈍化膜對(duì)內(nèi)壁起到了保護(hù)作用，腐蝕比較輕；與油氣接觸的罐壁板（主要指罐壁板與二次密封相接觸的位置）:原油中揮發(fā)出的H2S、CO2、水蒸汽等腐蝕性氣體在罐壁板內(nèi)壁密封處聚集，形成很強(qiáng)的腐蝕性環(huán)境，對(duì)罐壁板內(nèi)壁造成濕硫化氫腐蝕、二氧化碳腐蝕，尤其是浮盤(pán)長(zhǎng)期停留部位的罐壁板容易發(fā)生局部腐蝕；與空氣接觸的罐壁板內(nèi)側(cè)可能會(huì)發(fā)生大氣腐蝕。

2.2.3 大角焊縫

大型原油儲(chǔ)罐大角焊縫處峰值應(yīng)力高，材料為低合金高強(qiáng)度鋼，內(nèi)部缺陷易于擴(kuò)展，易發(fā)生開(kāi)裂。

2.3 RBI評(píng)估

（1）風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算。采用合肥通用機(jī)械研究院特種設(shè)備檢驗(yàn)站有限公司自主開(kāi)發(fā)的RBI評(píng)估軟件，對(duì)這6臺(tái)原油儲(chǔ)罐2018年1月的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2:

表2 6臺(tái)原油儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果

可以看出，這6臺(tái)原油儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)均為3D，屬于中高風(fēng)險(xiǎn)。這主要是因?yàn)檫@6臺(tái)原油儲(chǔ)罐按照相同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，投用時(shí)間相同，且未進(jìn)行過(guò)首次開(kāi)罐檢驗(yàn)。

（2）下次檢驗(yàn)時(shí)間。AQ 3053—2015《立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐安全技術(shù)規(guī)程》第11.4條[7]規(guī)定:“儲(chǔ)罐的使用單位，也可以采用RBI程序來(lái)確定定期檢驗(yàn)的周期”。結(jié)合煉油廠實(shí)際生產(chǎn)計(jì)劃和RBI評(píng)估結(jié)果，制定其下次開(kāi)罐檢驗(yàn)時(shí)間，見(jiàn)表3。

表3 原油儲(chǔ)罐的下次檢驗(yàn)時(shí)間

可以看出，通過(guò)采用RBI評(píng)估技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)宏觀檢查情況和實(shí)際運(yùn)行情況，評(píng)估6臺(tái)原油儲(chǔ)罐在2020年的風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)2020年的風(fēng)險(xiǎn)將6臺(tái)原油儲(chǔ)罐安排在2018-2020年進(jìn)行開(kāi)罐定期檢驗(yàn)，即符合法規(guī)的要求，也符合生產(chǎn)計(jì)劃，兼具科學(xué)性和可行性，解決6臺(tái)原油儲(chǔ)罐需要集中進(jìn)行開(kāi)罐檢驗(yàn)的問(wèn)題。

（3）開(kāi)罐檢驗(yàn)策略。根據(jù)原油儲(chǔ)罐的失效模式和損傷機(jī)理，依據(jù)儲(chǔ)罐相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用RBI評(píng)估技術(shù)，制定6臺(tái)原油儲(chǔ)罐的開(kāi)罐檢驗(yàn)策略，見(jiàn)表4，必要時(shí)是指當(dāng)罐壁板與邊緣板角焊縫檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷或現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)人員認(rèn)為有必要時(shí)。

3 總結(jié)與展望

（1）通過(guò)采用RBI評(píng)估技術(shù)，可以識(shí)別原油儲(chǔ)罐的失效模式和損傷機(jī)理，計(jì)算儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)，科學(xué)地制定下次檢驗(yàn)時(shí)間和檢驗(yàn)策略，為煉油廠對(duì)原油儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)維修管理提供技術(shù)支撐。

（2）強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)AQ 3053—2015《立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐安全技術(shù)規(guī)程》明確指出常壓儲(chǔ)罐需要按照一定的周期進(jìn)行定期檢驗(yàn)，但是由于以前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)未強(qiáng)制要求儲(chǔ)罐進(jìn)行定期檢驗(yàn)，導(dǎo)致現(xiàn)階段很多石化廠常壓儲(chǔ)罐處于超期未檢狀態(tài)，面臨著需要集中開(kāi)罐檢驗(yàn)的難題。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要，采用RBI評(píng)估技術(shù)，可以對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排序，并依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)情況，制定常壓儲(chǔ)罐的開(kāi)罐檢驗(yàn)順序，既可以保障儲(chǔ)罐本質(zhì)安全，還可以兼顧生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)安全與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一。

表4 原油儲(chǔ)罐開(kāi)罐檢驗(yàn)策略