常壓儲罐風(fēng)險檢驗(yàn)的優(yōu)化研究

常壓儲罐風(fēng)險檢驗(yàn)的優(yōu)化研究

1風(fēng)險的檢驗(yàn)rbi技術(shù)常量儲水池廣泛應(yīng)用于石油、化工、國防、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。這是一種制備原油、液體化工工具及其產(chǎn)品的專用科事機(jī)構(gòu)。由于多方面原因,人們對常壓儲罐的安全重視程度較低,相當(dāng)一部分超期服役,安全狀況令人擔(dān)憂。目前,我國石油化工企業(yè)對儲罐的管理基本實(shí)行基于時間的檢驗(yàn)(定期檢驗(yàn))或抽檢,這種方式往往造成兩方面弊端:一方面是大部分儲罐無嚴(yán)重缺陷,造成了不必要的檢驗(yàn)和停產(chǎn)損失;另一方面,一些具有較大潛在風(fēng)險的儲罐檢驗(yàn)力度不足,帶來安全隱患。因此,對常壓儲罐進(jìn)行科學(xué)的評估和有效管理,變預(yù)防性檢驗(yàn)為預(yù)知性檢驗(yàn)是十分重要的?；陲L(fēng)險的檢驗(yàn)(RBI)技術(shù)能夠通過科學(xué)的評估來對儲罐群的風(fēng)險進(jìn)行排序,在當(dāng)前可接受風(fēng)險水平的條件下,區(qū)分儲罐群中的高風(fēng)險項(xiàng)和低風(fēng)險項(xiàng),提出合理的檢驗(yàn)策略,使檢驗(yàn)和管理行為更加有效,在降低成本的同時可提高設(shè)備的安全性和可靠性。目前,美國石油協(xié)會(API)已于2008年頒布了API581第二版,提出了常壓儲罐風(fēng)險評估的方法,挪威船級社(DNV)已開發(fā)完成常壓儲罐風(fēng)險評估軟件ASTRBI,另外英國焊接協(xié)會(TWI)也已開發(fā)出專門用于儲罐的評估軟件RISKISETM。文中基于API581—2008的RBI技術(shù)原理,利用DNV的ASTRBI軟件,對RBI技術(shù)在常壓儲罐群的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。2儲罐的失效主要失效模式分析儲罐常見的失效模式包括腐蝕減薄、應(yīng)力腐蝕開裂、脆性斷裂和機(jī)械疲勞損傷等。其中,腐蝕減薄是儲罐最主要的失效模式。下面對儲罐不同部位可能發(fā)生的腐蝕類型和機(jī)理進(jìn)行分析。2.1罐壁腐蝕嚴(yán)重儲罐的外壁主要發(fā)生大氣腐蝕,空氣中的水汽或雨水在儲罐外壁由于吸附、冷凝作用形成水膜,使金屬表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕。在罐頂凹陷處、焊縫凹陷處、保溫層易進(jìn)水的地方、抗風(fēng)圈與罐壁連接處以及其他易積水的地方,會形成較為嚴(yán)重的局部腐蝕。儲罐內(nèi)壁有兩個重點(diǎn)腐蝕部位:大腳焊縫向上0~300mm范圍內(nèi)的壁板和介質(zhì)液位波動處。介質(zhì)中雜質(zhì)的水分長時間沉積,形成較強(qiáng)的電解質(zhì)溶液,產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕,造成儲罐內(nèi)壁根部較嚴(yán)重的局部腐蝕。介質(zhì)液位波動處由于液面上下含氧量不同,可形成氧濃差電池而造成腐蝕,還可因液位波動處干濕狀況頻繁交替導(dǎo)致沉淀物的積聚而形成垢下腐蝕。2.2罐底腐蝕嚴(yán)重儲罐底板腐蝕程度比壁板嚴(yán)重,有時甚至?xí)g穿孔而出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。儲罐底板介質(zhì)側(cè)的腐蝕主要來自于罐內(nèi)沉積水造成的電化學(xué)腐蝕。沉積水中的硫化物、氯化物、氧等物質(zhì)與金屬發(fā)生反應(yīng),具有較強(qiáng)的腐蝕作用。在物料注入部位,由于流體的沖刷,可能形成局部的沖蝕。儲罐底板土壤側(cè)的腐蝕較介質(zhì)側(cè)更為嚴(yán)重。如果儲罐基礎(chǔ)沒有有效的防滲水措施,雨水和水汽很容易沿罐底板與罐基礎(chǔ)的縫隙侵入到罐底的周邊部位,從而形成有利的腐蝕條件。由于儲罐沉陷的不均勻使底板與基礎(chǔ)接觸不良形成氧濃差電池,從而造成罐底板的腐蝕。3儲蓄風(fēng)險評估技術(shù)的介紹3.1風(fēng)險等級的設(shè)定和降低措施常壓儲罐的風(fēng)險評估分別從失效可能性等級(LoF)和失效后果等級(CoF)兩個方面對儲罐的底板和壁板進(jìn)行分析和計算,將所得的結(jié)果代入風(fēng)險矩陣中得出儲罐的風(fēng)險等級。針對不同風(fēng)險等級的儲罐提出相應(yīng)降低風(fēng)險的措施,制定有針對性的檢驗(yàn)策略。常壓儲罐的RBI技術(shù)原理見圖1。3.2損傷因子的選取失效可能性等級由基本失效頻率和損傷因子確定?；臼ьl率是共性量,總體上代表一類設(shè)備失效的可能性,并不能反映一臺特定設(shè)備的實(shí)際失效頻率。損傷因子是個性量,反映了每臺儲罐在使用年限、腐蝕速率和檢驗(yàn)有效性等諸多方面的差異,利用損傷因子對基本失效頻率進(jìn)行修正,可得出每臺特定儲罐的失效可能性。但是,損傷因子無法反映以可靠性為目的的實(shí)際失效頻率,而是反映了對設(shè)備的關(guān)注程度。儲罐底板失效可能性的確定流程如圖2所示。3.3儲罐泄漏的危害后果常壓儲罐失效后果分析包括環(huán)境后果和財政后果,由環(huán)境清掃費(fèi)、環(huán)境處罰費(fèi)、維修費(fèi)和停產(chǎn)損失費(fèi)組成,不包括燃燒爆炸和毒性后果的分析。儲罐由于失效形式、盛裝介質(zhì)以及泄漏孔徑大小等因素的不同,可造成不同的泄漏速率和泄漏量。又因儲罐所處環(huán)境的差異,泄漏的介質(zhì)可能造成污染的范圍也不同。因而,對失效后果的分析應(yīng)綜合考慮每一種可能發(fā)生的后果情況并加權(quán)計算總的失效后果。對此,API581建立了比較復(fù)雜的失效后果評估模型,具體計算流程可參考API581—2008。4rbi和監(jiān)禁容量4.1外浮頂儲罐系統(tǒng)本次評估的20臺常壓儲罐主要用于煉油原料的貯存,盛裝的介質(zhì)種類包括:原油、石腦油、汽油、柴油;容積從10000~50000m3不等;投用時間分為20世紀(jì)70年代、80年代和90年代3個階段;儲罐結(jié)構(gòu)型式為外浮頂;主體建造材料采用16MnR,Q235AF,A3和A3F;儲罐設(shè)計建造施工依據(jù)當(dāng)時的建造規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);運(yùn)行期間的常規(guī)檢驗(yàn)和維修記錄表明部分儲罐底板因腐蝕進(jìn)行過局部更換、重焊或貼補(bǔ),個別儲罐底板做過整體更換。儲罐基本情況見表1。4.2臺儲罐風(fēng)險分析結(jié)果利用DNV的ASTRBI軟件定性分析得出儲罐在正常操作下不會出現(xiàn)壁板脆性斷裂和環(huán)境引起的開裂,再對收集的資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析,計算出每臺儲罐的風(fēng)險等級和儲罐群的風(fēng)險分布情況,見表2,圖3。20臺儲罐風(fēng)險分析結(jié)果為:沒有高風(fēng)險的設(shè)備項(xiàng);中高風(fēng)險的設(shè)備項(xiàng)有5個底板,占總評估項(xiàng)的12.5%;中風(fēng)險的設(shè)備項(xiàng)有14個底板和13個壁板,占總評估項(xiàng)的67.5%;低風(fēng)險的設(shè)備項(xiàng)有1個底板和7個壁板,占總評估項(xiàng)的20%。較高風(fēng)險的設(shè)備項(xiàng)主要分布在底板,低風(fēng)險的設(shè)備項(xiàng)主要在壁板。4.3檢測手段及安全時間基于風(fēng)險的檢驗(yàn)的目標(biāo)就是要通過對常壓儲罐群風(fēng)險的分析,區(qū)分高風(fēng)險項(xiàng)和低風(fēng)險項(xiàng),針對不同的風(fēng)險等級和失效機(jī)理,確定合理的檢驗(yàn)周期和有效的檢驗(yàn)手段。合理的檢驗(yàn)周期應(yīng)盡可能地讓儲罐長周期運(yùn)行,但要確保在下一次檢驗(yàn)前,設(shè)備潛在的風(fēng)險不致影響安全使用。檢驗(yàn)周期的確定應(yīng)綜合考慮我國法規(guī)規(guī)范的要求和國內(nèi)外同類設(shè)備使用的歷史經(jīng)驗(yàn)。有效的檢驗(yàn)手段應(yīng)能針對不同儲罐的失效形式和損傷機(jī)理高效、準(zhǔn)確地識別損傷位置及程度。目前在役常壓儲罐的主要檢測手段包括:宏觀檢查、超聲波測厚、磁粉、射線、滲透、渦流和超聲檢測等。此外,聲發(fā)射檢測和漏磁檢測是兩種有效的檢測儲罐底板的手段。本次評估綜合考慮API581和API653《油罐檢驗(yàn)、修理、改造和重建》的相關(guān)要求,針對各臺儲罐的風(fēng)險等級和失效機(jī)理,制定了相應(yīng)的檢驗(yàn)方案,見表3。5儲罐檢驗(yàn)驗(yàn)證為了驗(yàn)證常壓儲罐風(fēng)險評估方法的可靠性,根據(jù)評估結(jié)果和企業(yè)的需求,選擇對108#和113#儲罐進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)證。由于兩臺儲罐的風(fēng)險主要來自于較高的底板風(fēng)險等級,因而采用底板漏磁檢測的手段進(jìn)行驗(yàn)證。漏磁掃查儀采用英國Silver-wing公司的Floormap2000自動繪圖儲罐底板腐蝕快速掃描系統(tǒng)。5.1腐蝕微且均勻開罐后對儲罐底板進(jìn)行內(nèi)部宏觀檢查:108#底板上表面腐蝕情況良好,腐蝕輕微且均勻,噴砂后發(fā)現(xiàn)1處腐蝕穿孔;113#底板上表面有多處局部點(diǎn)腐蝕,由于部分底板上表面腐蝕較嚴(yán)重,企業(yè)對約占儲罐底板面積1/2(約750m2)的板材進(jìn)行了更換,剩余底板噴砂后發(fā)現(xiàn)4處腐蝕穿孔。5.2罐區(qū)腐蝕情況對108#和113#除機(jī)械障礙物外整個底板進(jìn)行漏磁檢測,經(jīng)統(tǒng)計得出108#當(dāng)量腐蝕深度在40%~50%的部位共28處,50%~60%共2處,60%以上3處;113#當(dāng)量腐蝕深度在40%~50%的部位共232處,其中50%~60%共31處,60%以上14處?？梢?108#罐底板的整體腐蝕情況要好于113#罐,但兩罐均存在腐蝕穿孔的現(xiàn)象。由于108#的底板整體腐蝕狀況較好,從現(xiàn)場檢查和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)判斷,該穿孔很可能是底板局部材質(zhì)本身存在缺陷(如有氣泡、夾雜等)或局部涂層失效導(dǎo)致腐蝕加速等偶然因素造成,且這些因素在評估過程中無法控制。5.3儲罐底板最小允許壁厚的確定對漏磁檢測的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析,可得出108#和113#的年腐蝕速率分別為0.194mm/a和0.375mm/a。根據(jù)API653的規(guī)定,沒有泄漏檢測孔的儲罐底板最小允許壁厚為2.54mm。對此次檢驗(yàn)大于40%以上缺陷進(jìn)行修補(bǔ)后,根據(jù)實(shí)際最小剩余壁厚、最小允許壁厚和年腐蝕速率3個量,可分別計算2臺儲罐達(dá)到最小允許壁厚所需的時間,即檢驗(yàn)周期。通過計算可得108#和113#的檢驗(yàn)周期分別為5.5a和3a?？梢钥闯?漏磁檢測的結(jié)果與評估結(jié)果制定的3a和6a的檢驗(yàn)周期是比較吻合的。6儲罐底板腐蝕情況(1)本次評估結(jié)果的高風(fēng)險項(xiàng)和中高風(fēng)險項(xiàng)共為5項(xiàng),占總評估項(xiàng)的12.5%,符合儲罐群大部分的風(fēng)險集中在少部分儲罐上的原則。其中,較高風(fēng)險的設(shè)備項(xiàng)主要分布在底板,壁板的風(fēng)險較低。(2)通過對2臺儲罐底板漏磁檢測的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析,無論是底板的整體腐蝕情況還是檢驗(yàn)周期的制定都與評估的結(jié)果比較吻合,說明儲罐RBI技術(shù)是一種較為科學(xué)的風(fēng)險評估方法,結(jié)合ASTRBI軟件計算的評估結(jié)果具有較高