基于RBI技术的储罐完整性风险评价研究

2015-10-21猛中工国际工程股份有限公司电力工程部北京100080

石油化工建设 2015年3期

张猛中工国际工程股份有限公司电力工程部北京 100080

储罐是油料、化工原料等的专用储存设备，广泛应用于石油、化工、电力、城市燃气等领域。储罐中盛装的介质往往具有易燃、易爆、腐蚀或有毒的性质，一旦发生事故，会给人民生命财产安全造成巨大损害，还会对环境造成严重污染。随着材料科学和制造安装水平的进步，储罐朝着大型化集中安放的趋势发展。如何对储罐进行有效的安全管理、减少事故的发生，显得更为重要[1]。

检测技术是储罐完整性风险评价的关键[2]。储罐传统的检测方法是定期检验或者抽检，定期检验可能造成不必要的检测和停产损失；抽检对存在较大安全隐患的储罐检验力度不足，可能引发重大事故。基于风险的检验技术（RiskBasedInspection，RBI）是以风险评价为基础，根据设备的风险等级制定相应的检验策略，能够在保证设备安全运行的前提下降低检验成本[3]。本文探讨了RBI技术在储罐完整性风险评价中的应用。

1 储罐RBI检测技术

1.1 储罐RBI原理

储罐RBI以风险评估为核心和基础，如图1所示，通过掌握储罐的各项原始数据，结合工艺参数、检测和腐蚀状况等运行数据，运用失效分析技术对储罐的失效可能性和失效后果进行综合评价，分析出各个储罐的风险等级，并据此排序，针对风险的高中低水平制定出相应的检验和维护策略。

1.2 失效模式和损伤机理

图1 储罐RBI技术原理

储罐的失效模式有腐蚀减薄、机械损伤、应力腐蚀开裂及其他，其中最主要的是腐蚀减薄。

储罐壁板外侧在环境中，主要发生大气腐蚀和保温层下腐蚀，在潮湿环境中，水分可以吸附或冷凝在储罐外壁形成水膜，金属表面会发生电化学反应，使得金属发生点蚀，并不断加深扩大，直至腐蚀穿孔[4]。壁板内侧易发生腐蚀的位置主要有两处：一是大脚焊缝向上0～300mm的范围，二是介质液位波动处。

储罐底板比壁板的腐蚀程度更为严重。底板外侧多处在土壤中，如果没有有效的防渗水措施，储罐底部易形成潮湿环境，造成底部腐蚀严重。而对于底板的介质侧，由于罐底沉积水中往往含有较多的氯化物、硫化物、氧等杂质，会造成罐底沉积水的电化学腐蚀，其中硫酸盐还会引起还原菌的酸性腐蚀；注入物料时，也会对底板造成局部冲蚀。

1.3 风险评估

储罐的风险等级是由失效可能性(LOF)和失效后果(COF)共同决定的，数学公式如式（1）。

失效可能性是由通用失效频率和损失因子决定的，数学公式如式（2）。其中，通用失效频率是共性量，基于某一类设备的失效历史记录，反映同类设备的失效可能性；损失因子是根据个体储罐的腐蚀情况、使用年限、检验有效性等因素确定的。

储罐的失效后果包括：环境清扫费、处罚费等环境后果和维修费用、停产损失等财政后果。根据储罐的盛装介质、泄露速率、泄露量及所处环境的差异，综合考虑并加权计算出失效后果，计算过程可参考API581-2008。

2 RBI技术在储罐完整性风险评价中的应用

2.1 储罐群介绍

某油料分配厂20世纪90年代投用的6台储罐，其基本参数见表1。储罐设计与施工均符合当时当地的规范与标准，检修记录显示，部分储罐底板有过局部补焊或更换。本次采用RBI技术，对该储罐群的运行风险进行评价。

2.2 风险评估结果

表1 储罐群的基本参数

通过对储罐群设计、制造和检修数据的整理，采用DNV的AST RBI软件对数据进行分析。根据储罐的设备系数EF、工艺系数PF等数据，参考API581推荐数据，确定储罐的失效可能性[5]；根据由储罐的化学系数CF、压力系统PRF等数据确定失效后果。根据确定好的失效可能性和失效后果，按照风险矩阵法确定储罐底板和壁板的风险等级，结果见表2。由表2可知，1#储罐处于较高风险，5#、6# 储罐处于中等风险，2#、3#、4#储罐处于低风险。

2.3 检验策略

储罐的内外部检测方式主要有：宏观检查、底板漏磁检测、壁厚测定、在线声发射监测等。根据风险评估等级和腐蚀情况，参考API581和API653等要求，结合储罐的实际运行情况，制定出该储罐群的检验策略。

表2 储罐风险评估结果

对于处于较高风险1#储罐，外部检验：要进行100%宏观检查和＞30%壁板超声波测厚。内部检验：（1）对壁板底层、盛装介质液位波动处等关键位置进行宏观检查和坑深测量，如有必要还需UTB型或C型扫描以及壁厚确认；（2）储罐底板，要进行100%底板宏观检查，对其中的涂层破损部位还要进行UT测厚；（3）底板的失效可能性比较大，还要进行100%的漏磁检测，如果某部位当量腐蚀深度超过50%，对该部位还要进行超声波探伤复验；检测时间为3a内。

对于处于中等风险5#、6#储罐，外部检验同1#储罐；内部检验前两项检验与1#储罐相同，第三项要进行50%的漏磁检测，如果某部位当量腐蚀深度超过50%，对该部位还要进行超声波探伤复验；检测时间为6a内。

对于低风险的2#、3#、4#储罐，外部检验：＞50%宏观检查，定期检查涂层，必要时超声测厚；内部检验：（1）对壁板底层、盛装介质液位波动处等关键位置进行宏观检查，必要时UTB测厚，（2）声发射在线检测储罐底板；检测时间为9a内。

3 检验验证

储罐的检验可分为开罐检验和不开罐检验。不开罐检验，对壁板和顶板通常采用宏观检查、焊缝磁粉或超声波测厚等无损检测方法，对储罐底板则采用声发射检测技术。声发射检测技术具有效率高、成本低的优势，是底板最佳的不开罐检验方法[6]。选择风险较高的1#储罐和低风险的3#储罐进行检验验证。由于储罐底板易受到腐蚀，二者的风险也主要来自于底板风险，所以采用声发射检测技术对1#储罐和3#储罐底部进行检测。

声发射检测结果表明：1#储罐底板存在明显的局部腐蚀，腐蚀活度等级为Ⅲ级；3#储罐底板腐蚀轻微，未见明显的局部腐蚀，腐蚀活度等级为Ⅰ级。根据JB/T10764-2007并参考GB/T18182-2000，对于1#储罐1a内可以不考虑维修，3a内应重新检测评价；对于3#储罐3a内可以不考虑维修，9a内应重新检测评价。声发射检测结果与RBI风险评估结果较好的吻合，这表明基于RBI技术的储罐完整性风险评估的可行性。