RBI 技术在大型液硫罐区的应用

术阿杰

(中国石化达州天然气净化有限公司天然气净化厂，四川 达州 635000)

0 引言

西南地区某厂装备有10 座5 000 m3的液硫储罐，2009 年投入使用，是国内最大的液硫生产存储基地。投运以来，按照国家及行业相关标准开展检验检测工作，由于受到生产实际所限，加上检验期间脚手架搭设工作量巨大，检验周期较长，费用较高。而利用基于风险检验的技术对液硫储罐进行检验评估，提高了液硫储罐运行的安全稳定性。

1 液硫储罐存在的问题

根据AQ 3053—2015《立式圆筒形钢制焊接储罐安全技术规程》要求：“没有类似储罐的运行经验或数据时，定期检验周期不得超过6 年”，并参考SY/T 5921—2017《立式圆筒形钢制焊接油罐操作维护修理规范》中的相关检修规定，为明确液硫储罐腐蚀情况，分别在2016 和2018 年对液硫储罐进行了整体检测。发现液硫储罐存在两大问题：(1)液硫储罐损伤模式和损伤机理不清楚，风险情况未知，导致安全隐患，相关管理模式落后，已不适应当前的安全需求。(2)储罐容积大，停工后底部沉积硫磺较多(约300 t)，清罐耗时长、费用高，且密闭空间施工作业风险大。常规检测技术需要经过喷砂去除防腐层、表面处理、检验和恢复等一系列流程，完成这一流程不仅耗时长，工作量大，产生的费用较大，而且可能带来意外损失。尤其是开罐检修，将可能破坏储罐罐体，破坏防腐材质。

为解决这一问题，2021 年对10 台液硫储罐进行在线检测及RBI 评估，对储罐机理损伤进行有效识别，对其失效模式进行系统分析，对其风险进行准确评估，给下次检验时间的确定提供理论依据。并制定基于风险的检验策略，提高液硫储罐运行的可靠性及安全性，在保障其长周期安全运行前提下延长检验周期。

2 液硫储罐RBI 技术分析

2.1 RBI 技术

RBI 是指基于风险的检验，是以设备破坏导致的介质泄漏为分析对象，以设备检验为主要手段的风险评估和管理过程[1]。传统的液硫储罐定期检验是根据相关规程要求，由经验和失效可能性来确定相应的检验方法和检验周期，制定的检验方案虽然对其失效机理也有所考虑，但由于更多考虑的是失效可能性，而忽略了失效后果。所以，检验方案的针对性、有效性往往不够理想，重点不突出。

2.2 液硫储罐损伤模式和失效机理研究

根据硫磺工艺流程特点，在液硫气液两相中，含有不饱和水蒸气，同时液硫中含有硫化氢、二氧化碳等腐蚀性物质。液硫储罐的温度为142 ℃，压力为常压，那么在正常运行条件下为不饱和水蒸气，也就是为干气环境，对设备的腐蚀分析研究分为内部腐蚀和外部腐蚀。

2.2.1 外部腐蚀

液硫储罐常见的外部腐蚀，主要是因为大气中的水穿过罐体的保温层，停留在罐壁与保温层的中间。罐壁的壁温一旦低于100 ℃时，水不能有效汽化，进而腐蚀罐壁表面。如供热量出现明显不足，罐壁及罐顶处通常都会出现腐蚀状况[2]。与此同时，还可能会发生其他外部腐蚀，其主要是因为其与周围环境中聚积的元素硫或硫磺之间的相互作用所致。硫磺与钢铁的接触可能会导致铁-硫接触腐蚀，原始腐蚀产物FeS 可能导致硫酸对储罐的腐蚀。

2.2.2 内部腐蚀

液硫储罐常见的内部腐蚀主要是因为聚积在内壁中的固体元素硫侵蚀钢材，这种情况不仅可能发生在罐壁和放空管，更可能造成罐顶损坏。加热系统出现的负荷不够，或者保温不良，罐内钢表面温度低于115 ℃以下，水就会冷凝于钢与硫磺的界面之上，就会导致铁-硫接触腐蚀，进而形成液硫储罐的内部腐蚀。

2.2.3 液硫储罐腐蚀调查及检测

通过对液硫储罐进行腐蚀调查，发现储罐罐体与基础层密封开裂，一层壁板保温层拆除后发现腐蚀严重，壁板保温层大面积变色，顶板保温层局部积水，罐顶作业平台局部积水，罐顶通气孔发现穿孔。

2.3 风险评估计算方法

基于常压储罐风险评估标准，结合液硫储罐的结构特点和损伤模式，优化液硫储罐罐壁、罐底腐蚀速率计算方法及流程，最终形成检验及评价液硫储罐风险评估计算方法。液硫储罐风险评估与计算方法如图1 所示。

图1 液硫储罐风险评估与计算方法

3 液硫储罐RBI 评估

3.1 液硫储罐风险等级确定

利用DNV·GL RBI 软件对储罐进行风险计算，需要对储罐的壁板和底板的失效可能性及失效后果进行确定。根据API 581—2000 和GB/T 30578—2014 的相关规定，在DNV·GL RBI 软件中选择相适应的潜在失效模式，对其中的损伤因子和一般失效频率进行确定，然后对每座储罐的失效可能性进行确定；而确定失效后果时，则主要考虑介质特性及其泄放速率等相关参数，根据储罐损伤程度、介质泄漏对人员伤害、环境破坏、地下水污染、营业中断损失等来评估风险结果，确定风险等级。风险等级计算公式为：

式中：F(t)为失效可能性；C(t)为失效后果。

风险等级计算过程如图2 所示。

图2 风险等级计算过程

3.1.1 失效可能性等级的划分

根据GB 30578—2014 规定，失效可能性等级划分如表1 所示。

表1 失效可能性等级划分

3.1.2 失效后果等级的划分

失效后果的确定通常是按经济损失、环境影响、健康与安全等多个方面进行系列评价的。DNV·GL RBI 软件通常只需考虑执行未来检验的关键因素：其一是包含停产损失与维修费用在内的经济费用；其二为包括环境清扫费用与环境处罚费用在内的环境费用。失效后果等级划分如表2 所示。

表2 失效后果等级划分表

3.1.3 液硫储罐风险等级评估结果

对液硫储罐开展相应技术的检验检测，检验储罐各部件风险等级，验证液硫储罐RBI 全流程指导规则可以有效得出该储罐群各部件风险等级，能制定科学、合理的降低风险措施并有效实施。经检验检测和评估，2021 年西南地区某厂装备有10 台液硫储罐壁板风险等级均为低风险，底板风险等级均为中风险。该液硫储罐壁板、底板评估结果如图3 所示。

图3 2021 年液硫储罐壁板、底板评估结果

3.2 液硫储罐基于风险的检验策略

基于RBI 评估技术，制定对应风险分级管控措施和检修策略，实现了液硫储罐延期检测，形成了一套液硫储罐风险管理方法与体系。

3.2.1 液硫储罐基于风险检验策略

结合液硫储罐壁板、底板当前和未来的风险水平、失效可能性等级、失效模式、失效因子的发展趋势、各种检测方法的有效性等因素，科学制定每台储罐的检验类别、检验范围、检验比例、方式、方法和检验周期，形成液硫储罐风险检验策略，如表3 所示。

表3 检验策略及重点部位表

3.2.2 液硫储罐设施管理优化

结合RBI 检验策略加强重点部位的巡检，常压储罐每年至少进行一次外部检查(年度检查)，做好记录并存档。并对顶板保温层局部积水问题和腐蚀变色壁板保温层进行处理，对罐壁与基础层密封开裂等问题进行修复。液硫储罐年度检查表如表4 所示。

表4 液硫储罐年度检查表

3.3 液硫储罐RBI 评估结果

3.3.1 储罐开罐检验周期延长

2021 年10—12 月对现场3 台储罐进行在线声发射检测、10 台罐壁进行测厚，依据检测结果，经RBI 评估之后，部分开罐检验周期由6 ～9 a 延长至12 a 以上，实现了液硫储罐长周期安全运行。

3.3.2 效益分析

(1)社会效益

提高了液硫储罐运行的安全稳定性，为液硫储罐的平稳运行提供数据支持，避免液硫储罐泄漏造成环境污染和人员伤亡情况的发生。

(2)经济效益

根据液硫储罐的检验策略来进行开罐检验和在线检验，检验更有针对性，延长了检验周期，减少了检验费用和配合费用。

4 结语

应用RBI 评估技术对万吨级液硫储罐开展安全评价，研究建立了大型液硫储罐安全评价体系，形成的液硫储罐RBI 作业指导规则对今后国内液硫储罐群检验和风险评估具有指导意义，实现了在线工况下安全状况精准评定。