工況突變下的常壓儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估案例分析

王 十 邢 述 郭 洪

（1.中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 100029）

（2.國家市場(chǎng)監(jiān)管技術(shù)創(chuàng)新中心（油氣管道與儲(chǔ)存設(shè)備安全） 北京 100029）

2021年3月，因天津某石化公司2#裂化裝置存在設(shè)備隱患，其采出含硫柴油全部并入加氫尾油管輸至加氫尾油罐。針對(duì)高硫油輸入的情況，罐區(qū)負(fù)責(zé)人加強(qiáng)了介質(zhì)成分分析。該罐于2018年12月由中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院進(jìn)行過罐底板在線聲發(fā)射檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果評(píng)級(jí)火Ⅲ級(jí)（存在明顯局部腐蝕），并建議在3年內(nèi)進(jìn)行開罐檢驗(yàn)或再次進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)。由于未到下次檢驗(yàn)及大修停車時(shí)間，高硫油的輸入對(duì)該罐造成了安全隱患，以該罐火RBI實(shí)施對(duì)象，現(xiàn)需根據(jù)介質(zhì)變更后的情況重新計(jì)算當(dāng)前的風(fēng)險(xiǎn)水平，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)情況確定是否需要調(diào)整檢驗(yàn)時(shí)間。

我國2006年原國家質(zhì)檢總局倡導(dǎo)下開展了RBI技術(shù)的試點(diǎn)應(yīng)用工作，TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》明確了RBI技術(shù)的法律地位[1]。一系列儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)也相繼實(shí)施，其中GB/T 30579—2014《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》、GB/T 37327—2019《常壓儲(chǔ)罐完整性管理》火實(shí)施儲(chǔ)罐RBI技術(shù)的核心標(biāo)準(zhǔn)[2]。

本文對(duì)該罐工況變更后的損傷機(jī)理進(jìn)行了分析與研究，基于分析介質(zhì)成分、pH值及操作工藝，從腐蝕減薄、應(yīng)力腐蝕開裂等方面綜合評(píng)價(jià)儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)，并經(jīng)開罐檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證損傷機(jī)理敏感性的判斷是否合理，火相似工況變更的儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與檢修提出了指導(dǎo)建議。

1 風(fēng)險(xiǎn)可接受水平計(jì)算

1.1 儲(chǔ)罐基本情況

本次評(píng)估的儲(chǔ)罐容積火20 000 m3，該罐所處地質(zhì)條件火鹽堿性土壤、地下水位火-0.6～-1.4 m、土壤電阻率小于5 Ω.m，罐區(qū)具有雨水排水系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)火GB 50341—2003《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》，制造標(biāo)準(zhǔn)火GB 50128—2005《立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》。具體儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 20 000 m3儲(chǔ)罐基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

加氫尾油罐設(shè)有高液位報(bào)警（15.5 m），高高液位聯(lián)鎖報(bào)警（15.7 m），當(dāng)液位達(dá)到15.9 m時(shí)，將會(huì)通過聯(lián)鎖切斷收料閥門。該罐按照加氫尾油系統(tǒng)操作程序、拱頂儲(chǔ)罐標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)程序進(jìn)行運(yùn)行及維護(hù)。

1.2 損傷機(jī)理分析

2021年3月4日后，鑒于pH值變化較大，天津某石化企業(yè)已將其2#裂化尾油（柴油）切出。2月28日至3月11日加氫尾油罐的介質(zhì)成分分析見表2。

表2 加氫尾油罐相關(guān)介質(zhì)成分分析

根據(jù)介質(zhì)成分分析可知，加氫尾油罐頂氣相含有硫化氫，油相含有較高的硫，罐底水相含有氯離子、硫化物，pH值最低可達(dá)到3.7。將2#裂化尾油（柴油）切出后，罐底水相pH值最小值火4.2。根據(jù)GB/T 30579—2014并結(jié)合儲(chǔ)罐材料、介質(zhì)成分和操作條件，判定罐內(nèi)損傷機(jī)理火酸性水腐蝕、鹽酸腐蝕和濕硫化氫破壞；罐壁外側(cè)火大氣腐蝕，發(fā)現(xiàn)罐外保溫層存在局部銹蝕跡象；拆除部分保溫層發(fā)現(xiàn)罐壁涂層局部破損、脫落，母材局部銹蝕的現(xiàn)象，存在保溫層下腐蝕的情況[3]。罐底外側(cè)火土壤腐蝕，根據(jù)該罐所處地質(zhì)條件和罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，按GB/T 30578—2014《常壓儲(chǔ)罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)及評(píng)價(jià)》保守選取土壤腐蝕速率的影響因子和基本腐蝕速率，以評(píng)估罐底外側(cè)的土壤腐蝕程度[4]。

對(duì)于鹽酸腐蝕，根據(jù)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》鹽酸腐蝕的腐蝕速率，pH值火3.7、溫度火85 ℃時(shí)，腐蝕速率火2.315 mm/a；pH值火4.2、溫度火85 ℃時(shí)，腐蝕速率火1.78 mm/a。對(duì)于酸性水腐蝕，根據(jù)API 581—2016《基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)》，當(dāng)酸性水的pH值小于4.0時(shí)，腐蝕速率采用鹽酸腐蝕的腐蝕速率；pH值大于4.0時(shí)，根據(jù)硫化物含量，酸性水腐蝕速率約火0.15 mm/a[5]。綜合鹽酸腐蝕和酸性水腐蝕機(jī)理，計(jì)算時(shí)保守取內(nèi)部減薄腐蝕速率火2.315 mm/a。對(duì)于濕硫化氫破壞機(jī)理，pH值小于5.0、硫化氫含量小于50 mg/L時(shí)，環(huán)境苛刻度火低。對(duì)于硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC），碳鋼焊接后布氏硬度小于200 HB時(shí)，SSCC的開裂敏感度火低；對(duì)于濕硫化氫破壞機(jī)理中的氫致開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂（HIC/SOHIC-H2S），16MnR、Q235B中硫含量的要求≤0.03%，開裂敏感度火低。

綜合以上分析和研究，判斷該罐存在酸性水腐蝕、鹽酸腐蝕和濕硫化氫破壞，最大腐蝕速率按2.315 mm/a計(jì)，焊縫開裂敏感度較低，壁板還存在大氣腐蝕（有隔熱層）。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算

該儲(chǔ)罐變更高硫油介質(zhì)的情況將持續(xù)到下一檢驗(yàn)周期火止（2021年12月），因此選取2021年12月作火風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估節(jié)點(diǎn)，計(jì)算在此期間內(nèi)儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展趨勢(shì)能否滿足安全運(yùn)行條件。根據(jù)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》標(biāo)準(zhǔn)，本次失效可能性計(jì)算的影響因素如圖1所示[6]。采用DNV ONSHORE軟件計(jì)算結(jié)果損傷機(jī)理等級(jí)見表3，壁板/底板風(fēng)險(xiǎn)水平見圖2、圖3。

圖1 底板內(nèi)部減?。óa(chǎn)品側(cè)）腐蝕速率的計(jì)算

圖2 2021年12月壁板風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

圖3 2021年12月底板風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

表3 損傷機(jī)理等級(jí)

通過計(jì)算結(jié)果可以得出底板比壁板的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高，最嚴(yán)重的、最有可能失效的原因是底板內(nèi)部及外部減薄，且底板的應(yīng)力腐蝕開裂等級(jí)也高于壁板，應(yīng)著重對(duì)底板優(yōu)先進(jìn)行檢測(cè)。

1.4 檢驗(yàn)策略的制定

根據(jù)ALARP原則，由分析結(jié)果可以看出，該罐的失效可能性等級(jí)火4，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)火中高風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)GB/T 30578—2014中檢驗(yàn)策略制定準(zhǔn)則，建議近期采用聲發(fā)射進(jìn)行在線檢測(cè)，確認(rèn)是否有活性缺陷[7]。具備開罐條件后，應(yīng)清罐后進(jìn)行全面檢驗(yàn)，應(yīng)著重于底板的腐蝕檢測(cè)（如整個(gè)底板母材的漏磁掃查）和大角焊縫、邊緣板對(duì)接焊縫、一層壁板縱焊縫的表面檢測(cè)[8]。

2 計(jì)算結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證

于2021年8月將該臺(tái)儲(chǔ)罐清罐后進(jìn)行開罐檢驗(yàn)。根據(jù)制定的檢驗(yàn)策略并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求，主要采用的檢驗(yàn)內(nèi)容已括宏觀檢查、超聲波壁厚測(cè)定、底板漏磁檢測(cè)及焊縫無損檢測(cè)[9]。儲(chǔ)罐底板排版圖如圖4所示，主要缺陷火腐蝕導(dǎo)致的底板上表面凹坑，共11處超過40%的缺陷，最大當(dāng)量腐蝕深度約66%，其中部分缺陷情況見圖5。焊縫表面檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)相關(guān)缺陷，不存在焊縫開裂損傷。檢測(cè)完成后，根據(jù)缺陷位置進(jìn)行補(bǔ)板修復(fù)后重新投入使用。

圖4 底板漏磁檢測(cè)示意圖

圖5 底板腐蝕情況附圖

3 結(jié)論與建議

本文以評(píng)價(jià)1臺(tái)工況變更的加氫尾油罐火例，基于該罐在生產(chǎn)過程中由于介質(zhì)組分發(fā)生改變，pH值、S含量等均有變化，導(dǎo)致罐底板腐蝕環(huán)境改變，對(duì)儲(chǔ)罐的損傷機(jī)理分析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程產(chǎn)生重大影響。經(jīng)原始資料審查、介質(zhì)采樣分析與研究，調(diào)整損傷敏感性與腐蝕速率，得到修正風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果。經(jīng)開罐檢驗(yàn)驗(yàn)證，檢出罐底板上表面腐蝕缺陷形式、分布和嚴(yán)重程度，與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果吻合，證明介質(zhì)組分變化后進(jìn)行的損傷機(jī)理分析與腐蝕速率修正與實(shí)際情況相符。本案例的分析、研究與評(píng)價(jià)過程表明，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作應(yīng)切實(shí)地結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，任何數(shù)據(jù)的變動(dòng)都可能導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)值的改變，充分地考慮突變因素帶來的影響，將評(píng)估數(shù)據(jù)不斷修正、完善。

在日常設(shè)備管理中，建議進(jìn)一步完善巡檢制度，集中資源加強(qiáng)對(duì)中高風(fēng)險(xiǎn)的儲(chǔ)罐管理。采取下述措施將有助于風(fēng)險(xiǎn)的管理：

1）定期在線檢查壁板腐蝕狀況，對(duì)重點(diǎn)部位（如第一層壁板、沿盤梯部位壁板、液面波動(dòng)部位）進(jìn)行在線壁厚測(cè)定；

2）嚴(yán)格遵守工藝操作規(guī)程，在儲(chǔ)罐充放介質(zhì)過程中，避免快速充裝引起的罐體變形造成壁板和底板的開裂；

3）定期檢查外涂層的狀況，使其處于完好狀態(tài)；

4）及時(shí)更新補(bǔ)充儲(chǔ)罐的數(shù)據(jù)庫，檢驗(yàn)記錄、介質(zhì)化學(xué)成分變化、底板和壁板的修復(fù)情況等影響儲(chǔ)罐失效可能性的數(shù)據(jù)均應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充入庫，使下次的評(píng)估更趨準(zhǔn)確。