基于風險的檢驗在氣田儲罐上使用的可行性探討

陳彥云 陳 君 趙曉云 蔡樂樂 鄭 超 孫 添

（1. 長慶油田分公司第十一采油廠，甘肅 慶陽 745000；2. 北京西管安通檢測技術有限責任公司，北京 100107）

0 引言

天然氣作為一種清潔能源，可減少SO2和粉塵排放量近100%，減少CO2排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于減少酸雨形成，減緩地球溫室效應，從根本上改善環境質量；同時可減少煤和石油的用量，改善環境污染問題。我國近年來對于天然氣能源需求量巨大，消費規模和進口量逐年增長（根據統計數據，年消費規模從2017年的2393.69億立方米增長到2022年的3663億立方米；年進口量從2017年的6857萬噸增長到2022年的10925萬噸），基本呈現為“全進口、零出口”的格局，對外依存度很大。我國天然氣行業消費規模的逐年增長使得我國對氣田的開發規模需求越來越大。

氣田地面集輸處理工藝流程如下：從采氣井產出的物質（含天然氣、液烴、固體物質）進入集氣站，經集氣站初步處理（分離、增壓、計量）后進入處理廠，處理廠進行脫硫、脫水等一系列工藝流程后輸送至長輸管道首站。在氣田地面集輸處理工藝流程中，氣田儲罐具有十分重要的地位，其安全性和完整性直接關系到氣田集輸處理系統的安全穩定運行。

目前，我國氣田開發不斷向前推進，新建的天然氣處理廠越來越多，處理廠的日處理能力也不斷增大。如2021年中石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠年處理量首次突破160億立方米，創歷史新高；2022年5月中石油蒼溪天然氣凈化二廠成功投入試運，穩定日處理量70萬立方米；2023年冀東油田西部探區建成投產了年處理36億立方米的特大型天然氣處理廠；目前中石化在建的順北二區天然氣處理廠投產后，年處理能力也將提升10億立方米。隨著我國天然氣處理廠的不斷建成投產，天然氣處理廠的儲罐數量也一直在穩步增長中。

氣田儲罐在長期使用過程中，天然氣中含有的H2S、SO2和有機硫等酸性組分（腐蝕性介質），在水存在的情況下會使儲罐發生腐蝕，造成腐蝕減薄，嚴重危及儲罐的安全使用。

在三維空間中，最大化經濟利益是目標，同時確保設備的安全性具有雙重要求。工程師通過研究和基于風險的檢驗方法（Risk-Based Inspection）來實現這一目標。與傳統的檢驗技術相比，基于風險的檢驗方法能夠更全面地考慮設備系統整體的風險，并尋求經濟利益最大化的優化檢驗策略。

目前，天然氣處理廠儲罐的檢驗通常參照油田儲罐檢驗檢測的標準采用傳統的檢驗檢測方法，如宏觀檢查、表面檢測、超聲波檢測、漏磁檢測和儲罐附件檢測等方法，這些方法存在檢驗周期長、費用高、受限空間作業風險大、沒有充分考慮損傷機理和風險等級，國內缺乏適用的檢驗檢測標準等缺點。

本文的目的就是根據目前RBI的理論發展情況以及RBI在常壓儲罐上的研究應用情況，探討RBI在氣田儲罐上使用的可行性。

1 基于風險的檢驗

儲罐的安全管理主要有三種管理模式：一是在儲罐事故的基礎上逐漸形成的管理模式；二是充分考慮維修周期的基礎上采取的管理模式；三是考慮風險的前提下建立的管理模式。

在儲罐事故的管理模式中，事故處理和應急搶修是關鍵環節。當發生儲罐事故時，及時、有效地進行事故處理是保障安全的重要步驟，同時進行應急搶修來恢復正常運行，以減少可能影響。另一方面，在周期性維修的管理模式下，周期、檢維修和個體差異性是需要考慮的因素。根據儲罐的使用情況和特點，制定適當的維修周期，并進行定期的維護檢查和修理工作以確保儲罐的正常運行和延長使用壽命。由于每個儲罐可能存在差異，個體差異性也需要被納入管理考慮范疇。

基于風險的檢驗（也稱風險評估）是一種重點針對材料損傷所引起的設備失效的風險評估和管理過程，對這種風險主要通過對設備的檢測來管理[1]。RBI技術在設備管理中發揮著重要作用，其中包括風險基礎檢驗、定性分析和定量計算等方法。通過對設備的損傷機理和失效模式進行深入研究，可以確定適當的檢驗時間和制定有效的檢驗策略，從而提高設備的安全性和經濟效益。在設備管理技術方面，先進和傳統的檢驗檢測方法都應該得到應用。特別是對于重要設備，選擇適當的檢修方法至關重要。過度檢查可能造成不必要的檢修成本，而檢驗不足則可能導致潛在問題未被及時發現。

2 基于風險的檢驗用于氣田儲罐的可行性

2.1 國內外標準依據和技術支撐

20世紀90年代初，美國石油學會開始在石油和石化設備開展基于風險的檢測（RBI），并提出了RBI技術的規范API RP 580[6]。API RP 580為石油和石化企業在設備上開展RBI技術提供了理論的指導。

2008年9月，美國石油學會頒布第二版API Recommended Practise 581[7]，該標準主要適用于常壓儲罐，并提供了有關失效可能性和失效后果的計算方法。通過API RP 581，可以對常壓儲罐的失效潛在性進行評估，并確定失效后果及相關經濟損失。2016年，API頒布第三版API581[8]，綜合使用API RP 581中的方法和指導，可幫助設備管理人員更加全面地分析和評估常壓儲罐的風險狀況，確保儲罐的安全性和可靠性。2014年，以API581為基礎，結合國內情況，頒布了GB/T30578-2014《常壓儲罐基于風險的檢驗及評價標準》，該標準規定了立式鋼制圓筒形常壓儲罐基于風險的檢驗和評價要求，對于國內實施常壓儲罐的風險評估具有指導意義。與API581不同之處在于，GB/T30578提出了失效后果（經濟損失）可接受水平的基準值Q，如表1表示。

表1 兩種標準的失效后果對比

2014年后，安全行業、石油化工行業關于壓力容器和常壓儲罐檢修方面的技術標準除原有規定的檢修周期外，均提到了可以采用基于風險的檢驗（或其他相應說法）適當延長或縮短壓力容器或儲罐的檢修周期。TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》中第8.10.3條“實施RBI的壓力容器，可以采用以下方法確定其檢驗周期：（1）參照本規程8.1.6.1的規定確定壓力容器的檢驗周期，根據壓力容器風險水平延長或者縮短檢驗周期，但最長不得超過9年；（2）以壓力容器的剩余使用年限為依據，檢驗周期最長不超過壓力容器剩余使用年限的一半，并且不得超過9年”[9]。AQ 3053-2015 《立式圓筒形鋼制焊接儲罐安全技術規程》中第11.1條“對于儲罐或儲罐群還可以采用RBI方式，根據儲罐面臨的風險的大小，決定檢驗策略、檢驗方法、檢驗重點和檢驗周期”[10]，第11.4條“儲罐的使用單位，也可以采用RBI程序來確定定期檢驗的周期。RBI綜合評價儲罐發生泄漏或事故的可能性和后果，以確定在下一次定期檢驗前，儲罐最小厚度的可接受風險”[10]，可據此相應增大或減小第11.3條所確定的定期檢驗的周期。SY/T 5921-2017《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護修理規范》中第5.1.1條“經過可靠檢測分析手段評價油罐狀況，根據評價結果，經主管部門批準，油罐修理周期可適當延長或縮短”[11]，這種可靠檢測分析手段包括在線檢驗、風險評估等技術；SY/T 6620-2014《油罐的檢驗、修理、改建及翻建》中第6.4.2條“當進行了一個按基于風險的檢驗評估或按附錄G的類比評估，且儲罐滲漏有防止、探測、預防措施中的一種，那么首次檢驗周期不能超過以下表的最大周期”，按照標準規定，在滿足相應條件的情況下，最長首次內檢周期可達25年，隨后的內檢周期可達30年[12]。

目前國內RBI的相關標準正在日益完善中，如：GB/T 26610《承壓設備系統基于風險的檢驗實施導則》規定了石油化工裝置承壓設備系統實施RBI項目的基本要求、實施程序、基于風險的檢驗策略、風險定性分析方法、失效可能性定量分析方法和失效后果定量分析方法。GB/T 26610適用于石油化工裝置承壓設備系統中的如下設備及相關零部件實施的RBI項目：壓力容器及其全部承壓零部件；過程裝置界區內的壓力管道及其全部承壓管件；常壓儲罐；動設備中承受內壓的殼體；鍋爐與加熱爐中的承壓零部件；安全閥等安全泄放裝置。GB/T 30578-2014《常壓儲罐基于風險的檢驗及評價》規定了立式鋼制圓筒形焊接常壓儲罐基于風險的檢驗和評價要求。GB/T 30579-2022《承壓設備損傷模式識別》給出了承壓設備主要損傷模式識別的損傷描述及損傷機理、損傷形態、受影響的材料、主要影響因素、易發生的裝置或設備、主要預防措施等，可以用于識別常壓儲罐的失效模式和損傷機理。

綜上可知，對常壓儲罐實施基于風險的檢驗具備充分的標準依據和技術支撐。氣田儲罐中一部分儲罐屬于常壓儲罐，一部分儲罐的結構與常壓儲罐的結構相似，因此，采用RBI技術對氣田儲罐其進行基于風險的檢驗在技術上也是完全可行的。

2.2 軟件支撐

RBI軟件方面，ORBIT、RB.eye、Risk Wise、T-O-CA和Synergy Plant是一些與風險評估和設備管理相關的軟件，這些軟件集成了定量風險技術，可以用于單元、位置、區域和腐蝕環境等方面的風險分析。

DNV的ORBIT由以下兩個方面構成：一是ORBIT Onshore，大致與陸上裝置有關，一方面表示過程裝置；另一方面表示煉油裝置。二是ORBIT Offshore，其與前者有著明顯的不同，表示海上裝置。在風險評估過程中，使用了5×5風險矩陣等方法進行風險排序和半定量分析。通過概率分析等手段，對風險進行分類和評級，并考慮設備修正系數FE和系統評估系數FM等因素。借助ORBIT Onshore、ORBIT Offshore等軟件，可以進行全面的風險評估項目，并進行綜合應用。這些軟件在設備管理和風險評估方面提供大的功能和支持，有助于確保設備的安全性和可靠性，并提升管理效率。

法國船級社（BV）是著名的船級社之一，他們提供了RB.eye，這是一個全過程開放的軟件，旨在輔助風險評估和檢測方案的制定。此外，API581標準中采用了5×5風險矩陣來評估項目目標，并提供方法和軟件解決方案。通過使用RB.eye軟件，可以集成設計數據、工藝數據和檢驗數據，并分析其與腐蝕機理和實際腐蝕速率的關系。綜合運用上述的RB.eyee、API581標準、Risk Wise、TWI等技術和軟件，能夠提供全面的風險評估和檢測方案支持。這有助于確保設備的安全性和可靠性，優化風險管理策略，并最大限度地延長設備的使用壽命。中國特種設備檢測研究院已經引進了Risk Wise并成功用于多種設備的RBI評估中。

TISCHUK公司是一家專注于工廠設備的失效概率評估和失效后果評估的公司。通過他們的T-OCA軟件，可以制定全面的檢查計劃，并對系統進行評估。T-OCAV.是T-OCA軟件的一個版本，采用了定性和定量的風險評估技術。基于3×3矩陣，該軟件可以進行后果評估，并綜合考慮操作、經濟、安全和環境等因素。失效機理在裝置完整性檢查中起著重要作用，特別是在閉路循環和工廠設備的管理中。綜上，這些RBI軟件已發展較為成熟，專業性強且功能齊全，使得在氣田儲罐上使用RBI進行評估時具有了充足的軟件支撐。

2.3 研究和應用情況

目前國內應用RBI技術對常壓儲罐進行風險評估的研究和應用案例較多。

在罐區中，儲罐事故可能引發連鎖效應，導致嚴重后果。趙金龍等學者[13]研究了事件鏈效應與事故發展之間的關系，提出了一些定量風險評估方法。定量風險評估方法可以幫助我們識別罐區儲罐的潛在危險，并評估其對安全的影響程度。通過分析事件鏈效應和連鎖效應，可以更全面地了解事故發展的可能路徑和后果，從而有針對性地采取預防措施和應急準備。

王玉林等研究人員[14]用API579標準指導罐進行焊縫缺陷的風險評估。這些焊縫缺陷可能包括裂紋型缺陷、夾渣、氣孔和未焊透等。針對不同類型的焊縫缺陷，使用API579提供的方法可以對其進行詳細評估。條狀、較大圓孔等缺陷形式也需考慮在內。通過風險評估，能夠確定焊縫缺陷對儲罐的安全性造成的影響，并采取相應的措施以確保儲罐的安全運行。

劉燁明等專家[15]借助挪威船級社提供的工具，如LEAK和Phast，對原油儲罐進行了泄漏頻率分析和泄漏后果模擬。在原油儲罐中，通過對典型泄漏場景的分析，可以評估泄漏事件發生的頻率以及其對環境、設施和人員的影響范圍。

蓋程程等[16]研究人員根據自然災害和事故的風險進行了研究，提出了一種流程框架和方法。該流程框架包括風險辨識、災害情景分類和特征分析等步驟。在風險辨識階段，將重點放在自然災害誘發的儲罐失效上，通過識別風險。在災害風險評估中，頻率和強度是關鍵因素。通過分析災害事件的概率和影響，可以使用事件樹分析和災害后果分析等方法來評估儲罐失效的風險。借助其提出的方法和流程框架，可以更全面地評估自然災害和事故帶來的風險。這種風險評估有助于加強風險意識，制定相應的預防措施和應急儲罐管理實踐結合，能夠提高相關行業對自然和人員的安全。

孫東亮等[17]分析了雷擊、洪水的氣象災害和地震災害引起的事故類型及其風險，建立了事件樹，結合相應的易損性模型及構建的事件樹建立了儲罐的失效概率模型，然后計算個人風險和社會風險來刻畫災害的后果，構建完整的針對典型自然災害引發儲罐破壞的定量風險評估模型。最后通過案例計算驗證了該定量風險評估模型的可行性和實用性。

2018年，中石油四川石化分公司的周鵬等人對6臺原油外浮頂常壓儲罐進行RBI評估，發現儲罐罐底主要損傷是土壤腐蝕、微生物腐蝕和硫化氫腐蝕；罐壁損傷主要是保溫層下的腐蝕造成的[18]。2020年，中國特檢院的胡振龍等人利用聲發射檢測手段去修正RBI評估中預設的底板腐蝕速率參數，增加評估的準確性，防止在制定檢驗策略時出現“檢測過剩”或“檢測不足”的情況[19]。2021年，肖竹韻等人使用RBI的方法分別對油庫儲罐底板和壁板進行了風險分析，并通過完整性理論分析了儲罐管理中的安全效益和經濟效益，為今后的完整性理論推廣提供了論證思路[20]。

2018年，周鵬等專家團隊對原油外浮頂常壓儲罐進行了評估。他們主要關注儲罐的罐壁損傷，研究中還考察了保溫層以及底部[18]。與此同時，2020年，中國特檢院的胡振龍等學者采取聲發射檢測技術開展了預設研究，以提高檢測的準確性。為了確保儲罐安全，評估過程中應采取合適的檢驗策略。該技術在油庫儲罐的風險分析和完整性理論方面具有重要意義，不僅能提供安全效益，還能優化經濟效益[19]。2021年，根據肖竹韻等專家的研究成果，實施儲罐的評估，從而有效控制可能存在的腐蝕和其他損傷風險。同時，定期聲發射檢測和準確的評估策略也能保證人員健康[20]。

丁志千等[21]針對危化品常壓儲罐RBI計算過程中損傷因子目標值的選取進行討論，選取了沿海地區3臺典型常壓儲罐進行了RBI計算并對結果進行了比對分析，結果表明，將常壓儲罐的損傷系數目標值設定為150～250左右的情況下，與現行各類標準所推薦的檢驗周期年限較為符合，可為使用單位科學制定下次檢驗周期提供一定的技術參考。

張子健[22]采用挪威船級社的專業風險評估軟件Synergi Plant RBI Onshore 5.6，結合現場開罐檢驗檢測情況，對一臺30000立方米儲罐分別進行了基于計算值、測量值、專家值的風險評估，并對結果進行分析對比，提出了基于目前國內儲罐檢驗檢測情況下腐蝕速率選取方式的原則，可大幅提高常壓儲罐RBI計算結果的準確性。

王十等[23]對1臺工況變更的加氫尾油罐經原始資料審查、介質采樣分析與研究，調整損傷敏感性與腐蝕速率，得到了修正風險評估結果。經開罐檢驗驗證，檢出儲罐底板上表面腐蝕缺陷形式、分布和嚴重程度，與風險評估結果吻合，證明介質組分變化后進行的損傷機理分析與腐蝕速率修正與實際情況相符。

張子健[24]基于EEMUA159對一臺汽油常壓儲罐罐頂進行風險評估，并進行現場檢驗檢測，兩種結果進行比對，給出了不同風險等級的檢驗策略。結果表明：基于EEMUA159的罐頂風險評估技術可以對罐頂進行風險等級排序，可操作性強，對現場檢驗檢測方案的制定具有一定的技術指導作用。

王十等[25]在進行常壓儲罐風險評估時通過控制變量的方法，分別選取不同的液位高度、基礎類型、土壤類型3個關鍵變量組成8種分析工況，分別計算失效后果并進行對比分析，研究了這3個關鍵變量對失效后果計算的影響程度和規律。通過研究發現對失效后果的計算影響較大的因素為儲罐的基礎類型、土壤類型，在數據收集和風險計算時確保各參數盡可能真實有效，無法確認時應取保守值計算；儲罐液位高度對失效后果的計算影響較低，在數據收集和風險計算時采用運行液位、安全液位、設計液位均可接受。

邢述等[26]通過對某企業兩座油庫多臺常壓儲罐實施RBI，根據腐蝕調查、在線聲發射檢測、開罐檢測的結果對儲罐的風險評估進行修正，對比分析修正前后的風險評估結果，研究不同檢測方法對風險評估結果的影響作用，同時驗證了聲發射技術在常壓儲罐底板腐蝕檢測中的準確性。指出通過基于風險的檢驗技術可延長儲罐檢修周期，為石化儲運行業更加靈活的生產活動安排提供依據。

陳維等[27]對某油庫10萬立方原油儲罐進行RBI評估，識別了大型原油儲罐的損傷模式和損傷機理，計算了大型原油儲罐風險和風險等級，制定了大型原油儲罐基于風險的檢驗策略。將開罐檢驗結果與RBI評估結果比較，發現RBI評估所得大型原油儲罐的損傷模式和風險等級與開罐檢驗結果基本一致，RBI評估給出的下次檢驗時間是科學合理的。

李亞軍[28]對港口危險貨物常壓儲罐結構特點和儲罐失效因素進行分析，從罐頂、罐壁、罐底和罐體基礎等四方面建立風險評估指標體系，并采用層次分析法確定風險評估指標權重，建立儲罐安全風險評估模型。將該模型應用于某港口企業汽油儲罐的安全風險評估中，所得評估結論符合儲罐現狀實際，儲罐安全風險評估模型的合理性得到了驗證。

此外，在役常壓儲罐的完整性管理過程的風險評估步驟中[29]也要用到RBI技術。

目前，RBI技術在國內儲罐上主要應用于原油儲罐、油庫儲罐、化工儲罐、危險貨物儲罐等常壓在役儲罐，在氣田的儲罐上使用RBI技術的研究和報道還比較少見。

2021年，中國特種設備檢測研究院在中石化普光天然氣凈化廠首次采用RBI檢測技術對10臺常壓液硫儲罐（單罐儲存能力5000立方，承擔每天5000噸液硫接收儲存任務）進行了檢驗。主要核心設備為Express-96聲發射檢測系統、自動爬壁腐蝕檢測設備、高頻導波檢測儀等先進設備。中國特檢院出具的儲罐風險評估報告顯示，基于風險的檢驗檢測結果與常規檢測結果完全一致，由此論證了RBI在液硫儲罐實現“短平快”檢測應用的可靠性。

綜上可知，RBI技術在國內氣田儲罐上使用是可行的，但尚處于初步階段，需要進一步完善技術和標準。

3 結語

RBI技術在常壓儲罐上使用已較為成熟，根據其標準和技術支撐、軟件支撐、研究和應用情況我們認為其在氣田儲罐上使用具有技術可行性；在經濟可行性上可實現“短平快”高效檢測，縮短檢驗周期、降低檢驗費用，且不影響在役儲罐的正常生產；在社會可行性上可以大大提高氣田儲罐的安全性，減少潛在的儲罐泄漏事故和環境污染。所以RBI技術完全可以由目前的在石化設備上使用進一步推廣至在氣田儲罐上使用。雖然目前國內將RBI技術用在氣田儲罐上的案例還較少，但隨著技術和標準的逐漸完善，預計將有越來越多的氣田儲罐運營單位使用RBI技術對儲罐進行風險評估，其發展前景十分廣闊。