RBI 技術在大型液硫罐區的應用

術阿杰

(中國石化達州天然氣凈化有限公司天然氣凈化廠，四川 達州 635000)

0 引言

西南地區某廠裝備有10 座5 000 m3的液硫儲罐，2009 年投入使用，是國內最大的液硫生產存儲基地。投運以來，按照國家及行業相關標準開展檢驗檢測工作，由于受到生產實際所限，加上檢驗期間腳手架搭設工作量巨大，檢驗周期較長，費用較高。而利用基于風險檢驗的技術對液硫儲罐進行檢驗評估，提高了液硫儲罐運行的安全穩定性。

1 液硫儲罐存在的問題

根據AQ 3053—2015《立式圓筒形鋼制焊接儲罐安全技術規程》要求：“沒有類似儲罐的運行經驗或數據時，定期檢驗周期不得超過6 年”，并參考SY/T 5921—2017《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護修理規范》中的相關檢修規定，為明確液硫儲罐腐蝕情況，分別在2016 和2018 年對液硫儲罐進行了整體檢測。發現液硫儲罐存在兩大問題：(1)液硫儲罐損傷模式和損傷機理不清楚，風險情況未知，導致安全隱患，相關管理模式落后，已不適應當前的安全需求。(2)儲罐容積大，停工后底部沉積硫磺較多(約300 t)，清罐耗時長、費用高，且密閉空間施工作業風險大。常規檢測技術需要經過噴砂去除防腐層、表面處理、檢驗和恢復等一系列流程，完成這一流程不僅耗時長，工作量大，產生的費用較大，而且可能帶來意外損失。尤其是開罐檢修，將可能破壞儲罐罐體，破壞防腐材質。

為解決這一問題，2021 年對10 臺液硫儲罐進行在線檢測及RBI 評估，對儲罐機理損傷進行有效識別，對其失效模式進行系統分析，對其風險進行準確評估，給下次檢驗時間的確定提供理論依據。并制定基于風險的檢驗策略，提高液硫儲罐運行的可靠性及安全性，在保障其長周期安全運行前提下延長檢驗周期。

2 液硫儲罐RBI 技術分析

2.1 RBI 技術

RBI 是指基于風險的檢驗，是以設備破壞導致的介質泄漏為分析對象，以設備檢驗為主要手段的風險評估和管理過程[1]。傳統的液硫儲罐定期檢驗是根據相關規程要求，由經驗和失效可能性來確定相應的檢驗方法和檢驗周期，制定的檢驗方案雖然對其失效機理也有所考慮，但由于更多考慮的是失效可能性，而忽略了失效后果。所以，檢驗方案的針對性、有效性往往不夠理想，重點不突出。

2.2 液硫儲罐損傷模式和失效機理研究

根據硫磺工藝流程特點，在液硫氣液兩相中，含有不飽和水蒸氣，同時液硫中含有硫化氫、二氧化碳等腐蝕性物質。液硫儲罐的溫度為142 ℃，壓力為常壓，那么在正常運行條件下為不飽和水蒸氣，也就是為干氣環境，對設備的腐蝕分析研究分為內部腐蝕和外部腐蝕。

2.2.1 外部腐蝕

液硫儲罐常見的外部腐蝕，主要是因為大氣中的水穿過罐體的保溫層，停留在罐壁與保溫層的中間。罐壁的壁溫一旦低于100 ℃時，水不能有效汽化，進而腐蝕罐壁表面。如供熱量出現明顯不足，罐壁及罐頂處通常都會出現腐蝕狀況[2]。與此同時，還可能會發生其他外部腐蝕，其主要是因為其與周圍環境中聚積的元素硫或硫磺之間的相互作用所致。硫磺與鋼鐵的接觸可能會導致鐵-硫接觸腐蝕，原始腐蝕產物FeS 可能導致硫酸對儲罐的腐蝕。

2.2.2 內部腐蝕

液硫儲罐常見的內部腐蝕主要是因為聚積在內壁中的固體元素硫侵蝕鋼材，這種情況不僅可能發生在罐壁和放空管，更可能造成罐頂損壞。加熱系統出現的負荷不夠，或者保溫不良，罐內鋼表面溫度低于115 ℃以下，水就會冷凝于鋼與硫磺的界面之上，就會導致鐵-硫接觸腐蝕，進而形成液硫儲罐的內部腐蝕。

2.2.3 液硫儲罐腐蝕調查及檢測

通過對液硫儲罐進行腐蝕調查，發現儲罐罐體與基礎層密封開裂，一層壁板保溫層拆除后發現腐蝕嚴重，壁板保溫層大面積變色，頂板保溫層局部積水，罐頂作業平臺局部積水，罐頂通氣孔發現穿孔。

2.3 風險評估計算方法

基于常壓儲罐風險評估標準，結合液硫儲罐的結構特點和損傷模式，優化液硫儲罐罐壁、罐底腐蝕速率計算方法及流程，最終形成檢驗及評價液硫儲罐風險評估計算方法。液硫儲罐風險評估與計算方法如圖1 所示。

圖1 液硫儲罐風險評估與計算方法

3 液硫儲罐RBI 評估

3.1 液硫儲罐風險等級確定

利用DNV·GL RBI 軟件對儲罐進行風險計算，需要對儲罐的壁板和底板的失效可能性及失效后果進行確定。根據API 581—2000 和GB/T 30578—2014 的相關規定，在DNV·GL RBI 軟件中選擇相適應的潛在失效模式，對其中的損傷因子和一般失效頻率進行確定，然后對每座儲罐的失效可能性進行確定；而確定失效后果時，則主要考慮介質特性及其泄放速率等相關參數，根據儲罐損傷程度、介質泄漏對人員傷害、環境破壞、地下水污染、營業中斷損失等來評估風險結果，確定風險等級。風險等級計算公式為：

式中：F(t)為失效可能性；C(t)為失效后果。

風險等級計算過程如圖2 所示。

圖2 風險等級計算過程

3.1.1 失效可能性等級的劃分

根據GB 30578—2014 規定，失效可能性等級劃分如表1 所示。

表1 失效可能性等級劃分

3.1.2 失效后果等級的劃分

失效后果的確定通常是按經濟損失、環境影響、健康與安全等多個方面進行系列評價的。DNV·GL RBI 軟件通常只需考慮執行未來檢驗的關鍵因素：其一是包含停產損失與維修費用在內的經濟費用；其二為包括環境清掃費用與環境處罰費用在內的環境費用。失效后果等級劃分如表2 所示。

表2 失效后果等級劃分表

3.1.3 液硫儲罐風險等級評估結果

對液硫儲罐開展相應技術的檢驗檢測，檢驗儲罐各部件風險等級，驗證液硫儲罐RBI 全流程指導規則可以有效得出該儲罐群各部件風險等級，能制定科學、合理的降低風險措施并有效實施。經檢驗檢測和評估，2021 年西南地區某廠裝備有10 臺液硫儲罐壁板風險等級均為低風險，底板風險等級均為中風險。該液硫儲罐壁板、底板評估結果如圖3 所示。

圖3 2021 年液硫儲罐壁板、底板評估結果

3.2 液硫儲罐基于風險的檢驗策略

基于RBI 評估技術，制定對應風險分級管控措施和檢修策略，實現了液硫儲罐延期檢測，形成了一套液硫儲罐風險管理方法與體系。

3.2.1 液硫儲罐基于風險檢驗策略

結合液硫儲罐壁板、底板當前和未來的風險水平、失效可能性等級、失效模式、失效因子的發展趨勢、各種檢測方法的有效性等因素，科學制定每臺儲罐的檢驗類別、檢驗范圍、檢驗比例、方式、方法和檢驗周期，形成液硫儲罐風險檢驗策略，如表3 所示。

表3 檢驗策略及重點部位表

3.2.2 液硫儲罐設施管理優化

結合RBI 檢驗策略加強重點部位的巡檢，常壓儲罐每年至少進行一次外部檢查(年度檢查)，做好記錄并存檔。并對頂板保溫層局部積水問題和腐蝕變色壁板保溫層進行處理，對罐壁與基礎層密封開裂等問題進行修復。液硫儲罐年度檢查表如表4 所示。

表4 液硫儲罐年度檢查表

3.3 液硫儲罐RBI 評估結果

3.3.1 儲罐開罐檢驗周期延長

2021 年10—12 月對現場3 臺儲罐進行在線聲發射檢測、10 臺罐壁進行測厚，依據檢測結果，經RBI 評估之后，部分開罐檢驗周期由6 ～9 a 延長至12 a 以上，實現了液硫儲罐長周期安全運行。

3.3.2 效益分析

(1)社會效益

提高了液硫儲罐運行的安全穩定性，為液硫儲罐的平穩運行提供數據支持，避免液硫儲罐泄漏造成環境污染和人員傷亡情況的發生。

(2)經濟效益

根據液硫儲罐的檢驗策略來進行開罐檢驗和在線檢驗，檢驗更有針對性，延長了檢驗周期，減少了檢驗費用和配合費用。

4 結語

應用RBI 評估技術對萬噸級液硫儲罐開展安全評價，研究建立了大型液硫儲罐安全評價體系，形成的液硫儲罐RBI 作業指導規則對今后國內液硫儲罐群檢驗和風險評估具有指導意義，實現了在線工況下安全狀況精準評定。