FPSO低壓容器剩余壽命評價與修復策略

高正華 高尚磊 張伯瑩

（中海石油技術(shù)檢測有限公司 天津）

一、容器基本信息

中國海洋石油渤海某FPSO凈化水罐為低壓容器，屬于生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)，主要功能是對FPSO生產(chǎn)污水進行相應的化學工藝處理。設計標準為ASME SECTIONⅧ，設計壓力205 kPa，工作壓力0.1 MPa，設計溫度110℃，工作溫度45℃，屬Ⅰ類壓力容器。2013年8月檢測技術(shù)人員對FPSO凈化水罐年度檢驗時，發(fā)現(xiàn)凈化水罐腐蝕嚴重。為保證容器的安全，技術(shù)人員對容器進行開罐全面檢測。

二、檢測情況

1.外檢情況

在進行罐體外部保溫檢查時，發(fā)現(xiàn)罐體保溫情況良好，然后隨機選取罐體下部兩個位置拆除保溫，進行罐體外觀檢測，其中一個位于罐體爬梯位置，另一個位于人孔左側(cè)（圖1）。

圖1 外檢位置

將位置1處保溫拆除，拆除范圍約600 mm×350 mm，發(fā)現(xiàn)本體腐蝕嚴重，腐蝕面積占拆除保溫面積的50%，見圖2。

將位置2處保溫拆除，拆除范圍為1000 mm×350 mm，發(fā)現(xiàn)本體腐蝕嚴重，腐蝕面積占拆除保溫面積的85%，且封頭與本體連接焊縫及容器群座與罐體封頭連接焊縫銹蝕嚴重，見圖3。

對位置2腐蝕位置進行除銹作業(yè)，然后對除銹位置進行超聲波測厚，腐蝕區(qū)域內(nèi)存在點蝕現(xiàn)象，探頭不能完全接觸，測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，區(qū)域內(nèi)兩點較穩(wěn)定測量厚度為4.6 mm與5.6 mm，與筒體未腐蝕位置厚度（未腐蝕位置測量厚度為9.65 mm左右）進行對比，腐蝕位置減薄了5 mm。

圖2 罐體腐蝕照片

圖3 罐體封頭連接焊縫銹蝕

2.內(nèi)檢情況

檢測內(nèi)容包括容器內(nèi)部外觀檢測，容器主要焊縫磁粉檢測（檢驗比例20%），容器主要焊縫超生波檢測（檢驗比例20%）以及超聲波測厚。

容器內(nèi)部外觀檢測未發(fā)現(xiàn)銹蝕等缺陷，容器內(nèi)部焊縫磁粉探傷未發(fā)現(xiàn)裂紋，容器超聲波測厚發(fā)現(xiàn)減薄，筒體腐蝕區(qū)域測量最小厚度為4.7 mm，筒體未腐蝕區(qū)域測量厚度為9.6 mm，封頭測量厚度為11.7 mm，容器超聲波探傷未發(fā)現(xiàn)缺陷。

三、失效機理分析

容器失效模式為典型的保溫層下腐蝕。從現(xiàn)場檢測及無損檢測結(jié)果分析看，引起容器局部腐蝕嚴重的原因主要與容器底部保溫層下積水有關(guān)，且容器底部局部嚴重腐蝕與容器本體其他關(guān)鍵性構(gòu)件無相互依賴關(guān)系。特別是焊道位置，由于防腐時涂層附著力、張力等原因，造成焊道及周圍涂層達不到防腐要求或涂層失效，再加上此位置保溫層下積水，導致容器下部封頭與裙座焊道及周圍存在嚴重腐蝕。

四、適應性評價

適應性評價原則是針對“完美無缺”原則而言的，評價技術(shù)是以斷裂力學、材料力學、彈塑性力學及可靠性系統(tǒng)工程為基礎(chǔ)，承認結(jié)構(gòu)存在構(gòu)件形狀、材料性能偏差和缺陷的可能性，但在考慮經(jīng)濟性的基礎(chǔ)上，科學分析已存在缺陷對結(jié)構(gòu)完整性的影響，保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生任何已知機制的失效，因而被廣泛應用于工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量評估中。

適應性評價技術(shù)中構(gòu)件的剩余壽命可以根據(jù)在預期服役條件下，所需的最小壁厚、檢查后測量的壁厚值以及估計的預期腐蝕速度加以確定。如果構(gòu)件并沒有壁厚的相互依賴關(guān)系。那么，這種方法就適用于剩余壽命的確定。見式（1）。

式中Crate——預期的未來腐蝕速度（mm/a）；

K——取決于評價水平的系數(shù)。按水平1評價K=1，按水平2評價K=RSFa；對壓力容器和管線構(gòu)件，對儲罐的殼板K=1。

RLife——剩余壽命，a

RSFa——許用的剩余強度系數(shù)

tam——在檢查時，對構(gòu)件測量的平均壁厚值，mm

tmin——構(gòu)件需要的最小壁厚，mm

由于FPSO凈化水罐為壓力容器，評價水平系數(shù)應取1即K=1。由腐蝕機理分析可知，除容器筒體局部腐蝕嚴重外，容器其他部位情況良好，筒體局部腐蝕與其他關(guān)鍵性構(gòu)件部位無相互依賴關(guān)系，通過查找報告可知，容器筒體平均厚度8.54 mm。按照設計標準，筒體設計壁厚9.5 mm，筒體腐蝕裕度為2 mm，即構(gòu)件需要的最小壁厚為7.5 mm，查找該容器歷年腐蝕監(jiān)測點可知，腐蝕速度平均為0.32 mm/a，由此可以得出剩余壽命RLife=3，即該容器剩余壽命至少還有3年左右的時間，只要對局部嚴重腐蝕部位進行修復，在日常中合理維護，容器可繼續(xù)使用。

五、修復策略

結(jié)合失效機理分析及設備狀態(tài)評估結(jié)果，應對該容器保溫層特別是上部封頭、下部封頭及人孔周圍等位置進行檢查，看是否存在破損或雨水滲漏點。如果存在，先對保溫層進行修復后再考慮對腐蝕位置進行修復。由于該容器為低壓容器，優(yōu)先考慮使用高分子材料修補劑（如北京東城長江化工技術(shù)研究所生產(chǎn)的強勁修補劑）進行局部修補。采用此方法修復，既可以防腐，又可對局部進行補強，其次也可考慮用局部補板，將腐蝕范圍內(nèi)的金屬表面清理干凈，在其上面補焊一層加強板等。