大型在役儲罐底板強度衰減評價分析

摘 要：油田大型在役原油儲罐長期服役后因儲存油品具有腐蝕性和油品液位的升降使儲罐底板載荷動態變化，底板的力學性能將不斷下降。文章通過現場抽取腐蝕后儲罐邊緣底板，在試驗室進行力學測試，基于試驗結果給出立式儲罐強度衰減評價標準。

關鍵詞：儲罐邊緣底板；力學測試；強度衰減；損傷值

立式儲罐多儲存具有一定腐蝕能力介質，對于長期服役的儲罐將造成不同程度的化學腐蝕（包括油品中所含電解質的電化學腐蝕），同時存儲液多為低周脈動荷載。儲罐在其服役期內長期處在有腐蝕性的環境，油品液位的反復升降使儲罐底板載荷動態變化，必然導致底板的力學性能不斷下降。當儲罐在服役期內遭受外界突發性荷載作用時，其抵抗外荷載的能力將受到影響。本試驗根據已開罐檢查的儲罐邊緣底板腐蝕狀況，對鋼材受表面腐蝕、嚴重點蝕和低周累積損傷后力學性能指標的下降進行分析，探討在役儲罐有損傷的安全可靠性評價方法。

1 力學性能指標測試

1.1 試件的抽取

某油田聯合站5#原油浮頂儲罐容積為20000m3，直徑40m、高度14m，始建于1984年，近期在清罐作業后，對儲罐底板全面開展在國際上技術領先的漏磁無損腐蝕檢測，根據檢測數據，編制了科學合理的維修維護方案。對施工過程中需更換的儲罐8mm厚邊緣底板，現場經反復篩選，重點抽取無腐蝕試件、中等腐蝕（點腐蝕深度3mm左右）和重度腐蝕（點腐蝕深度達5mm左右）試件各3件。按GB/T228-2010《金屬材料拉伸試驗方法》標準中的板狀試件規定，取工作寬度×長度為20mm×80mm。

1.2 試驗數據的處理

本試驗對試樣進行了拉伸性能測試，在200t液壓萬能試驗機上進行，應力速率10MPa，移動速度37.5mm/min，分別測得無腐蝕、中等腐蝕和重度腐蝕試件抗拉強度、屈服強度，具體結果見表1。

1.3 試驗數據分析

立式儲罐在長期的服役過程中，由于儲存油品具有腐蝕性并受到低周脈動荷載的影響，其力學性能指標將下降，為評定其損失狀況，以指標損失率的概念來評定儲罐的損傷情況。指標損失率如下：

式中，As為無腐蝕試件均值數據，Ac為有腐蝕試件均值數據。經過計算表3給出腐蝕深度不同導致鋼板各項指標損失率結果。

表3 試件腐蝕深度不同導致力學性能指標損失率

由表3可以看出，儲罐底板長期服役后，因所儲存油品具有腐蝕性，力學性能指標均大幅降低。重度腐蝕儲罐邊緣底板的抗拉強度下降達40.6%，屈服強度下降達37.1%，導致儲罐底板強度的衰減，對儲罐的安全運行帶來隱患。

2 基于試驗結果的立式儲罐強度衰減評價

2.1 強度降低值的定義、公式與統計

油品腐蝕對儲罐底板強度產生的影響可分二種情況：一是鋼板與介質接觸表面均勻性腐蝕，使儲罐底板厚度減薄，強度和剛度降低；二是鋼板表面點腐蝕或坑腐蝕，使應力集中。經油田多年儲罐清罐后維護維修，發現立式儲罐罐底腐蝕大面積的點（坑）腐蝕居多。開展儲罐受腐蝕后底板強度衰減評定時，應將受點腐蝕及低周荷載影響其力學性能下降的規律列為重點，引入評價其強度下降程度的函數——強度降低值。

式中，nc為受點腐蝕后儲罐底板的實際抗拉強度、屈服強度，？滓是無腐蝕儲罐底板的抗拉強度、屈服強度。

點腐蝕深度與時間成正比，函數為Dcp（t）。以正在進行維修作業儲罐為研究目標，進行力學性能指標試樣測定分析，確定？滓nc的均值和方差，并以所服務的年限Tm基準值，確定Dcp（Tm），建立任意年限的Dcp（t）：

式中：t為服務年限；Tm為基準年限。

立式儲罐腐蝕損傷依據對該聯合站5#儲罐底板檢測結果，由其已經投產時間30年（1984年～2014年），可推算出各時間段的強度降低值，詳細按下述公式：

公式中n為不同介質腐蝕參量，可由試驗分析獲得，現取最大值n=1；t是對應服役時間。Dpc（30）是指5#儲罐服役30年的抗拉強度、屈服強度的降低值：

抗拉強度點降低值：Dpc（30）=0.408

屈服強度點降低值：Dpc（30）=0.372

根據試驗結果，計算得到各服役整年份的點強度降低值見表4。

2.2 點腐蝕降低值評價等級

根據儲罐腐蝕實際情況，將其強度降低等級定義為基本完好、輕度降低、一般降低、嚴重降低、停用，其強度降低值與等級的對應關系見表5。

根據該聯合站5號儲罐的腐蝕情況，結合力學性能測試分析，以40年為生產使用期限。各生產領域的在役儲罐維修維護可借鑒評價方法進行維推算。在理論上所儲存的介質不同，產生點腐蝕速度亦不同。目前北方油田部分儲罐儲存俄羅斯原油，其含硫物較高，腐蝕對抗力的影響更大，有必要進一步研究。

3 結束語

（1）試驗表明，腐蝕嚴重的儲罐邊緣底板其抗拉強度與屈服強度下降劇烈，導致儲罐底板強度的衰減，勢必給未來儲罐的安全運行帶來安全隱患。

（2）建立基于試驗結果的立式儲罐強度衰減評價方法。

（3）給出了底板腐蝕后儲罐維護策略：儲罐服役20年以內，罐底鋼板基本完好；儲罐服役20～30年時，罐底鋼板可能出現輕度點（坑）腐蝕，應采取重涂防腐層或陰極保護等措施；儲罐服役30～35年，儲罐底板可能發生嚴重腐蝕，應及時大修；對于服役超過35年的底板，應采取全部更換的措施；對于使用超過40年的底板，應考慮退役，以防止儲罐在使用過程中發生各類事故。

作者簡介：李海軍，工程師，1998年畢業于大慶職工大學，油氣集輸專業，現任大慶油田儲運銷售分公司基建管理中心副主任。