美國儲罐泄漏防控技術體系研究

翟明增，張凱靈，黨麗，秦偉，馬偉平

(1. 中國石油化工股份有限公司 上海海洋油氣分公司，上海 200120；2. 西南油氣田分公司 川西北氣礦，四川 江油 621700；3. 中國石油吐哈油田分公司工程技術研究院 地面工程設計所，新疆 鄯善 838202；4. 廊坊中油朗威工程項目管理有限公司，河北 廊坊 065000；5. 中國石油管道研究中心，河北 廊坊，065000)

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美國儲罐泄漏防控技術體系研究

翟明增1，張凱靈2，黨麗3，秦偉4，馬偉平5

(1. 中國石油化工股份有限公司 上海海洋油氣分公司，上海 200120；2. 西南油氣田分公司 川西北氣礦，四川 江油 621700；3. 中國石油吐哈油田分公司工程技術研究院 地面工程設計所，新疆 鄯善 838202；4. 廊坊中油朗威工程項目管理有限公司，河北 廊坊 065000；5. 中國石油管道研究中心，河北 廊坊，065000)

摘要：針對國內普遍存在的儲罐超期服役、儲罐泄漏風險大的問題,應用先進儲罐泄漏檢測技術，在儲罐泄漏初期采取處置措施，有助于提高儲罐設施的安全性和可靠性。介紹了美國儲罐泄漏防控技術體系的先進理念和推薦做法，包括針對儲罐、工藝管道、裝卸作業區等建立泄漏預防管理體系；針對儲罐外側邊緣板腐蝕、罐底板腐蝕、罐壁-罐底板焊縫開裂和儲罐底板沉降/基礎損壞等建立泄漏預防技術體系。推薦采用有利于環境保護、成本最低的儲罐泄漏預防措施，例如在罐底板下安裝預防泄漏系統等。最后，提出了借鑒美國標準，制定和完善國內儲罐泄漏檢測技術的建議。

關鍵詞：儲罐泄漏檢測方法技術

隨著2015年新版《安全生產法》和《環境保護法》的頒布實施，油氣管道行業重大安全事故問責力度日益嚴厲。國內普遍存在儲罐超期服役的問題，儲罐泄漏風險大。應用高效儲罐泄漏檢測技術及時發現泄漏，或者在儲罐發生泄漏初期尚未擴散前采取有效措施十分重要[1]。筆者以美國石油學會(API)的儲罐泄漏檢測標準API Publ 340—1997LiquidReleasePreventionandDetectionMeasuresforAbovegroundStorageFacilities為例[2]，介紹了美國儲罐泄漏防控技術體系的先進理念和推薦做法，對于保證國內石油行業儲油安全、減少損失和保護環境具有重要借鑒意義。

1國內儲罐泄漏檢測技術標準現狀

行業標準SY/T 0329—2004《大型油罐基礎檢測方法》規定了新建儲罐瀝青砂基礎的設計、施工質量的現場檢測方法[3]，針對基礎強度、厚度、密度、含水率和壓實程度等技術指標參數，未涉及儲罐基礎泄漏檢測等內容。

行業標準SY/T 5921—2011《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護修理規程》建立了儲罐日常巡檢制度及日常、季度和年度維護保養制度[4]。針對儲罐工藝操作和人員安全的要求比較完善，例如控制進油管流速、儲油溫度，雷電大風天氣禁止人工檢尺和取樣操作等；針對儲罐設施的檢測技術和評定指標比較完善(基礎、罐頂、罐壁、罐底板和防腐層/保溫層等)，但儲罐泄漏檢測較為簡略，主要表現在：

1) 規定定期進行液位計與人工檢尺數據對比。人工檢尺受人員操作、油品溫度影響，無法保證及時發現儲罐泄漏。

2) 規定儲罐工業電視監視系統應定期維護，保證圖像清晰、狀態完好。儲罐油品泄漏具有不可預見性，儲罐工業電視監視系統存在監控盲區和死角，難以覆蓋儲罐全部區域。

國內還未制定專門的儲罐泄漏檢測技術標準，現有標準中未明確給出選擇儲罐泄漏檢測技術的依據和建議，不利于保障新建儲罐工程和在役儲罐安全性，有必要進行補充完善[5]。

2API標準API Publ 340—1997

文獻[2]由美國健康和環境事務部制定，主要內容是儲罐、工藝管道、裝卸作業區、輔助設備以及設備操作系統的泄漏預防措施和探測方法。

2.1儲罐設施泄漏類型和預防措施

文獻[2]中規定了儲罐設施可能發生的泄漏類型以及相應預防措施，見表1所列。

表1　儲罐設施可能發生的泄漏類型以及相應的預防措施

2.2確定儲罐泄漏預防措施的原則

文獻[2]認為應采取最有利于環境保護、成本最低的儲罐泄漏預防措施，重點是預防泄漏，而非探測泄漏和泄漏處理補救，例如安裝儲罐區防滲層系統，不如建立嚴格的儲罐檢驗和維護程序更為有效，前者可能損壞，而且只能在儲罐發生泄漏時處理油品方面發揮有限作用。

2.3地上石油儲罐泄漏防控體系

限于篇幅，筆者重點探討儲罐底板泄漏情形，不包括罐頂溢流、罐壁泄漏、儲罐附件設施滲漏和儲罐密封性試驗失效等。儲罐設施泄漏源、控制措施，每項措施對于新建儲罐建設(或者在役儲罐改造)成本以及對于在役儲罐運行維護成本的影響見表2所列。最后，給出了每項控制措施的優缺點、在儲罐操作和維護中的注意事項和參考執行標準。

1) 陰極保護系統。強制電流陰極保護系統可對埋地鋼結構提供可靠有效的保護。缺點是成本高，更換罐底陽極繁瑣；雜散電流、土壤條件、烴類污染可能影響保護效果；如存在設計安裝缺陷，可能造成加速腐蝕。注意事項是定期記錄整流器讀數；定期測量土壤自然電位；每年進行土壤腐蝕性評價。該保護系統可參考文獻[6]。

2) 外側邊緣板涂層或襯里。外側邊緣板涂層或襯里可對罐底邊緣板、罐底-罐壁焊縫提供保護，采用增強型涂層可對儲罐基礎提供支撐，還可減少罐底板最小允許殘余厚度的余量。缺點是需特殊預制、安裝和固化工藝；涂層應與儲存介質和儲存溫度相匹配；增強型涂層可能影響罐底板掃描、超聲波檢測的結果。注意事項是停運儲罐應進行涂層外觀檢查；儲罐修理后進行低電位涂層缺陷檢查。該措施可參考文獻[7]。

表2　地上石油儲罐泄漏防控體系

注： * 管理措施分為控制(C)、預防(P)、探測(D)、保護(Pro)四類；** 成本影響分為低、中、高和極高四級。

3) 儲罐底板下側涂層和襯層。儲罐底板下側涂層和襯層可替代罐底板陰極保護系統。缺點是已建儲罐難以實施；需特殊預制、安裝和固化工藝；需執行嚴格的涂層檢驗和質量認證程序。該措施可參考美國防護涂料協會(SSPC)表面處理規程。

4) 設計儲罐排水裝置。設計儲罐排水裝置可防止罐頂或底板積聚雨水；提高罐底邊緣板陰極保護有效性；減緩罐底板沉降。缺點是易發生沉降或者罐底板高度與防火堤高度相同的已建儲罐改建排水設施較困難。該措施可參考文獻[8]。

5) 儲罐無損檢測有以下幾種：

a) 罐底板點式超聲測試。罐底板點式超聲測試可發現罐底板缺陷，數據可用于確定腐蝕速率和下一次檢驗周期。缺點是需提供一定數量的罐底板試樣，僅適用于停運儲罐。注意事項是儀器使用前應校準；測量點位置應記錄；罐底板取樣區域應清潔；建議與其他技術聯合使用。該措施可參考文獻[9-10]。

b) 自動超聲厚度測試。自動超聲厚度測試可發現儲罐底板缺陷，并給出詳細的罐底板厚度曲線，數據可用于確定腐蝕速率和下一次檢驗周期。缺點是僅適用于停運儲罐，通道和內部裝置限制檢查。

c) 磁粉測試、染色滲透劑測試和加強板/補強板空氣壓力測試。該方法可探測儲罐焊縫缺陷，對設備人員要求低，數據準確。缺點是僅適用于停運儲罐，僅測試無載荷焊縫和表面焊縫缺陷。該措施可參考文獻[9]。

d) 罐底板電子超聲掃描。超聲波電子掃描可覆蓋罐底板大部分范圍，可探測點蝕和加速腐蝕區域。缺點是不能探測罐壁-罐底板焊縫和儲罐立柱下側區域；非常嚴重的局部腐蝕可能無法探測；涂層/襯里過厚可能影響效果。該方法為半定量方法，通常結合超聲波探測進行驗證。注意事項是儀器使用前應校準；疑似檢查區域應標記和記錄。該措施可參考文獻[9-10]。

6) 實施檢驗程序并形成書面文件(外部檢驗和內部檢驗)。內部檢驗可檢查罐內鋼結構點蝕、涂層、磨損、罐底板焊縫、浮頂立柱和罐底板沉降；內部檢驗數據可用于確定腐蝕速率和下一次檢驗周期。缺點是應考慮罐底淤泥處置和罐內氣體排放安全性以及儲罐停運時間。注意事項是應遵守進入受限空間等涉及人員健康安全的規定；檢驗人員資質需認證等。該措施可參考文獻[9]。

7) 罐壁-罐底板焊縫的真空箱測試。罐壁-罐底板焊縫的真空箱測試可探測罐壁-罐底板焊縫和點蝕區域。缺點是僅適用于停運儲罐，不能發現未發生滲漏的焊縫缺陷，僅測試無載荷焊縫。注意事項是應使用專用設備，例如觀察窗和軟墊圈，應連續檢查全部罐底焊縫和點蝕區域的密封性。該措施可參考文獻[9-10]。

8) 儲罐底部監測裝置(泄漏報警管道系統)。油品泄漏通過管件系統報警顯示，可探測在役儲罐油品泄漏。缺點是存在誤報警，土壤和地下水狀況可能會影響系統可靠性。注意事項是泄漏報警管道系統需定期檢查。該措施可參考文獻[11]。

9) 用于調整庫存的儲罐計量系統。用于調整庫存的儲罐計量系統可實時探測儲罐底板泄漏。缺點是需儲罐精確校準；無法探測少量泄漏；油品溫度變化可能影響計量精度。注意事項是操作人員應準確記錄收油、儲存、發油體積以保證結果精確。該措施可參考文獻[12]。

10) 聲發射探測泄漏試驗。聲發射探測泄漏試驗對儲罐運行幾乎無影響，適用于在役儲罐。缺點是罐底淤泥和水層可能影響探測結果準確性；受噪音影響大，僅能在夜間進行；需要專門設備和人員培訓。注意事項是測試前需與運行儲罐隔離。該措施可參考文獻[12]。

11) 儲罐區域土壤表面蒸氣/液體監測。可連續探測罐區泄漏石油蒸氣、烴蒸氣和不溶解的液體，減緩油品污染環境。缺點是受制于土壤、回填狀況、地下水位等現場條件影響；只能探測已經發生的泄漏，有一定延遲性；已污染土壤可能影響烴蒸氣的探測結果。注意事項是需確定檢測系統可發送現場就地或者遠傳信號。該措施可參考文獻[12]。

12) 罐區地下水監測井。可探測單獨存在或未溶解的油品，并可提供地下水水位、流向、品質等信息。缺點是發生泄漏區域內的監測井可能成為流動擴散通道；土壤條件、地下水位、雨水也可能影響探測結果準確性。注意事項是監測井需定期維護。

13) 罐底預防泄漏系統。API推薦新建儲罐底板下安裝預防泄漏系統(RPB)，RPB可以是罐底板內涂層(合成材料)，或者在罐底板下安裝泄漏報警管件系統，或者是雙層罐底板型式等。RPB可防止泄漏油品擴散，并將泄漏油品導出接至外部探測裝置。

a) 罐底泄漏報警管件系統。在罐底板下安裝泄漏報警管件系統，油品泄漏通過管件系統報警顯示。該方法優點是對于新建儲罐安裝費用低，可暫時收集泄漏油品。缺點是土壤和地下水狀況可能會影響系統可靠性，可能產生誤報警。注意事項是應定期維護保持泄漏報警管件系統的完整性。

b) 罐底板內涂層。罐底板內涂層設計形式多樣，推薦非熔接玻璃纖維涂層。優點是防止油品泄漏至罐底板下側，不會污染土壤和地下水。缺點是已建儲罐改造成本高，儲罐停運時間長，罐底板內涂層檢驗修復困難，不能準確定位滲漏位置。

c) 雙層罐底板泄漏檢測法。自20世紀90年代，美國開展雙層罐底板結構立式儲罐應用研究，可實現儲罐泄漏在線檢測。該類型儲罐由上下層板和支撐結構組成，可有效避免罐底板雙面腐蝕，支撐結構滿足儲罐介質載荷強度要求，下層底板在上層底板泄漏情況下能起到防護和延遲泄漏作用。罐底泄漏后通過氮氣吹掃將泄漏油氣攜帶至外部檢測系統，通過研究吹掃氣體成分實現對儲罐泄漏的在線監控。該方法優點是防止儲罐油品泄漏至土壤和地下水，可暫時收集泄漏油品。缺點是在役儲罐改造成本高，儲罐停運時間長，新建儲罐如有安裝缺陷可能加速腐蝕，罐底低點檢查困難，罐底更換陽極困難。

3結論和建議

美國建立了嚴格細致的儲罐泄漏防控技術體系，涵蓋技術標準、探測方法、控制措施等，其先進性主要表現在以下幾個方面：

1) 分別針對儲罐、工藝管道、裝卸作業區、輔助設備以及設備操作系統等，建立泄漏預防措施管理體系。

2) 相對于儲罐泄漏探測方法和泄漏處理措施，更傾向于采用最有利于環境保護、成本最低的儲罐泄漏預防措施。

3) 重點針對儲罐外側邊緣板、罐底板腐蝕，罐壁-罐底板焊縫開裂和儲罐底板沉降/基礎損壞四種儲罐泄漏源，建立了儲罐泄漏防控技術體系。

4) API推薦新建儲罐在罐底板下安裝RPB，例如罐底板內涂層(合成材料)，或者在罐底板下安裝泄漏報警管件系統，或者是雙層罐底板型式等，將泄漏油氣從基礎內部引向儲罐外周邊，通過外觀檢查或者傳感器、電纜等檢測裝置進行探測。

綜上所述，建議參考文獻[2]，制定國內儲罐泄漏探測技術標準，在分析比選儲罐泄漏檢測技術優缺點基礎上，考慮儲罐運行狀態和經濟性因素，建議使用一種或組合使用多種儲罐泄漏檢測技術。

參考文獻:

[1]陳健峰，稅碧垣，沈煜欣.儲罐與工藝管道的完整性管理[J].油氣儲運，2011，30(04)： 259-262.

[2]API. API Publ 340—1997 Liquid Release Prevention and Detection Measures for Aboveground Storage Facilities[S].Washington： American Petroleum Institute, 1997.

[3]陳連成，許杰，陳瑞光，等.SY/T 0329—2004大型油罐基礎檢測方法[S].北京： 石油工業出版社，2004.

[4]王廣輝，劉澤年，劉志海，等.SY/T 5921—2011立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護修理規程[S].北京： 石油工業出版社，2011.

[5]劉麗川，徐興國，稅愛社.油罐底部基礎探漏方法及試驗研究[J].石油工程建設，2011，37(10)： 4-6.

[6]NACE.NACE SP0169—2013 Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems[S]. Houston： The Worldwide Corrosion Authority, 2013.

[7]API. API RP 652—2014 Linings of Aboveground Petroleum Storage Tank Bottoms[S]. Washington： American Petroleum Institute, 2014.

[8]API. API Std 2610—2005 Design, Construction, Operation, Maintenance, and Inspection of Terminal and Tank Facilities[S]. Washington： American Petroleum Institute, 2005.

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[10]API. API RP 575—2014 Inspection Practices for Atmosphere and Low-Pressure Storage Tanks[S]. Washington： American Petroleum Institute, 2014.

[11]API. API Std 650—2013 Welded Tanks for Oil Storage[S]. Washington： American Petroleum Institute, 2013.

[12]API. API Publ 334—1996 A Guide to Leak Detection for Aboveground Storage Tanks[S]. Washington： American Petroleum Institute, 1996.

Study on American Storage Tank Leakage Prevention Technique System

Zhai Mingzeng1, Zhang Kailing2, Dang Li3, Qin Wei4, Ma Weiping5

(1. Sinopec Shanghai Offshore Petroleum Bureau, Shanghai, 200120, China; 2. PetroChina Southwest Oil &Gasfield Company, Northwest of Sichuan Gas Production, Jiangyou,621700,China; 3. Engineering and Technological Research Institute of PetroChina Tuha Oilfield,Shanshan,838202, China; 4. Langfang China Petroleum Longway Engineering Project Management Co. Ltd., Langfang, 065000, China; 5. PetroChina Pipeline R&D Center, Langfang, 065000, China)

Abstract:Aiming at the common problem of extended service life and high leaking risk of storage tanks in China, advanced tank leakage inspection technique is applied with adopting effective disposal measures at early stage to improve safety and reliability of storage tank. Advanced ideas and recommended practice of American storage tank leakage prevention technique system are introduced, including leakage prevention management system for tank-farm, process pipeline and loading/unloading operation area, and leakage prevention technique system for corrosion of tank outside edge, tank bottom, tank wall - bottom seam cracking and settlement of tank bottom. It is recommended to adopt storage tank leakage prevention measures with most favorable environmental protection and lowest cost, such as installation of RPB under tank bottom. Suggestions of adopting American standards to develop and improve domestic tank leakage technique are proposed.

Key words:storage tank; leakage; detection; measure; technique

作者簡介：翟明增(1976—)，男，2004年畢業于中國石油大學(華東)油氣儲運工程專業，獲碩士學位，現就職于中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司，主要從事油氣管道運行研究工作，任工程師。

中圖分類號：TE88

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2016)02-0014-04

稿件收到日期： 2015-11-27，修改稿收到日期： 2016-01-22。