基于風險分析的常壓儲罐完整性管理方法

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(1.中國石油 獨山子石化分公司 a.研究院壓力容器所； b.機動設備處， 新疆 獨山子 833699；2.中國特種設備檢測研究院， 北京 100029)

常壓儲罐的安全管理大致可分為事故管理、周期性管理、風險管理和完整性管理這4個階段。目前，我國大部分石化企業對儲罐的安全管理仍處于周期性管理模式，即在一定周期內對儲罐進行開罐或不開罐的定期檢驗。由于沒有統一的安全技術規范，各企業在進行儲罐安全管理中容易出現管理的隨機性和盲目性。在儲罐檢測中，目前主要采用離線檢測技術，如宏觀檢查、測厚、表面缺陷檢測、埋藏缺陷檢測、真空試漏等，需要經過停車、置換、清洗、表面處理、檢驗和恢復等一系列過程。整個檢維修過程耗時長、工作量大、成本高，檢維修容易造成過度檢修或檢驗量不足，而且所采取的檢驗方法檢驗有效性差。

隨著基于風險的檢驗(Risk Based Inspection，RBI)技術在國內的開展[1-4]、相關標準的逐步完善[5]，一些企業開始試點對常壓儲罐進行RBI檢驗[6-8]。從2006年開始，獨山子石化作為中石油RBI應用的首批試點單位，開始在煉油裝置、乙烯裝置進行應用，目前已在大型成套裝置100萬t/a乙烯裝置、1 000萬t/a蒸餾裝置、200萬t/a加氫裂化裝置以及120萬t/a焦化裝置等10余套裝置進行了RBI應用，效果較好。

在儲罐檢測方面，從2013年開始，對全公司范圍內的儲罐進行了RBI風險評估。RBI技術在儲罐檢驗的應用解決了過度檢修或檢驗量不足、檢驗有效性差的問題，然而RBI的評價側重于設備本體的腐蝕、風險控制，對于設備附屬設施的評價不夠，所以常壓儲罐管理模式需要由周期性維修管理模式階段逐步提升到風險預測的完整性管理模式階段，即通過對系統的歷史數據的全面分析，包含罐體、基礎、腐蝕、附屬設施、日常檢維護、管理制度、事故處理與預防等，綜合預測未來的變化和發展趨勢，從而采取全面針對性的防范措施，保證常壓儲罐合理檢驗、安全運行。

1 儲罐完整性評價方案構架

儲罐的完整性管理主要是通過各種檢測評價技術對可能使系統失效的因素進行檢測檢驗，根據檢測結果對目前的狀態進行評估，最終達到減少和預防事故的目的，其核心內容是儲罐的風險評估和剩余壽命評價。

儲罐的完整性管理是一個持續不斷的改進過程，是對所有影響儲罐完整性的因素進行綜合、一體化的評價過程，包括以下幾個方面內容：①建立儲罐系統的信息數據庫。②進行風險評估和安全評價，了解事故發生的可能性和將導致的后果，制定預防和應急措施。③制定儲罐系統各組成要素的檢測評價方法，定期進行檢測與運行適宜性評價，達到動態評價的目的。④采取完整性管理的措施，保證儲罐處于適用狀態。⑤健全相關程序文件，培訓人員，不斷提高人員管理水平。⑥健全儲罐應急處置措施和管理決策內容，提高儲罐應急管理水平。

針對常壓儲罐周期性維修管理模式所造成的風險識別不足、檢修過度和不足、檢修方法不恰當等問題，結合近年來基于風險的檢驗與管理方法，總結出了常壓儲罐完整性評價管理方法，主要包括基礎數據、罐體評價、輔助設備評價和管理支持這四方面的內容，詳見圖1。

圖1 常壓儲罐完整性評價方案

2 儲罐完整性評價管理系統建立與應用

2.1 完整性評價管理系統建立

完整性管理體系包含運行狀態基礎數據庫、實時完整性評價系統、管理決策系統及管理支持系統等，各系統模塊的功能根據國家、行業標準規范要求、企業相關管理規定、符合實際的通行的評價方法等建立，各系統實現不同的功能。

2.1.1運行狀態基礎數據庫

運行狀態基礎數據庫主要包括儲罐及輔助設備的設計、施工原始資料，儲罐運行數據,工藝分析數據,歷史檢驗檢測數據,維修改造資料,報廢和歸屬地變更信息以及各標準規范和公司管理規定文檔等，其作用主要是為其他三大功能模塊提供底層數據支持，并實現數據存儲和各流程日志的保存。

2.1.2實時完整性評價系統

將由運行狀態基礎數據庫收集到的各設備項數據與信息，導入實時完整性評價系統分別進行風險計算與使用狀態評價，獲得各設備項狀態等級和儲罐完整性評價等級。

2.1.3管理支持系統

根據實時完整性評價系統輸出的結果，結合基于風險的檢驗策略制定規則和公司相關管理規定，對不同完整性評價等級的儲罐及其各設備提供相應的管理、檢驗、檢測、維修等建議，并能通過管理支持系統顯示或提示相關管理人員和領導進行相應的操作。

2.1.4管理決策系統

領導決策系統通過分級管理方法，對不同完整性等級的儲罐及其各狀態等級的設備確立相應的管理、檢驗、檢測、維修等辦法及措施，并將檢驗、檢測及維修過程和結果以日志和新數據形式保存到運行狀態基礎數據庫中。

2.2 完整性評價管理系統的應用

常壓儲罐的完整性評價是以常壓儲罐本體及其輔助設備的風險評估和危險源識別為核心，綜合評定儲罐系統的完整性等級，進而按照完整性等級確定儲罐的檢驗維修周期，按照失效可能性選擇有針對性的檢測方法和檢驗策略，按照風險的大小確定日常維護、管理的重點，實現儲罐的安全管理和長周期運行。

目前，國內外只有針對儲罐本體進行定量風險評估的方法和標準，對于輔助設備沒有統一、可執行的定量風險算法或標準規范，目前只能通過資料審查、宏觀檢查、試驗與測量三方面對輔助設備進行檢查和評價。因此，常壓儲罐完整性評價分為罐體風險評估和輔助設備評價兩部分。

2.2.1常壓儲罐定量RBI分析與評估實施

從待檢儲罐中，按體積、介質、材質及投用年限等類別選取了10臺儲罐進行完整性評價。這10臺儲罐分布在煉油與化工裝置，體積418 m3～10萬m3，投用年限從使用55 a的老罐至使用8 a的新罐，基本代表了公司儲罐的現狀，10臺常壓儲罐的風險也基本能代表公司常壓儲罐群的風險趨勢，10臺儲罐的主要信息見表1。

表1 10臺待檢儲罐基本信息

10臺儲罐在投入運行中基本未進行過開罐檢驗，僅進行過定期的在線壁厚監測。定量風險評價按照API 581—2008《Risk-based Inspection Technology》[9]進行，得到的10臺儲罐壁板及底板風險分布情況見圖2和圖3。

圖2 10臺待檢儲罐壁板定量風險分析矩陣圖

圖3 10臺待檢儲罐底板定量風險分析矩陣圖

分別對每一臺儲罐的壁板和底板進行風險評估，并根據風險情況得到建議的檢驗時間，結果見表2和表3。

表2中，*表示在本次評檢周期之內，儲罐是不需要檢驗的。

表2 2013年10臺儲罐壁板風險評估結果

表3 2013年10臺儲罐底板風險評估結果

對于投用時間較長的常壓儲罐，可能存在儲罐設計文件、安裝文件等資料缺失等情況，在實施RBI定量風險計算時，需要補充RBI計算所需的基礎數據。補充方式盡量通過現場檢測取得數據，如果現場條件不允許，可以參考同年代、同類型儲罐的基礎數據，對計算出的風險做出適當修正，在日后儲罐檢修過程中通過檢測方法將數據補齊，進行風險的再評估。

2.2.2儲罐輔助設備評價

檢驗機構負責對儲罐的輔助設備進行相應資料的審核、現場宏觀檢查、實際測量和功能測試等。評價依據為公司根據儲罐使用情況制定的基于完整性評價的常壓儲罐管理規定，檢查主要從儲罐基礎檢驗及評價、密封系統檢測及評價、陰極保護檢測及評價、罐體防腐涂層檢測及評價、呼吸閥檢測及評價、防雷防靜電設施檢測及評價、液位計的檢測及評價、測溫儀表的檢測及評價等8個方面進行，評價結果見表4。

安全附件及儀表日常的針對性維護風險基本處于低風險狀態，對罐體涂層、陰極保護系統、基礎等的評價須調查歷次檢測、檢查報告，對于未進行檢查的應該對風險進行調整。

表4 2015年10臺儲罐輔助設備風險評估結果

2.2.3完整性評價結果

完整性評價結果由儲罐的完整性等級、關鍵設備項和基于完整評價的檢驗策略三部分構成。儲罐的完整性等級是由罐體風險等級和輔助設備風險等級組成。關鍵設備項是由決定儲罐完整性等級的風險最高設備項決定的。基于完整評價的檢驗策略是根據完整評價過程中對罐體定量風險計算得到的建議檢驗周期和對輔助設備風險評價結果為中風險時需要檢驗的設備項綜合考慮，制定檢驗計劃，并分別給出儲罐各設備項需要在何時進行檢驗。檢驗策略與管理辦法的制定可根據各企業在儲罐管理中的實際情況進行,也可參考一些國內外企業、研究單位在儲罐檢驗方面的經驗[10-16],使檢測和管理方法有效地服務于儲罐的完整性管理。

2015對10臺常壓儲罐進行了完整性評價，結果如下。

(1)1#儲罐 完整性等級評定為待檢狀態，決定完整性等級的零部件項目由壁板、底板、基礎、密封及陰極保護部分所組成。建議的檢驗策略與管理辦法：①2015年進行壁板超聲波測厚檢驗或爬壁檢驗，檢驗無問題的儲罐可在2022年前按現有條件正常使用。②2022年之前進行底板、基礎、密封、陰極保護的檢驗與評價。

(2)2#儲罐 完整性等級評定為待檢狀態，決定完整性等級的零部件項目由壁板、底板及基礎部分所組成。建議的檢驗策略與管理辦法：①2015年進行壁板超聲波測厚檢驗或者爬壁檢驗，檢驗無問題的儲罐可在2019年前按照現有的條件正常使用。②2019年之前，對其底板以及基礎部分進行檢驗與評價。

(3)3#儲罐 完整性等級評定為完好狀態，決定完整性等級的零部件項目由底板來決定。建議的檢驗策略與管理辦法：①可以按照現有的條件運行至2016年。②2016年前，進行底板的檢驗與評價。

(4)4#儲罐 完整性等級評定為完好狀態，決定完整性等級的零部件項目由底板、基礎及呼吸閥所組成。建議的檢驗策略與管理辦法：①可以按照現有的條件正常運行至2020年。②2020年之前進行底板、基礎以及呼吸閥的檢驗與評價，并按期檢驗呼吸閥。

(5)5#儲罐 完整性等級評定為待檢狀態，決定完整性等級的零部件項目由壁板、底板、基礎及罐體防腐所組成。建議的檢驗策略與管理辦法：①2015年進行壁板超聲波測厚檢驗或爬壁檢驗，檢驗無問題的儲罐在2019年前可按現有條件正常使用。②2019年之前進行底板、基礎及罐體防腐的檢驗與評價。

(6)6#儲罐 完整性等級評定為待檢狀態，決定完整性等級的零部件項目由壁板、底板及基礎所組成。建議的檢驗策略與管理辦法：①2015年進行壁板超聲波測厚檢驗或爬壁檢驗，檢驗無問題的儲罐在2021年前可按現有條件正常使用。②2021年之前進行底板及基礎的檢驗與評價。

(7)7#儲罐 完整性等級評定為待檢狀態，決定完整性等級的零部件項目由壁板、底板及基礎所組成。建議的檢驗策略與管理辦法：①2015年進行壁板超聲波測厚檢驗或爬壁檢驗，檢驗無問題的儲罐在2018年前可按現有條件正常使用。②2018年之前進行底板及基礎的檢驗與評價。

(8)8#儲罐 完整性等級評定為待檢狀態，決定完整性等級的零部件項目由壁板、底板及基礎所組成。建議的檢驗策略與管理辦法：①2015年進行壁板超聲波測厚檢驗或爬壁檢驗，檢驗無問題的儲罐在2020年前可按現有條件正常使用。②2020年之前進行底板及基礎的檢驗與評價。

(9)9#儲罐 完整性等級評定為待檢狀態，決定完整性等級的零部件項目由壁板、底板及基礎所組成。建議的檢驗策略與管理辦法：①2015年進行壁板超聲波測厚檢驗或爬壁檢驗，檢驗無問題的儲罐在2022年前可按現有條件正常使用。②2022年之前進行底板及基礎的檢驗與評價。

(10)10#儲罐 完整性等級評定為完好狀態，決定完整性等級的零部件項目由底板及基礎所組成。建議的檢驗策略與管理辦法：①可按現有條件正常運行至2018年。②2018年之前，進行底板、基礎的檢驗與評價。

3 結論

(1)常壓儲罐完整性評價結果是綜合考量儲罐本體與輔助設備的全方位評價方式，與單純依靠風險評估定量分析的評價結果相比，完整性評價結果更加全面和可靠。

(2)完整性評價后得到的檢驗策略建議和處置措施更完善，能夠詳細到針對每一個設備項的具體檢測方法或應對措施。在合規前提下，可將不同風險設備項盡可能安排在同一時間進行相應的有效性檢驗，以達到合理安排檢驗資源的目的。

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