煉油廠原油儲罐的風險評估

蔣金玉，陸秀群，程 偉，周 楊，陳 煒

（1.合肥通用機械研究院有限公司，安徽合肥 230031；2.合肥通用機械研究院特種設備檢驗站有限公司，安徽合肥 230031）

0 引言

常壓儲罐廣泛應用于石油化工、交通運輸、國防等領域，用來儲存原油、成品油、中間原料、化工產(chǎn)品等介質。常壓儲罐的風險評估和檢驗檢測對常壓儲罐的安全長周期運行，具有重要作用。原油儲罐是最常見的常壓儲罐，用于儲存和轉輸原油，是各石化廠和油庫重要的儲存容器。

基于風險的檢驗[1]（Risk-based inspection，RBI）是針對材料損傷所引起的設備失效的風險評估和管理過程，對這種風險主要通過對設備的檢測來管理。作為一種先進的設備管理技術，RBI 技術[2-5]將定性分析和定量計算相結合，識別設備的損傷機理和失效模式，制定科學的檢驗時間和優(yōu)化的檢驗策略，保障設備安全，提高經(jīng)濟效益，廣泛應用于石油化工、電力、海洋平臺、船舶領域。

煉油廠6 臺原油儲罐概況，采用合肥通用機械研究院特種設備檢驗站有限公司RBI 評估軟件對其進行RBI 評估，識別其失效模式和損傷機理，確定風險等級，制定下次檢驗時間和檢驗策略[6]。

1 儲罐概況

煉油廠原油罐區(qū)共計建造10 萬m3原油儲罐6 臺，2010 年6 月建成投用。按照GB 50341—2003《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規(guī)范》、GB 50128—2005《立式圓筒形焊接油罐施工及驗收規(guī)范》進行設計和施工，基本情況見表1。

表1 常壓儲罐基本情況

罐底邊緣板材質08MnNiVR，中幅板材料Q235-B；自下向上，第1 至6 層罐壁板材料08MnNiVR，第7 層罐壁板材質Q345R，第8、9 層罐壁板材料Q235-B；浮頂材料Q235-A；罐底板上下表面、底層和頂層罐壁板內壁、整個罐壁板外壁進行了防腐。罐底板上表面安裝鋁鎂合金陽極塊，下表面安裝外加電流進行陰極保護。原油儲罐的罐基礎結構圖，如圖1 所示。

6 臺原油儲罐自2010 年6 月投用以來，運行正常，未出現(xiàn)過泄漏等異常現(xiàn)象，未經(jīng)歷過首次開罐定期檢驗。

圖1 罐基礎結構圖

2 RBI 評估

2018 年1 月，該煉油廠委托合肥通用機械研究院特種設備檢驗站有限公司對這6 臺原油儲罐進行RBI 評估，識別失效模式和損傷機理，確定開罐檢驗時間和檢驗策略。

2.1 評估依據(jù)

（1）GB/T 30578—2014《常壓儲罐基于風險的檢驗與評價》

（2）AQ 3053—2015《立式圓筒形鋼制焊接儲罐安全技術規(guī)程》

（3）SY/T 5921—2011《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護修理規(guī)程》

（4）GB/T 26610.1—2011《承壓設備系統(tǒng)基于風險的檢驗實施導則 第1 部分：基本要求和實施程序》

（5）GB/T 26610.2—2014《承壓設備系統(tǒng)基于風險的檢驗實施導則 第2 部分：基于風險的檢驗策略》

（6）GB/T 26610.3—2014《承壓設備系統(tǒng)基于風險的檢驗實施導則 第3 部分：風險的定性分析方法》

（7）GB/T 26610.4—2014《承壓設備系統(tǒng)基于風險的檢驗實施導則 第4 部分：失效可能性定量分析方法》

（8）GB/T 26610.5—2014 《承壓設備系統(tǒng)基于風險的檢驗實施導則 第5 部分：失效后果定量分析方法》

（9）API 581—2016《Risk-Based Inspection Methodology》

（10）API 653—2014《Tank Inspection,Repair,Alteration,and Reconstruction》

2.2 腐蝕分析

原油儲罐的損傷，以腐蝕減薄為主，伴隨少量的環(huán)境開裂（比如大角焊縫開裂）、機械損傷（浮頂支柱撞擊罐底板）等其他損傷模式。

2.2.1 罐底板

（1）土壤側。土壤腐蝕：金屬與土壤中的水、SO42-、Cl-、微生物等腐蝕性介質發(fā)生的電化學腐蝕；氧濃差電池腐蝕：氧氣濃度差所導致的電化學腐蝕；雜散電流腐蝕：土壤中存在的雜散電流對金屬造成的腐蝕。

（2）介質側。沉積水腐蝕：沉積水中的鹽、氣體、微生物對罐底板造成的腐蝕；垢下腐蝕：原油中的砂粒、污泥及罐底腐蝕產(chǎn)生的沉積物沉積于罐底；浮盤支柱對罐底板的沖擊。

2.2.2 罐壁板

（1）外壁。大氣腐蝕。

（2）內壁。與水相接觸的底部罐底板存在沉積水腐蝕；與油相接觸的中間層罐壁板存在濕硫化氫腐蝕，但鈍化膜對內壁起到了保護作用，腐蝕比較輕；與油氣接觸的罐壁板（主要指罐壁板與二次密封相接觸的位置）：原油中揮發(fā)出的H2S、CO2、水蒸汽等腐蝕性氣體在罐壁板內壁密封處聚集，形成很強的腐蝕性環(huán)境，對罐壁板內壁造成濕硫化氫腐蝕、二氧化碳腐蝕，尤其是浮盤長期停留部位的罐壁板容易發(fā)生局部腐蝕；與空氣接觸的罐壁板內側可能會發(fā)生大氣腐蝕。

2.2.3 大角焊縫

大型原油儲罐大角焊縫處峰值應力高，材料為低合金高強度鋼，內部缺陷易于擴展，易發(fā)生開裂。

2.3 RBI 評估

（1）風險計算。采用合肥通用機械研究院特種設備檢驗站有限公司自主開發(fā)的RBI 評估軟件，對這6 臺原油儲罐2018 年1月的風險進行計算，計算結果見表2：

表2 6 臺原油儲罐風險計算結果

可以看出，這6 臺原油儲罐的風險均為3D，屬于中高風險。這主要是因為這6 臺原油儲罐按照相同的標準進行設計和施工，投用時間相同，且未進行過首次開罐檢驗。

（2）下次檢驗時間。AQ 3053—2015《立式圓筒形鋼制焊接儲罐安全技術規(guī)程》第11.4 條[7]規(guī)定：“儲罐的使用單位，也可以采用RBI 程序來確定定期檢驗的周期”。結合煉油廠實際生產(chǎn)計劃和RBI 評估結果，制定其下次開罐檢驗時間，見表3。

表3 原油儲罐的下次檢驗時間

表4 原油儲罐開罐檢驗策略

可以看出，通過采用RBI 評估技術，結合現(xiàn)場宏觀檢查情況和實際運行情況，評估6 臺原油儲罐在2020 年的風險，根據(jù)2020 年的風險將6 臺原油儲罐安排在2018-2020 年進行開罐定期檢驗，即符合法規(guī)的要求，也符合生產(chǎn)計劃，兼具科學性和可行性，解決6 臺原油儲罐需要集中進行開罐檢驗的問題。

（3）開罐檢驗策略。根據(jù)原油儲罐的失效模式和損傷機理，依據(jù)儲罐相關標準，采用RBI 評估技術，制定6 臺原油儲罐的開罐檢驗策略，見表4，必要時是指當罐壁板與邊緣板角焊縫檢測發(fā)現(xiàn)缺陷或現(xiàn)場檢驗人員認為有必要時。

3 總結與展望

（1）通過采用RBI 評估技術，可以識別原油儲罐的失效模式和損傷機理，計算儲罐風險，科學地制定下次檢驗時間和檢驗策略，為煉油廠對原油儲罐的檢驗維修管理提供技術支撐。

（2）強制性標準AQ 3053—2015《立式圓筒形鋼制焊接儲罐安全技術規(guī)程》明確指出常壓儲罐需要按照一定的周期進行定期檢驗，但是由于以前相關標準未強制要求儲罐進行定期檢驗，導致現(xiàn)階段很多石化廠常壓儲罐處于超期未檢狀態(tài)，面臨著需要集中開罐檢驗的難題。結合實際生產(chǎn)需要，采用RBI 評估技術，可以對儲罐進行風險排序，并依據(jù)風險情況，制定常壓儲罐的開罐檢驗順序，既可以保障儲罐本質安全，還可以兼顧生產(chǎn)需求，實現(xiàn)安全與經(jīng)濟的統(tǒng)一。