常壓儲罐RBI計算中腐蝕速率的選取原則

張子健

（寧波市勞動安全技術服務有限公司）

常壓儲罐是石油、石化企業及港口物流最常用的儲存設施，保障儲罐安全運行是服務萬億級石化產業，確保大型石化基地安全經濟運行的關鍵環節之一。 目前針對大型石化基地儲罐，采用先進檢驗檢測方法、風險評估（RBI）及完整性管理等是保障儲罐長周期可靠運行的有效措施［1］。GB/T 37327—2019《常壓儲罐完整性管理》［2］中指出，風險評估是完整性管理的重要組成部分。 國內儲罐風險評估主要是基于GB/T 30578—2014《常壓儲罐基于風險的檢驗及評價》［3］和API RP 581—2016《基于風險的檢驗方法》［4］。在計算失效概率中的總損傷系數時， 需要確定腐蝕速率，標準中提到了腐蝕速率的確定方式有3種：計算值、測量值、專家值，同時給出了大致的使用原則，但仍存在一些問題，例如，不是所有的儲罐使用單位都會設置壁板定點測厚位置；底板通常無法設置定點測厚部位；若需咨詢具有豐富工藝經驗的腐蝕專家獲取專家值，難度較大，可操作性低。 為此，筆者基于目前國內儲罐檢驗檢測情況，對腐蝕速率選取的原則進行細化分析，并結合一臺30 000 m3儲罐的RBI計算， 給出適用于不同工況下儲罐腐蝕速率選取原則， 對提高常壓儲罐RBI計算結果的準確性具有一定的指導意義，可用于實際工程。

1 常壓儲罐RBI腐蝕速率的選取方式

GB/T 30578—2014中關于腐蝕速率的說明：首先可采用“短期”或“長期”實測腐蝕速率，若無實測腐蝕速率，可以根據相關資料或咨詢相關專家， 儲罐壁板可按GB/T 26610.4—2014來計算腐蝕速率， 儲罐底板按GB/T 30578—2014附錄B來計算腐蝕速率。

1.1 計算值

1.1.1 儲罐底板

儲罐底板腐蝕速率的計算值分為兩部分：土壤側腐蝕速率和介質側腐蝕速率。 最終根據介質側的腐蝕類型確定儲罐底板的總腐蝕速率。

1.1.1.1 土壤側腐蝕速率

土壤側腐蝕速率CRS的計算式為：

其中，CRSB為土壤側基本腐蝕速率，未進行實測時， 可采用經驗值0.13 mm/a；FSR為土壤狀況調整系數， 主要考慮的是土壤電阻率大小；FPA為儲罐基礎調整系數，主要考慮的是儲罐襯墊類型對腐蝕的影響；FTD為排水調整系數， 主要考慮雨水是否經常聚集在基礎周圍；FCP為陰極保護調整系數， 主要考慮是否安裝有陰極保護；FTB為底板類型調整系數， 主要考慮是否安裝有RPB防泄漏裝置；FST為溫度調整系數， 主要考慮的是土壤側的溫度。 以上調整系數，在RBI計算時，基于實測或者經驗值直接錄入軟件進行計算。

1.1.1.2 介質側腐蝕速率

介質側腐蝕速率CRP的計算式為：

其中，CRPB為土壤側基本腐蝕速率， 未進行實測時，可采用經驗值0.03 mm/a；FPC為介質狀況調整系數， 主要考慮介質側的干濕狀況；FPT為溫度調整系數， 主要考慮介質側的溫度；FSC為蒸汽盤管調整系數，主要考慮是否安裝了蒸汽盤管；FWD為水汲取設施調整系數， 主要考慮是否安裝了水汲取設施。

1.1.1.3 儲罐底板總腐蝕速率

若介質側為均勻腐蝕，則儲罐底板總腐蝕速率計算式為：

若介質側為局部腐蝕，則儲罐底板總腐蝕速率計式算為：

1.1.2 儲罐壁板

儲罐壁板腐蝕速率的計算值按國標GB/T 26610.4—2014來估算，首先需要識別罐壁存在的損傷機理，基于標準，罐壁常見的損傷機理為：大氣腐蝕和保溫層下腐蝕。

根據大氣腐蝕誘因和運行溫度，確定基本腐蝕速率CrB（可在標準中直接查出），最終腐蝕速率Cr計算式為：

其中，FEQ為設備設計或制造調整系數，FIF為界面補償系數。

根據保溫層下腐蝕誘因和運行溫度，確定基本腐蝕速率CrB，最終腐蝕速率Cr′計算式為：

其中，FINS為保溫類型調整系數，FCM為復雜程度調整系數，FIC為保溫狀況調整系數。

1.2 測量值

測量值的計算數據應當是儲罐壁板狀態監測位置（CML）處厚度隨時間變化而產生的數據。狀態監測點是指在罐壁上指定的位置進行檢查，以便監測目前的狀況和腐蝕速率，儲罐常用的狀態監測點主要是厚度監測點。

狀態監測點的最小厚度位置可以采用超聲波測量或X射線成像檢測進行定位， 也可采用電磁無損檢測技術來大致確定變薄的區域，再通過超聲波測量來精確測定， 在計算腐蝕速率時，需多次測量， 并記錄幾次測量的平均值或最小值，監測點的數據宜永久保存，可以在不同的檢測周期內對同一位置進行測量，以提高腐蝕速率測量值的準確性。 腐蝕速率C計算式為：

其中，T1為狀態監測位置厚度測量的初始值；T2為經過時間t后， 狀態監測位置厚度測量值；t為兩次厚度測量的時間差。

值得注意的是，在RBI計算過程中，宜采用長時間段內的平均腐蝕速率，因為腐蝕速率可能不一定隨時間變化，采用短時間內的腐蝕速率會造成RBI結果過于保守。

1.3 專家值

腐蝕速率專家值是對該工藝有著豐富經驗的腐蝕專家所提供的數據，腐蝕專家通常能夠提供最準確的實際腐蝕速率和適當估計的腐蝕速率。 腐蝕專家的定義需參考API 510和API 570。

基于RBI計算軟件對3種腐蝕速率的適用范圍進行總結，結果見表1。

表1 腐蝕速率選取方式的適用范圍

2 30 000 m3儲罐RBI計算與分析

對一臺30 000 m3儲罐的罐壁和罐底分別采用計算值、 測量值、 專家值腐蝕速率進行RBI計算，并對計算結果進行比對分析。 計算值的算法是基于API RP 581—2016；測量值的數據是基于儲罐使用單位自2009年以來的定點測厚數據；專家值的數據是基于標準和相關參考文獻，計算軟件為DNV挪威船級社的Synergi Plant RBI Onshore 5.6。

2.1 儲罐基本參數

儲罐容積30 000 m3， 儲罐規格φ46000 mm×19324 mm，操作壓力為常壓，操作溫度為常溫，儲存介質為航空煤油，罐頂形式為內浮頂，投用日期為2009年9月。罐底數據：邊緣板厚度為10 mm，中幅板厚度為6 mm， 材料均為Q235。 罐壁板數據： 層數為11層， 厚度分別為24、22、20、18、18、14、12、10、10、10、10 mm，材料為Q235/16MnR。

2.2 檢驗檢測情況

該儲罐于2020年9月進行開罐檢測， 現將影響腐蝕速率大小的檢驗檢測結果匯總于表2。

表2 儲罐檢驗檢測結果匯總

該儲罐使用單位在2009年至2019年內，對每層壁板實行了定期定點測厚，結果見表3。

表3 儲罐壁板定點測厚數據

2.3 RBI計算與比對分析

基于儲罐開罐檢驗檢測數據、API RP 581—2016《基于風險的檢驗方法》和相關參考文獻，分別采用計算值、測量值、專家值腐蝕速率進行RBI計算，罐壁和罐底腐蝕速率的選取數據來源見表4。

表4 腐蝕速率選取數據來源

表4中， 罐底的內部腐蝕速率專家值是根據儲罐底板漏磁檢測結果計算而來的，用腐蝕當量41%計算，因為一旦底板發生腐蝕穿孔，就會造成泄漏，所以用0.24 mm/a的腐蝕速率來計算底板內部腐蝕狀況，結果不會過于保守［5］。罐壁的外部腐蝕速率專家值是綜合文獻［6］和儲罐外表面油漆狀況后確定的。 采用DNV儲罐風險評估軟件，首先建立儲罐模型，其次進行數據錄入，最后進行計算。 由表5～7可以看出，采用不同方式確定的腐蝕速率，經過RBI計算后，結果差異性較大，尤其是損傷因子的大小，由此可見腐蝕速率準確與否會直接影響RBI計算結果， 進而影響檢驗檢測策略的制定，最終影響檢驗資源的合理分配與利用［6］。

表5 基于腐蝕速率計算值的儲罐RBI結果

表6 基于腐蝕速率測量值的罐壁RBI結果

表7 基于腐蝕速率專家值的儲罐RBI結果

3 腐蝕速率的選取原則

在API RP 581—2016《基于風險的檢驗方法》中，對于腐蝕速率的選取原則規定為：在RBI計算過程中，應當使用腐蝕速率測量值，如果沒有腐蝕速率測量值，則可以使用專家值或者基于每個減薄機理所確定的腐蝕速率，如果存在多個減薄機理，則應當使用其中最大的腐蝕速率進行計算。該原則在使用時仍存在一些問題， 需要結合國內目前儲罐檢驗檢測現狀進行細化分析， 詳見表8。

表8 RBI中的腐蝕速率選取原則

表8的使用方法為： 首先根據所需評價的儲罐部件選擇，其次選擇檢驗方式，最后根據①②③的優先順序進行腐蝕速率選取。 例如：需要評價罐壁的風險等級，檢測方式為在線檢測，腐蝕速率選取原則如下： 優先采用定點測厚的測量值，若無定點測厚數據，則檢測結果計算而得的等效專家值或咨詢腐蝕專家，若無測厚數據和腐蝕專家意見， 再采用API RP 581—2016計算法則。 需要評價罐底的風險等級，檢測方式為開罐檢測，腐蝕速率選取原則如下：優先采用底板漏磁檢測數據中的最大腐蝕當量計算腐蝕速率，等效于專家值，若未進行漏磁檢測，僅進行了內部宏觀檢查或者超聲波測厚，則采用API RP 581—2016計算法則進行計算。

4 結束語

針對目前國內常壓儲罐風險評估過程中，罐壁和罐底腐蝕速率對儲罐風險等級影響較大，且存在選取隨意性較大這一問題，筆者基于API RP 581—2016標準和一臺30 000 m3儲罐RBI算例，提出了常壓儲罐RBI中的腐蝕速率選取原則， 該原則相比于標準的條款，可操作性強，思路清晰，考慮了國內儲罐檢驗檢測情況，計算結果和儲罐實際風險較為吻合， 可大幅提高常壓儲罐RBI計算結果的準確性，可應用于工程實踐，對今后儲罐RBI標準的修訂提供了一定的技術參考。