RBI 技術(shù)在大型液硫罐區(qū)的應(yīng)用

術(shù)阿杰

(中國石化達(dá)州天然氣凈化有限公司天然氣凈化廠，四川 達(dá)州 635000)

0 引言

西南地區(qū)某廠裝備有10 座5 000 m3的液硫儲(chǔ)罐，2009 年投入使用，是國內(nèi)最大的液硫生產(chǎn)存儲(chǔ)基地。投運(yùn)以來，按照國家及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開展檢驗(yàn)檢測(cè)工作，由于受到生產(chǎn)實(shí)際所限，加上檢驗(yàn)期間腳手架搭設(shè)工作量巨大，檢驗(yàn)周期較長(zhǎng)，費(fèi)用較高。而利用基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)的技術(shù)對(duì)液硫儲(chǔ)罐進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)估，提高了液硫儲(chǔ)罐運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

1 液硫儲(chǔ)罐存在的問題

根據(jù)AQ 3053—2015《立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐安全技術(shù)規(guī)程》要求：“沒有類似儲(chǔ)罐的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)或數(shù)據(jù)時(shí)，定期檢驗(yàn)周期不得超過6 年”，并參考SY/T 5921—2017《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護(hù)修理規(guī)范》中的相關(guān)檢修規(guī)定，為明確液硫儲(chǔ)罐腐蝕情況，分別在2016 和2018 年對(duì)液硫儲(chǔ)罐進(jìn)行了整體檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)液硫儲(chǔ)罐存在兩大問題：(1)液硫儲(chǔ)罐損傷模式和損傷機(jī)理不清楚，風(fēng)險(xiǎn)情況未知，導(dǎo)致安全隱患，相關(guān)管理模式落后，已不適應(yīng)當(dāng)前的安全需求。(2)儲(chǔ)罐容積大，停工后底部沉積硫磺較多(約300 t)，清罐耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高，且密閉空間施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大。常規(guī)檢測(cè)技術(shù)需要經(jīng)過噴砂去除防腐層、表面處理、檢驗(yàn)和恢復(fù)等一系列流程，完成這一流程不僅耗時(shí)長(zhǎng)，工作量大，產(chǎn)生的費(fèi)用較大，而且可能帶來意外損失。尤其是開罐檢修，將可能破壞儲(chǔ)罐罐體，破壞防腐材質(zhì)。

為解決這一問題，2021 年對(duì)10 臺(tái)液硫儲(chǔ)罐進(jìn)行在線檢測(cè)及RBI 評(píng)估，對(duì)儲(chǔ)罐機(jī)理損傷進(jìn)行有效識(shí)別，對(duì)其失效模式進(jìn)行系統(tǒng)分析，對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，給下次檢驗(yàn)時(shí)間的確定提供理論依據(jù)。并制定基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)策略，提高液硫儲(chǔ)罐運(yùn)行的可靠性及安全性，在保障其長(zhǎng)周期安全運(yùn)行前提下延長(zhǎng)檢驗(yàn)周期。

2 液硫儲(chǔ)罐RBI 技術(shù)分析

2.1 RBI 技術(shù)

RBI 是指基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)，是以設(shè)備破壞導(dǎo)致的介質(zhì)泄漏為分析對(duì)象，以設(shè)備檢驗(yàn)為主要手段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理過程[1]。傳統(tǒng)的液硫儲(chǔ)罐定期檢驗(yàn)是根據(jù)相關(guān)規(guī)程要求，由經(jīng)驗(yàn)和失效可能性來確定相應(yīng)的檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)周期，制定的檢驗(yàn)方案雖然對(duì)其失效機(jī)理也有所考慮，但由于更多考慮的是失效可能性，而忽略了失效后果。所以，檢驗(yàn)方案的針對(duì)性、有效性往往不夠理想，重點(diǎn)不突出。

2.2 液硫儲(chǔ)罐損傷模式和失效機(jī)理研究

根據(jù)硫磺工藝流程特點(diǎn)，在液硫氣液兩相中，含有不飽和水蒸氣，同時(shí)液硫中含有硫化氫、二氧化碳等腐蝕性物質(zhì)。液硫儲(chǔ)罐的溫度為142 ℃，壓力為常壓，那么在正常運(yùn)行條件下為不飽和水蒸氣，也就是為干氣環(huán)境，對(duì)設(shè)備的腐蝕分析研究分為內(nèi)部腐蝕和外部腐蝕。

2.2.1 外部腐蝕

液硫儲(chǔ)罐常見的外部腐蝕，主要是因?yàn)榇髿庵械乃┻^罐體的保溫層，停留在罐壁與保溫層的中間。罐壁的壁溫一旦低于100 ℃時(shí)，水不能有效汽化，進(jìn)而腐蝕罐壁表面。如供熱量出現(xiàn)明顯不足，罐壁及罐頂處通常都會(huì)出現(xiàn)腐蝕狀況[2]。與此同時(shí)，還可能會(huì)發(fā)生其他外部腐蝕，其主要是因?yàn)槠渑c周圍環(huán)境中聚積的元素硫或硫磺之間的相互作用所致。硫磺與鋼鐵的接觸可能會(huì)導(dǎo)致鐵-硫接觸腐蝕，原始腐蝕產(chǎn)物FeS 可能導(dǎo)致硫酸對(duì)儲(chǔ)罐的腐蝕。

2.2.2 內(nèi)部腐蝕

液硫儲(chǔ)罐常見的內(nèi)部腐蝕主要是因?yàn)榫鄯e在內(nèi)壁中的固體元素硫侵蝕鋼材，這種情況不僅可能發(fā)生在罐壁和放空管，更可能造成罐頂損壞。加熱系統(tǒng)出現(xiàn)的負(fù)荷不夠，或者保溫不良，罐內(nèi)鋼表面溫度低于115 ℃以下，水就會(huì)冷凝于鋼與硫磺的界面之上，就會(huì)導(dǎo)致鐵-硫接觸腐蝕，進(jìn)而形成液硫儲(chǔ)罐的內(nèi)部腐蝕。

2.2.3 液硫儲(chǔ)罐腐蝕調(diào)查及檢測(cè)

通過對(duì)液硫儲(chǔ)罐進(jìn)行腐蝕調(diào)查，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)罐罐體與基礎(chǔ)層密封開裂，一層壁板保溫層拆除后發(fā)現(xiàn)腐蝕嚴(yán)重，壁板保溫層大面積變色，頂板保溫層局部積水，罐頂作業(yè)平臺(tái)局部積水，罐頂通氣孔發(fā)現(xiàn)穿孔。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算方法

基于常壓儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合液硫儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和損傷模式，優(yōu)化液硫儲(chǔ)罐罐壁、罐底腐蝕速率計(jì)算方法及流程，最終形成檢驗(yàn)及評(píng)價(jià)液硫儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算方法。液硫儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與計(jì)算方法如圖1 所示。

圖1 液硫儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與計(jì)算方法

3 液硫儲(chǔ)罐RBI 評(píng)估

3.1 液硫儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定

利用DNV·GL RBI 軟件對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，需要對(duì)儲(chǔ)罐的壁板和底板的失效可能性及失效后果進(jìn)行確定。根據(jù)API 581—2000 和GB/T 30578—2014 的相關(guān)規(guī)定，在DNV·GL RBI 軟件中選擇相適應(yīng)的潛在失效模式，對(duì)其中的損傷因子和一般失效頻率進(jìn)行確定，然后對(duì)每座儲(chǔ)罐的失效可能性進(jìn)行確定；而確定失效后果時(shí)，則主要考慮介質(zhì)特性及其泄放速率等相關(guān)參數(shù)，根據(jù)儲(chǔ)罐損傷程度、介質(zhì)泄漏對(duì)人員傷害、環(huán)境破壞、地下水污染、營(yíng)業(yè)中斷損失等來評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算公式為：

式中：F(t)為失效可能性；C(t)為失效后果。

風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算過程如圖2 所示。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算過程

3.1.1 失效可能性等級(jí)的劃分

根據(jù)GB 30578—2014 規(guī)定，失效可能性等級(jí)劃分如表1 所示。

表1 失效可能性等級(jí)劃分

3.1.2 失效后果等級(jí)的劃分

失效后果的確定通常是按經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境影響、健康與安全等多個(gè)方面進(jìn)行系列評(píng)價(jià)的。DNV·GL RBI 軟件通常只需考慮執(zhí)行未來檢驗(yàn)的關(guān)鍵因素：其一是包含停產(chǎn)損失與維修費(fèi)用在內(nèi)的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用；其二為包括環(huán)境清掃費(fèi)用與環(huán)境處罰費(fèi)用在內(nèi)的環(huán)境費(fèi)用。失效后果等級(jí)劃分如表2 所示。

表2 失效后果等級(jí)劃分表

3.1.3 液硫儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估結(jié)果

對(duì)液硫儲(chǔ)罐開展相應(yīng)技術(shù)的檢驗(yàn)檢測(cè)，檢驗(yàn)儲(chǔ)罐各部件風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，驗(yàn)證液硫儲(chǔ)罐RBI 全流程指導(dǎo)規(guī)則可以有效得出該儲(chǔ)罐群各部件風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，能制定科學(xué)、合理的降低風(fēng)險(xiǎn)措施并有效實(shí)施。經(jīng)檢驗(yàn)檢測(cè)和評(píng)估，2021 年西南地區(qū)某廠裝備有10 臺(tái)液硫儲(chǔ)罐壁板風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均為低風(fēng)險(xiǎn)，底板風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均為中風(fēng)險(xiǎn)。該液硫儲(chǔ)罐壁板、底板評(píng)估結(jié)果如圖3 所示。

圖3 2021 年液硫儲(chǔ)罐壁板、底板評(píng)估結(jié)果

3.2 液硫儲(chǔ)罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)策略

基于RBI 評(píng)估技術(shù)，制定對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控措施和檢修策略，實(shí)現(xiàn)了液硫儲(chǔ)罐延期檢測(cè)，形成了一套液硫儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)管理方法與體系。

3.2.1 液硫儲(chǔ)罐基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)策略

結(jié)合液硫儲(chǔ)罐壁板、底板當(dāng)前和未來的風(fēng)險(xiǎn)水平、失效可能性等級(jí)、失效模式、失效因子的發(fā)展趨勢(shì)、各種檢測(cè)方法的有效性等因素，科學(xué)制定每臺(tái)儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)類別、檢驗(yàn)范圍、檢驗(yàn)比例、方式、方法和檢驗(yàn)周期，形成液硫儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)策略，如表3 所示。

表3 檢驗(yàn)策略及重點(diǎn)部位表

3.2.2 液硫儲(chǔ)罐設(shè)施管理優(yōu)化

結(jié)合RBI 檢驗(yàn)策略加強(qiáng)重點(diǎn)部位的巡檢，常壓儲(chǔ)罐每年至少進(jìn)行一次外部檢查(年度檢查)，做好記錄并存檔。并對(duì)頂板保溫層局部積水問題和腐蝕變色壁板保溫層進(jìn)行處理，對(duì)罐壁與基礎(chǔ)層密封開裂等問題進(jìn)行修復(fù)。液硫儲(chǔ)罐年度檢查表如表4 所示。

表4 液硫儲(chǔ)罐年度檢查表

3.3 液硫儲(chǔ)罐RBI 評(píng)估結(jié)果

3.3.1 儲(chǔ)罐開罐檢驗(yàn)周期延長(zhǎng)

2021 年10—12 月對(duì)現(xiàn)場(chǎng)3 臺(tái)儲(chǔ)罐進(jìn)行在線聲發(fā)射檢測(cè)、10 臺(tái)罐壁進(jìn)行測(cè)厚，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果，經(jīng)RBI 評(píng)估之后，部分開罐檢驗(yàn)周期由6 ～9 a 延長(zhǎng)至12 a 以上，實(shí)現(xiàn)了液硫儲(chǔ)罐長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

3.3.2 效益分析

(1)社會(huì)效益

提高了液硫儲(chǔ)罐運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，為液硫儲(chǔ)罐的平穩(wěn)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持，避免液硫儲(chǔ)罐泄漏造成環(huán)境污染和人員傷亡情況的發(fā)生。

(2)經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)液硫儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)策略來進(jìn)行開罐檢驗(yàn)和在線檢驗(yàn)，檢驗(yàn)更有針對(duì)性，延長(zhǎng)了檢驗(yàn)周期，減少了檢驗(yàn)費(fèi)用和配合費(fèi)用。

4 結(jié)語

應(yīng)用RBI 評(píng)估技術(shù)對(duì)萬噸級(jí)液硫儲(chǔ)罐開展安全評(píng)價(jià)，研究建立了大型液硫儲(chǔ)罐安全評(píng)價(jià)體系，形成的液硫儲(chǔ)罐RBI 作業(yè)指導(dǎo)規(guī)則對(duì)今后國內(nèi)液硫儲(chǔ)罐群檢驗(yàn)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有指導(dǎo)意義，實(shí)現(xiàn)了在線工況下安全狀況精準(zhǔn)評(píng)定。