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(1.合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽 合肥 230031；2.合肥通用機(jī)械研究院特種設(shè)備檢驗(yàn)站有限公司，安徽 合肥 230031；3.中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司，四川 成都 611930)

常壓儲(chǔ)罐廣泛應(yīng)用于石油化工、交通運(yùn)輸、國(guó)防等領(lǐng)域，用來儲(chǔ)存原油、成品油、中間原料和化工產(chǎn)品等介質(zhì)。常壓儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和檢驗(yàn)檢測(cè)對(duì)常壓儲(chǔ)罐的安全長(zhǎng)周期運(yùn)行，具有重要意義。因此就常壓儲(chǔ)罐的運(yùn)行檢測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等有關(guān)情況進(jìn)行綜述很有必要。

1 常壓儲(chǔ)罐

1.1 分 類

根據(jù)幾何形狀，可以將儲(chǔ)罐分為立式圓筒形儲(chǔ)罐、臥式圓筒形儲(chǔ)罐和球形儲(chǔ)罐;根據(jù)安裝位置，可以將儲(chǔ)罐分為地上儲(chǔ)罐、半地上儲(chǔ)罐和地下儲(chǔ)罐；根據(jù)罐體材質(zhì)，可以將儲(chǔ)罐分為金屬儲(chǔ)罐和非金屬儲(chǔ)罐[1];根據(jù)設(shè)計(jì)壓力，可以將儲(chǔ)罐分為常壓儲(chǔ)罐、低壓儲(chǔ)罐和壓力儲(chǔ)罐。設(shè)計(jì)壓力小于等于6.9 kPa(罐頂表壓)的儲(chǔ)罐為常壓儲(chǔ)罐；設(shè)計(jì)壓力大于6.9 kPa且小于0.1 MPa(罐頂表壓)的儲(chǔ)罐為低壓儲(chǔ)罐；設(shè)計(jì)壓力大于或等于0.1 MPa(罐頂表壓)的儲(chǔ)罐為壓力儲(chǔ)罐[2]。

該文所述的常壓儲(chǔ)罐指的是立式圓筒形地上鋼制焊接儲(chǔ)罐。

根據(jù)罐頂結(jié)構(gòu)，常壓儲(chǔ)罐可分為固定頂罐、內(nèi)浮頂罐和外浮頂罐。固定頂罐又分為自支撐拱頂罐和自支撐錐頂罐等[3]。

1.2 組 成

常壓儲(chǔ)罐主要由罐體、罐基礎(chǔ)、加熱器、浮盤和安全附件等部分組成。

罐體主要包括罐底板、罐壁板和罐頂板。儲(chǔ)罐內(nèi)徑小于12.5 m時(shí)，罐底可不設(shè)環(huán)形邊緣板；儲(chǔ)罐內(nèi)徑大于或者等于12.5 m時(shí)，罐底宜設(shè)環(huán)形邊緣板[4]。

罐基礎(chǔ)不僅支撐罐體，而且可以減少罐底板的土壤腐蝕，對(duì)常壓儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行具有重要作用。罐基礎(chǔ)形式可分為素土護(hù)坡式基礎(chǔ)、碎石環(huán)墻式護(hù)坡基礎(chǔ)、環(huán)墻式基礎(chǔ)、外環(huán)墻式基礎(chǔ)和樁基基礎(chǔ)。儲(chǔ)罐基礎(chǔ)有防滲漏要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置防滲層，防滲漏材料宜選用土工材料，防滲層設(shè)在砂墊層與填料層之間。當(dāng)設(shè)計(jì)要求儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)為恒溫或介質(zhì)溫度大于90 ℃時(shí)，罐底應(yīng)采用絕熱保護(hù)層[5]。

1.3 管 理

大型儲(chǔ)罐的安全管理主要有3種管理模式：(1)基于儲(chǔ)罐事故的管理模式；(2)周期性維修的管理模式；(3)基于風(fēng)險(xiǎn)的管理模式。

基于儲(chǔ)罐事故的管理模式，即事故處理和應(yīng)急搶修的模式，實(shí)質(zhì)上是一種“放任不管”的粗放的管理模式，一旦發(fā)生重大事故，后果無法估量。周期性維修的管理模式是按照一定的周期對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行檢維修，這種模式會(huì)給生產(chǎn)造成不便，而且沒有考慮儲(chǔ)罐的個(gè)體差異性，存在過度檢維修和檢維修不足，造成經(jīng)濟(jì)損失或者安全隱患?；陲L(fēng)險(xiǎn)的管理模式，是近些年興起的一種新的管理模式，這種管理模式利用基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(RBI)技術(shù)對(duì)單個(gè)儲(chǔ)罐或者儲(chǔ)罐群進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定每個(gè)儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)情況，以此為依據(jù)制定每個(gè)儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)時(shí)間和檢驗(yàn)策略，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐安全管理。

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(也稱為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估)是一種重點(diǎn)針對(duì)材料損傷所引起的設(shè)備失效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理過程，對(duì)這種風(fēng)險(xiǎn)主要通過對(duì)設(shè)備的檢測(cè)來管理[6]。作為一種先進(jìn)的設(shè)備管理技術(shù)，RBI技術(shù)[7-10]將定性分析和定量計(jì)算相結(jié)合，識(shí)別設(shè)備的損傷機(jī)理和失效模式，制訂科學(xué)的檢驗(yàn)時(shí)間和優(yōu)化的檢驗(yàn)策略，保障設(shè)備安全，提高經(jīng)濟(jì)效益。RBI廣泛應(yīng)用于石油化工、電力、海洋平臺(tái)和船舶等領(lǐng)域。

2.1 標(biāo) 準(zhǔn)

2008年9月，美國(guó)石油學(xué)會(huì)(American Petroleum Institute ，簡(jiǎn)稱API)頒布第二版API Recommended Practice 581[11](簡(jiǎn)稱API581)，首次給出了常壓儲(chǔ)罐失效可能性和失效后果(經(jīng)濟(jì)損失)的計(jì)算方法，給出了檢驗(yàn)時(shí)間和檢驗(yàn)方法的確定辦法，對(duì)常壓儲(chǔ)罐的RBI評(píng)估，起到了指導(dǎo)作用。

2014年，以API581為基礎(chǔ)，結(jié)合國(guó)內(nèi)情況，頒布了GB/T 30578—2014 《常壓儲(chǔ)罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了立式鋼制圓筒形常壓儲(chǔ)罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)要求，對(duì)于國(guó)內(nèi)實(shí)施常壓儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有指導(dǎo)意義。與API 581不同之處在于，GB/T 30578提出了失效后果(經(jīng)濟(jì)損失)可接受水平的基準(zhǔn)值Q，詳見表1。

表1 兩種標(biāo)準(zhǔn)的失效后果對(duì)比

注：Q為失效后果可接受水平的基準(zhǔn)值，由使用單位根據(jù)其失效后果的承受能力確定。

2016年，API頒布第三版API 581[12]，首次給出了常壓儲(chǔ)罐罐壁板失效后果(影響面積)的計(jì)算方法。

除此之外，GB/T 30579—2014《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》給出了承壓設(shè)備主要損傷模式識(shí)別的損傷描述及損傷機(jī)理、損傷形態(tài)、受影響的材料、主要影響因素、易發(fā)生的裝置或設(shè)備、主要預(yù)防措施等，可以用于識(shí)別常壓儲(chǔ)罐的失效模式和損傷機(jī)理。

2.2 研究進(jìn)展

罐區(qū)儲(chǔ)罐相對(duì)集中，發(fā)生事故后容易產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，引發(fā)災(zāi)害性后果。趙金龍等[13]根據(jù)儲(chǔ)罐事故的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，將事件鏈效應(yīng)引入罐區(qū)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，建立了基于事件鏈的罐區(qū)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。

王玉林等[14]根據(jù)API 579對(duì)常壓儲(chǔ)罐焊縫的裂紋型缺陷(夾渣、氣孔、未焊透，表現(xiàn)為條狀或較大圓孔)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,根據(jù)API 653對(duì)常壓儲(chǔ)罐焊縫的點(diǎn)蝕缺陷進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以確定這些焊縫缺陷是否會(huì)對(duì)該儲(chǔ)罐的安全使用造成影響，從而判定常壓儲(chǔ)罐是否可以繼續(xù)安全運(yùn)行。

劉燁明等[15]利用挪威船級(jí)社泄漏頻率分析軟件LEAK和泄漏后果模擬軟件Phast，分析了原油儲(chǔ)罐典型泄漏場(chǎng)景的發(fā)生頻率及影響范圍。在此基礎(chǔ)上，通過定量風(fēng)險(xiǎn)分析軟件Phast Risk計(jì)算得出典型泄漏場(chǎng)景個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)值，并依據(jù)ALARP原則(即二拉平原則)對(duì)不可接受風(fēng)險(xiǎn)提出相應(yīng)建議措施。

為了對(duì)自然災(zāi)害誘發(fā)的事故災(zāi)難進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，蓋程程等[16]提出了針對(duì)此類事故的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程框架和方法，并應(yīng)用于洪水誘發(fā)儲(chǔ)罐失效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中。該方法首先確定自然災(zāi)害發(fā)生的頻率和強(qiáng)度，對(duì)災(zāi)害中可能遭受破壞的設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，然后確定災(zāi)害情景的分類和特征，計(jì)算洪水觸發(fā)儲(chǔ)罐失效的概率；根據(jù)事件樹分析的方法，最后對(duì)可能發(fā)生的災(zāi)害情景和后果進(jìn)行分析。

底板腐蝕是常壓儲(chǔ)罐失效的主要原因。為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)在役儲(chǔ)罐底板的腐蝕深度數(shù)據(jù)分布情況，郭兵等[17]建立了極值分布理論的廣義極值分布模型，與三參數(shù)極值II型分布和三參數(shù)極值III型分布相比較，廣義極值分布模型可以更好地?cái)M合經(jīng)驗(yàn)分布。

3 檢驗(yàn)檢測(cè)

3.1 運(yùn)行維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

常壓儲(chǔ)罐運(yùn)行維護(hù)方面的標(biāo)準(zhǔn)，主要有安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、中石化標(biāo)準(zhǔn)和API標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 常壓儲(chǔ)罐運(yùn)行維護(hù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

AQ 3053—2015[18]規(guī)定了立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐的材料、設(shè)計(jì)、預(yù)制、施工和驗(yàn)收、防雷、防靜電、防腐蝕、使用管理、檢驗(yàn)和安全附件各方面的基本安全要求。SY 6306—2014[19]規(guī)定了鋼制原油儲(chǔ)罐的生產(chǎn)運(yùn)行、檢維修、應(yīng)急處理、事故管理和棄置的安全要求。SY/T 5921—2011[20]規(guī)定了立式圓筒形鋼制焊接油罐的操作、維護(hù)和修理的技術(shù)要求。SY/T 6620—2014采用翻譯法等同采標(biāo)，與API 653—2014相同，主要闡述了油罐的檢驗(yàn)、修理、改建及翻建的技術(shù)要求[21-22]。SHS 01012—2004對(duì)常壓立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐的維護(hù)和檢修進(jìn)行了詳細(xì)說明。

總的來說，AQ 3053—2015和SY 6306—2014側(cè)重于常壓儲(chǔ)罐的安全要求，標(biāo)準(zhǔn)的部分內(nèi)容為強(qiáng)制性要求；SY/T 5921—2011,SY/T 6620—2014,API 653—2014和SHS 01012—2004側(cè)重于常壓儲(chǔ)罐的維護(hù)檢修。

3.2 無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

常壓儲(chǔ)罐的導(dǎo)波檢測(cè)、漏磁檢測(cè)、超聲檢測(cè)和聲發(fā)射檢測(cè)可以參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或者機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而磁粉檢測(cè)和滲透檢測(cè)則可以參考NB/T 47013—2015《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)，見表3。

表3 常壓儲(chǔ)罐無損檢測(cè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

3.3 研究進(jìn)展

常壓儲(chǔ)罐的在役檢驗(yàn)包括例行檢查、年度檢查和定期檢驗(yàn)3種形式。

例行檢查是以目視為主的,近距離檢查儲(chǔ)罐外部狀況的檢查方式，包括儲(chǔ)罐是否存在滲漏、罐壁變形、沉降跡象以及罐體的保溫裝置、安全附件和相關(guān)配件的運(yùn)行狀況等。年度檢查是為了保證儲(chǔ)罐在定期檢驗(yàn)周期內(nèi)的安全而進(jìn)行的在線檢查，年度檢查以外部宏觀檢查為主，除例行檢查的內(nèi)容外，還應(yīng)包括壁板和頂板的厚度測(cè)定、基礎(chǔ)沉降檢測(cè)和防雷防靜電接地電阻檢測(cè)等。定期檢驗(yàn)是按一定的檢驗(yàn)周期對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行較全面的檢測(cè)，定期檢驗(yàn)可根據(jù)實(shí)際情況采用在線檢驗(yàn)方法或開罐檢驗(yàn)方法。

定期檢驗(yàn)主要包括：(1)罐基礎(chǔ)的沉降檢測(cè)；(2)安全附件的檢查；(3)罐體的檢驗(yàn)。罐體的檢驗(yàn)不僅包括罐底板、罐壁板及罐頂板的檢驗(yàn)檢測(cè)，還包括對(duì)罐體內(nèi)外防腐蝕涂層和保溫的檢查。

傳統(tǒng)的檢驗(yàn)手段主要有：(1)宏觀檢查；(2)超聲測(cè)厚；(3)表面缺陷檢測(cè)(磁粉/滲透)；(4)埋藏缺陷檢測(cè)(超聲/射線)；(5)罐底板漏磁檢測(cè)；(6)真空試漏。

新興的檢驗(yàn)手段主要有：(1)聲發(fā)射在線檢測(cè)；(2)導(dǎo)波檢測(cè)；(3)機(jī)器人在線檢測(cè)技術(shù)；(4)爬壁超聲波連續(xù)測(cè)厚技術(shù)。

閆河等[23]利用兩個(gè)泄漏儲(chǔ)罐在不同液位下的聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果與開罐驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)底板與基礎(chǔ)之間的空隙隨液位的變化是造成泄漏信號(hào)間斷性的直接原因。通過不同液位高度時(shí)聲發(fā)射信號(hào)的對(duì)比，可以精確定位泄漏信號(hào)的位置。導(dǎo)波檢測(cè)[24]適用于罐底邊緣板的大面積在線無損檢測(cè)，具有傳播距離遠(yuǎn)、快速便捷和檢測(cè)精度不受儲(chǔ)罐介質(zhì)影響的優(yōu)點(diǎn)。其不足之處在于導(dǎo)波傳播距離有限，加上儲(chǔ)存介質(zhì)對(duì)超聲能量的吸收，只適合檢測(cè)罐底邊緣板。融合計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)、防爆隔離技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、通訊技術(shù)、漏磁和超聲技術(shù)于一體的機(jī)器人在線檢測(cè)技術(shù)，可以攜帶不同的傳感器，根據(jù)不同的環(huán)境和部位，對(duì)儲(chǔ)罐底部進(jìn)行全部或局部定量檢測(cè)。由于大型常壓儲(chǔ)罐高度一般都在20 m左右，采用爬壁超聲波連續(xù)測(cè)厚技術(shù)，不用搭設(shè)腳手架即可使檢測(cè)儀到達(dá)任意指定位置，對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)壁進(jìn)行連續(xù)超聲掃描檢查，快速便捷，效率高。

4 結(jié) 語

(1)與承壓設(shè)備不同，國(guó)家并未出臺(tái)相關(guān)法規(guī)來強(qiáng)制要求常壓儲(chǔ)罐進(jìn)行定期檢驗(yàn)，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)常壓儲(chǔ)罐普遍存在過度檢驗(yàn)或檢驗(yàn)不足，是石化裝置安全長(zhǎng)周期運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)?；陲L(fēng)險(xiǎn)的儲(chǔ)罐管理模式，識(shí)別失效模式和損傷機(jī)理，制訂科學(xué)的檢驗(yàn)時(shí)間和檢驗(yàn)策略，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與安全的統(tǒng)一。

(2)常壓儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法有很多，RBI評(píng)估是現(xiàn)階段最主流的評(píng)估方法，并且已經(jīng)納入到法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系。不足之處在于：API 581和GB/T 30578都只給出了罐壁板和罐底板的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估辦法，并未給出罐頂板、浮盤、加熱器等其他儲(chǔ)罐組成部分的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估辦法，這也是未來儲(chǔ)罐RBI評(píng)估的發(fā)展方向。

(3)常壓儲(chǔ)罐的主要缺陷是腐蝕和焊縫裂紋所致，因此其檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)也主要是用來檢測(cè)腐蝕減薄和焊縫裂紋。但是開罐檢驗(yàn)存在檢驗(yàn)周期長(zhǎng)、輔助費(fèi)用高的問題，未來如何將在線檢驗(yàn)、開罐檢驗(yàn)和RBI評(píng)估結(jié)合在一起，在保障儲(chǔ)罐本質(zhì)安全的前提下，延長(zhǎng)開罐檢驗(yàn)周期，則是值得思考的問題。