常壓儲罐的風險評估和檢驗檢測研究進展*

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(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；3.中國石油四川石化有限責任公司，四川 成都 611930)

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、中間原料和化工產品等介質。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，具有重要意義。因此就常壓儲罐的運行檢測及風險評估等有關情況進行綜述很有必要。

1 常壓儲罐

1.1 分 類

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

該文所述的常壓儲罐指的是立式圓筒形地上鋼制焊接儲罐。

根據罐頂結構，常壓儲罐可分為固定頂罐、內浮頂罐和外浮頂罐。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

常壓儲罐主要由罐體、罐基礎、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。儲罐內徑小于12.5 m時，罐底可不設環形邊緣板；儲罐內徑大于或者等于12.5 m時，罐底宜設環形邊緣板[4]。

罐基礎不僅支撐罐體，而且可以減少罐底板的土壤腐蝕，對常壓儲罐的安全運行具有重要作用。罐基礎形式可分為素土護坡式基礎、碎石環墻式護坡基礎、環墻式基礎、外環墻式基礎和樁基基礎。儲罐基礎有防滲漏要求時，應設置防滲層，防滲漏材料宜選用土工材料，防滲層設在砂墊層與填料層之間。當設計要求儲罐內介質為恒溫或介質溫度大于90 ℃時，罐底應采用絕熱保護層[5]。

1.3 管 理

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

基于儲罐事故的管理模式，即事故處理和應急搶修的模式，實質上是一種“放任不管”的粗放的管理模式，一旦發生重大事故，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儲罐進行檢維修，這種模式會給生產造成不便，而且沒有考慮儲罐的個體差異性，存在過度檢維修和檢維修不足，造成經濟損失或者安全隱患?；陲L險的管理模式，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險的檢驗(RBI)技術對單個儲罐或者儲罐群進行風險評估，確定每個儲罐的風險情況，以此為依據制定每個儲罐的檢驗時間和檢驗策略，實現儲罐安全管理。

2 風險評估

基于風險的檢驗(也稱為風險評估)是一種重點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[6]。作為一種先進的設備管理技術，RBI技術[7-10]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，制訂科學的檢驗時間和優化的檢驗策略，保障設備安全，提高經濟效益。RBI廣泛應用于石油化工、電力、海洋平臺和船舶等領域。

2.1 標 準

2008年9月，美國石油學會(American Petroleum Institute ，簡稱API)頒布第二版API Recommended Practice 581[11](簡稱API581)，首次給出了常壓儲罐失效可能性和失效后果(經濟損失)的計算方法，給出了檢驗時間和檢驗方法的確定辦法，對常壓儲罐的RBI評估，起到了指導作用。

2014年，以API581為基礎，結合國內情況，頒布了GB/T 30578—2014 《常壓儲罐基于風險的檢驗及評價標準》，該標準規定了立式鋼制圓筒形常壓儲罐基于風險的檢驗和評價要求，對于國內實施常壓儲罐的風險評估具有指導意義。與API 581不同之處在于，GB/T 30578提出了失效后果(經濟損失)可接受水平的基準值Q，詳見表1。

表1 兩種標準的失效后果對比

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

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

除此之外，GB/T 30579—2014《承壓設備損傷模式識別》給出了承壓設備主要損傷模式識別的損傷描述及損傷機理、損傷形態、受影響的材料、主要影響因素、易發生的裝置或設備、主要預防措施等，可以用于識別常壓儲罐的失效模式和損傷機理。

2.2 研究進展

罐區儲罐相對集中，發生事故后容易產生連鎖效應，引發災害性后果。趙金龍等[13]根據儲罐事故的發生發展規律，將事件鏈效應引入罐區定量風險評估中，建立了基于事件鏈的罐區定量風險評估方法。

王玉林等[14]根據API 579對常壓儲罐焊縫的裂紋型缺陷(夾渣、氣孔、未焊透，表現為條狀或較大圓孔)進行風險評估,根據API 653對常壓儲罐焊縫的點蝕缺陷進行風險評估，以確定這些焊縫缺陷是否會對該儲罐的安全使用造成影響，從而判定常壓儲罐是否可以繼續安全運行。

劉燁明等[15]利用挪威船級社泄漏頻率分析軟件LEAK和泄漏后果模擬軟件Phast，分析了原油儲罐典型泄漏場景的發生頻率及影響范圍。在此基礎上，通過定量風險分析軟件Phast Risk計算得出典型泄漏場景個人風險值和社會風險值，并依據ALARP原則(即二拉平原則)對不可接受風險提出相應建議措施。

為了對自然災害誘發的事故災難進行風險評估，蓋程程等[16]提出了針對此類事故的風險評估流程框架和方法，并應用于洪水誘發儲罐失效的風險評估中。該方法首先確定自然災害發生的頻率和強度，對災害中可能遭受破壞的設備進行風險辨識，然后確定災害情景的分類和特征，計算洪水觸發儲罐失效的概率；根據事件樹分析的方法，最后對可能發生的災害情景和后果進行分析。

底板腐蝕是常壓儲罐失效的主要原因。為準確預測在役儲罐底板的腐蝕深度數據分布情況，郭兵等[17]建立了極值分布理論的廣義極值分布模型，與三參數極值II型分布和三參數極值III型分布相比較，廣義極值分布模型可以更好地擬合經驗分布。

3 檢驗檢測

3.1 運行維護標準

常壓儲罐運行維護方面的標準，主要有安全生產行業標準、石油天然氣行業標準、中石化標準和API標準，見表2。

表2 常壓儲罐運行維護有關標準

AQ 3053—2015[18]規定了立式圓筒形鋼制焊接儲罐的材料、設計、預制、施工和驗收、防雷、防靜電、防腐蝕、使用管理、檢驗和安全附件各方面的基本安全要求。SY 6306—2014[19]規定了鋼制原油儲罐的生產運行、檢維修、應急處理、事故管理和棄置的安全要求。SY/T 5921—2011[20]規定了立式圓筒形鋼制焊接油罐的操作、維護和修理的技術要求。SY/T 6620—2014采用翻譯法等同采標，與API 653—2014相同，主要闡述了油罐的檢驗、修理、改建及翻建的技術要求[21-22]。SHS 01012—2004對常壓立式圓筒形鋼制焊接儲罐的維護和檢修進行了詳細說明。

總的來說，AQ 3053—2015和SY 6306—2014側重于常壓儲罐的安全要求，標準的部分內容為強制性要求；SY/T 5921—2011,SY/T 6620—2014,API 653—2014和SHS 01012—2004側重于常壓儲罐的維護檢修。

3.2 無損檢測標準

常壓儲罐的導波檢測、漏磁檢測、超聲檢測和聲發射檢測可以參考國家標準或者機械行業標準，而磁粉檢測和滲透檢測則可以參考NB/T 47013—2015《承壓設備無損檢測》標準，見表3。

表3 常壓儲罐無損檢測有關標準

3.3 研究進展

常壓儲罐的在役檢驗包括例行檢查、年度檢查和定期檢驗3種形式。

例行檢查是以目視為主的,近距離檢查儲罐外部狀況的檢查方式，包括儲罐是否存在滲漏、罐壁變形、沉降跡象以及罐體的保溫裝置、安全附件和相關配件的運行狀況等。年度檢查是為了保證儲罐在定期檢驗周期內的安全而進行的在線檢查，年度檢查以外部宏觀檢查為主，除例行檢查的內容外，還應包括壁板和頂板的厚度測定、基礎沉降檢測和防雷防靜電接地電阻檢測等。定期檢驗是按一定的檢驗周期對儲罐進行較全面的檢測，定期檢驗可根據實際情況采用在線檢驗方法或開罐檢驗方法。

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

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

新興的檢驗手段主要有：(1)聲發射在線檢測；(2)導波檢測；(3)機器人在線檢測技術；(4)爬壁超聲波連續測厚技術。

閆河等[23]利用兩個泄漏儲罐在不同液位下的聲發射檢測結果與開罐驗證結果進行對比，發現底板與基礎之間的空隙隨液位的變化是造成泄漏信號間斷性的直接原因。通過不同液位高度時聲發射信號的對比，可以精確定位泄漏信號的位置。導波檢測[24]適用于罐底邊緣板的大面積在線無損檢測，具有傳播距離遠、快速便捷和檢測精度不受儲罐介質影響的優點。其不足之處在于導波傳播距離有限，加上儲存介質對超聲能量的吸收，只適合檢測罐底邊緣板。融合計算機視覺技術、慣性導航技術、防爆隔離技術、現代控制技術、通訊技術、漏磁和超聲技術于一體的機器人在線檢測技術，可以攜帶不同的傳感器，根據不同的環境和部位，對儲罐底部進行全部或局部定量檢測。由于大型常壓儲罐高度一般都在20 m左右，采用爬壁超聲波連續測厚技術，不用搭設腳手架即可使檢測儀到達任意指定位置，對儲罐內壁進行連續超聲掃描檢查，快速便捷，效率高。

4 結 語

(1)與承壓設備不同，國家并未出臺相關法規來強制要求常壓儲罐進行定期檢驗，導致國內常壓儲罐普遍存在過度檢驗或檢驗不足，是石化裝置安全長周期運行的薄弱環節?；陲L險的儲罐管理模式，識別失效模式和損傷機理，制訂科學的檢驗時間和檢驗策略，可以實現經濟與安全的統一。

(2)常壓儲罐的風險評估方法有很多，RBI評估是現階段最主流的評估方法，并且已經納入到法規和標準體系。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險評估辦法，并未給出罐頂板、浮盤、加熱器等其他儲罐組成部分的風險評估辦法，這也是未來儲罐RBI評估的發展方向。

(3)常壓儲罐的主要缺陷是腐蝕和焊縫裂紋所致，因此其檢驗檢測技術也主要是用來檢測腐蝕減薄和焊縫裂紋。但是開罐檢驗存在檢驗周期長、輔助費用高的問題，未來如何將在線檢驗、開罐檢驗和RBI評估結合在一起，在保障儲罐本質安全的前提下，延長開罐檢驗周期，則是值得思考的問題。