高原  馮亮

中國(guó)石油西部管道新疆輸油氣分公司

我國(guó)原油儲(chǔ)備庫(kù)建設(shè)呈現(xiàn)大型化、集中化發(fā)展趨勢(shì)，這對(duì)大型原油儲(chǔ)罐的安全平穩(wěn)運(yùn)行工作提出了更高要求，需要建立以風(fēng)險(xiǎn)管理為核心的完整性管理模式，才能更有效地避免或減少事故的發(fā)生，將風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受范圍。

1 儲(chǔ)罐的完整性評(píng)價(jià)

完整性管理的實(shí)質(zhì)是評(píng)價(jià)不斷變化的儲(chǔ)罐系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)因素，并對(duì)相應(yīng)的管理與維護(hù)活動(dòng)做出調(diào)整與優(yōu)化。完整性管理的價(jià)值在于制定合理有效的維修維護(hù)計(jì)劃，通過(guò)維修維護(hù)減少儲(chǔ)罐的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，而完整性評(píng)價(jià)則為維修維護(hù)計(jì)劃的制定提供重要依據(jù)。

儲(chǔ)罐完整性評(píng)價(jià)包括三個(gè)方面，即完整性檢測(cè)、剩余壽命預(yù)測(cè)和沉降變形評(píng)估。檢測(cè)技術(shù)是完整性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。儲(chǔ)罐的完整性檢測(cè)包括日常巡檢、全面檢查、技術(shù)性檢測(cè)和開(kāi)罐檢測(cè)四個(gè)方面（見(jiàn)表1）。日常巡檢和全面檢查主要是通過(guò)視覺(jué)觀察的方法，檢查是否有損壞的罐體結(jié)構(gòu)；技術(shù)性檢測(cè)是在不停產(chǎn)的情況下進(jìn)行的在線(xiàn)檢測(cè)，檢測(cè)技術(shù)主要有聲發(fā)射檢測(cè)、沉降觀測(cè)等；開(kāi)罐檢測(cè)技術(shù)有漏磁檢測(cè)、超聲波、射線(xiàn)、磁粉和滲透等[1]。

 

 

 

 

2 常見(jiàn)的儲(chǔ)罐泄漏檢測(cè)方法

2.1 一二次密封泄漏檢測(cè)

為了準(zhǔn)確判斷大型浮頂儲(chǔ)罐一、二次密封裝置之間油氣混合物的濃度，利用便攜式可燃?xì)鉂舛葯z測(cè)儀分別對(duì)20座在役大型浮頂儲(chǔ)罐一、二次密封裝置之間的油氣濃度進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)（檢測(cè)值為可燃?xì)獗�炸下限的百分比），檢測(cè)時(shí)間為夏季，檢測(cè)的所有儲(chǔ)罐均使用軟密封裝置，每臺(tái)浮頂儲(chǔ)罐至少檢測(cè)8 個(gè)對(duì)稱(chēng)位置，共檢測(cè)160個(gè)點(diǎn)。如圖1～圖3所示。

 

圖1 未檢測(cè)狀態(tài)圖

 

圖2 檢測(cè)狀態(tài)圖

 

圖3 檢測(cè)位置示意圖

通過(guò)對(duì)20座儲(chǔ)罐的160個(gè)檢測(cè)點(diǎn)測(cè)量，結(jié)果表明，72%的檢測(cè)點(diǎn)油氣混合物濃度都在爆炸下限的25 %以下，12 %的檢測(cè)點(diǎn)在爆炸下限的50 %以下，只有16%的檢測(cè)點(diǎn)油氣混合物濃度達(dá)到了爆炸下限。數(shù)據(jù)表明，檢測(cè)點(diǎn)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到爆炸下線(xiàn)的儲(chǔ)罐往往是一次密封破損的儲(chǔ)罐。

通過(guò)分析可以得出，在同樣條件下，一次密封裝置的密封效果越好，一、二次密封裝置內(nèi)的油氣濃度越低，油氣混合物燃燒爆炸的危險(xiǎn)性越小。

因此，我們將儲(chǔ)罐一次密封的完好性作為風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，合理安排動(dòng)態(tài)運(yùn)行罐，將泄漏量大的儲(chǔ)罐作為靜態(tài)罐，減少由于收發(fā)油作業(yè)而引起的油氣揮發(fā)，從而降低風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，將泄漏量大的儲(chǔ)罐優(yōu)先作為大修罐，嚴(yán)把儲(chǔ)罐大修質(zhì)量，嚴(yán)格控制儲(chǔ)罐基礎(chǔ)、圓度、幾何形狀和尺寸、量油管和導(dǎo)向柱垂直度及一、二次密封的施工安裝質(zhì)量。對(duì)未設(shè)計(jì)密封托板的儲(chǔ)罐增設(shè)一圈密封托板，由單體式一次密封改為選用三芯式一次密封，以擴(kuò)大密封裝置的適用調(diào)整范圍。全面測(cè)量?jī)?chǔ)罐相關(guān)尺寸，根據(jù)儲(chǔ)罐實(shí)際情況設(shè)計(jì)定制密封裝置，安裝時(shí)要認(rèn)真核對(duì)，嚴(yán)把安裝質(zhì)量關(guān)。

大修儲(chǔ)罐時(shí)對(duì)密封間隙過(guò)大部位可選擇以下三種辦法解決：

（1）一次密封可用異形泡沫進(jìn)行填充，二次密封可以增加過(guò)渡板進(jìn)行安裝調(diào)整。

（2）通過(guò)改型增加一次密封對(duì)罐壁的壓緊力和接觸面積，以減小油氣空間。

（3）通過(guò)在一次密封外設(shè)置外密封膜，將下密封包裹在內(nèi)，外密封膜兩端與上密封膜兩端密封搭接，使上密封和下密封形成整體密封，即上下密封之間無(wú)油氣存在，從而避免一、二次密封間油氣濃度超標(biāo)。如圖4所示。

 

圖4 無(wú)油氣密封裝置示意圖

2.2 儲(chǔ)罐底板在線(xiàn)腐蝕檢測(cè)

大型儲(chǔ)罐罐底腐蝕檢測(cè)常采用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)，通過(guò)接收儲(chǔ)罐罐底腐蝕信號(hào)及與腐蝕相關(guān)的次腐蝕信號(hào)確定罐底的腐蝕狀態(tài)，如圖5所示。

 

圖5 聲發(fā)射罐底檢測(cè)圖示

以某10萬(wàn)方儲(chǔ)罐為例，該罐直徑為80m，需要采用21個(gè)聲發(fā)射檢測(cè)傳感器。為了減少罐頂及罐壁噪聲信號(hào)的干擾，采用兩層傳感器布置，每層21個(gè)，共計(jì)42個(gè)探頭（如圖6所示）。在罐圓周周?chē)�等間距安裝傳感器，1＃傳感器大致位于正北面，按順時(shí)針?lè)较蚓幪?hào)，探頭避免安裝在人孔及管道附近，（如圖7所示）。

 

圖6 聲發(fā)射檢測(cè)探頭    

 

圖7 聲發(fā)射點(diǎn)方位示意圖

根據(jù)罐體直徑，采用42個(gè)傳感器進(jìn)行檢測(cè)，1～21號(hào)為檢測(cè)傳感器，安裝在離罐基礎(chǔ)0.8 m高度的儲(chǔ)罐外壁面，22～42號(hào)為護(hù)衛(wèi)傳感器，安裝高度為1.85 m。1～21號(hào)傳感器的靈敏度在93～98db之間，22～21號(hào)傳感器的靈敏度在81～87db之間。罐底腐蝕的信號(hào)通過(guò)罐內(nèi)介質(zhì)傳輸?shù)焦薇诒砻娴膫鞲衅鳎�根�?jù)所采集到的聲發(fā)射信號(hào)數(shù)據(jù)，采用濾波方法濾除檢測(cè)過(guò)程中的噪音信號(hào)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10764-2007對(duì)罐底腐蝕狀況進(jìn)行綜合評(píng)估[2]。

所有通道的幅值、持續(xù)時(shí)間、能量、計(jì)數(shù)隨時(shí)間的變化如圖8所示：

 

圖8 所有通道的幅值、持續(xù)時(shí)間、能量、計(jì)數(shù)隨時(shí)間的變化

從圖中可以看出，25000s～35000s時(shí)段內(nèi)的信號(hào)最為平穩(wěn)，采集時(shí)刻為：20:19，25000s=6.94h；35000=9.72h，則平穩(wěn)時(shí)間段為：3:15-6:00（凌晨）。選取該時(shí)間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行回放分析，如圖9～圖11所示。

 

圖9 所有通道撞擊數(shù)隨時(shí)間變化圖

 

圖10  所有通道撞擊數(shù)隨時(shí)間累計(jì)變化圖

 

圖11 所有通道累積能量隨時(shí)間的變化圖

信號(hào)采集時(shí)間為2.78小時(shí)，通過(guò)計(jì)算檢測(cè)傳感器每小時(shí)每12個(gè)傳感器接收的撞擊數(shù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10764-2007對(duì)罐底腐蝕狀況進(jìn)行綜合評(píng)估，將該儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)活動(dòng)度評(píng)定為B級(jí)，如圖12所示。

 

圖12 罐底定位參考圖

根據(jù)JB/T10764-2007 《無(wú)損檢測(cè)常壓金屬儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法》中的評(píng)定方法，可知該罐的檢測(cè)結(jié)果為B級(jí)，對(duì)應(yīng)區(qū)域的腐蝕狀態(tài)為少量或輕微，可2～3 年后再進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)，并參考圖12中所示位置進(jìn)行重點(diǎn)復(fù)檢。該罐目前投用時(shí)間為7年，已到達(dá)清罐大修的周期年限。該實(shí)例證明，可以通過(guò)檢測(cè)手段來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)罐的現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)度，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來(lái)制定和優(yōu)化相應(yīng)的管理與維護(hù)辦法，使維修計(jì)劃更為合理，減少運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和成本。

2.3儲(chǔ)罐底板導(dǎo)波檢測(cè)

對(duì)儲(chǔ)罐在在用狀況下進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)，是現(xiàn)階段儲(chǔ)罐評(píng)價(jià)的難題。根據(jù)儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，邊緣板為底板最低處，也是儲(chǔ)罐中污水等腐蝕介質(zhì)沉積的地方，所以?xún)?chǔ)罐底板腐蝕往往出現(xiàn)在邊緣板，罐底板檢測(cè)主要是對(duì)邊緣板的檢測(cè)。

超聲導(dǎo)波檢測(cè)是利用超聲高頻導(dǎo)波成像檢測(cè)技術(shù)，將導(dǎo)波探頭放置在壁板外的底板延接板上，以罐底板作為超聲導(dǎo)波傳導(dǎo)體，借助導(dǎo)波技術(shù)的物理特性，快速發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)底板上下表面腐蝕等壁厚突變信號(hào)。配合聲定位技術(shù)使用，可實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)帶面的檢測(cè)效果，即通過(guò)罐外底板延接板上的一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)來(lái)覆蓋一個(gè)扇形掃查區(qū)域，檢測(cè)非常具有代表性。如圖13所示。

 

 

圖13 儲(chǔ)罐底板導(dǎo)波檢測(cè)示意圖

以某10萬(wàn)方儲(chǔ)罐底板導(dǎo)波檢測(cè)為例，該儲(chǔ)罐共設(shè)置導(dǎo)波檢測(cè)點(diǎn)30個(gè)，檢測(cè)點(diǎn)平均長(zhǎng)度約為1000mm，寬度約為100mm，檢測(cè)點(diǎn)分布如圖14所示。

 

圖14 儲(chǔ)罐底板導(dǎo)波檢測(cè)點(diǎn)分布示意圖

經(jīng)對(duì)30個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果（檢測(cè)數(shù)據(jù)略）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，儲(chǔ)罐底板防腐狀況良好。

2.4 儲(chǔ)罐剩余壁厚檢測(cè)

儲(chǔ)罐剩余壁厚測(cè)量，是一種最簡(jiǎn)單且最有效的掌握儲(chǔ)罐腐蝕情況的檢測(cè)手段。對(duì)上文提到的某10萬(wàn)方儲(chǔ)罐進(jìn)行剩余壁厚檢測(cè)，其中罐底板超聲波壁厚檢測(cè)30處，罐頂板超聲波壁厚檢測(cè)12處，以便掌握該儲(chǔ)罐的腐蝕現(xiàn)狀。圖15為該儲(chǔ)罐剩余壁厚檢測(cè)點(diǎn)分布情況。

 

圖15 儲(chǔ)罐剩余壁厚檢測(cè)點(diǎn)分布圖

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)罐壁厚最大減薄0.8mm，腐蝕速率0.14mm/年。綜合壁厚檢測(cè)結(jié)果、運(yùn)行年限和罐內(nèi)介質(zhì)腐蝕速率，建議把該儲(chǔ)罐檢測(cè)周期定為5年，對(duì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)缺陷是否進(jìn)一步擴(kuò)展，監(jiān)測(cè)周期為1年[3]。

3 儲(chǔ)罐檢測(cè)管理經(jīng)驗(yàn)

檢測(cè)是儲(chǔ)罐完整性管理的重要組成部分，儲(chǔ)罐的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要關(guān)注以下問(wèn)題：

（1）建立儲(chǔ)罐完整性管理體系，制定實(shí)施儲(chǔ)罐完整性管理計(jì)劃，注意保管好儲(chǔ)罐的原始設(shè)計(jì)、制造及操作細(xì)節(jié)資料，將每次檢測(cè)結(jié)果納入儲(chǔ)罐原始檔案，建立儲(chǔ)罐數(shù)據(jù)庫(kù)，為儲(chǔ)罐的完整性管理提供參考和依據(jù)。

（2）選擇技術(shù)和服務(wù)可靠的檢測(cè)單位，要求其根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果對(duì)儲(chǔ)罐的檢測(cè)維修給出合理建議，并提出日常管理的重點(diǎn)。

（3）儲(chǔ)罐檢測(cè)前應(yīng)明確檢測(cè)單位的安全責(zé)任，采取適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法，制定相應(yīng)的檢測(cè)策略。檢測(cè)方法必須和安全風(fēng)險(xiǎn)消減計(jì)劃一起制定，以便將儲(chǔ)罐的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受范圍。

（4）應(yīng)加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)儲(chǔ)罐運(yùn)行單位的交流與合作，對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行完整性管理培訓(xùn)，以提高整個(gè)行業(yè)的管理水平。

4  結(jié)束語(yǔ)

本文以大型石油儲(chǔ)罐的實(shí)際檢測(cè)為例，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)罐幾種常用檢測(cè)技術(shù)方法的研究探討，提出了儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)管理和檢測(cè)的相關(guān)建議，說(shuō)明了檢測(cè)數(shù)據(jù)越多，檢測(cè)有效性越高，數(shù)據(jù)越完整，結(jié)果就越接近真值。管理者應(yīng)綜合評(píng)價(jià)各類(lèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)，做出準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，合理安排儲(chǔ)罐的維修檢測(cè)計(jì)劃，以做到安全和成本兼顧。

參考文獻(xiàn)：

[1] 石磊，帥健.大型原油儲(chǔ)罐完整性管理體系研究.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，23(6)：151-157.

[2] 中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院.《鄯善儲(chǔ)備庫(kù)G1016#儲(chǔ)罐底板腐蝕聲發(fā)射檢測(cè)報(bào)告》，2016.

[3 ] 吐哈石油技術(shù)監(jiān)測(cè)中心管道檢測(cè)公司.《鄯善原油儲(chǔ)備庫(kù)G1002#儲(chǔ)罐檢測(cè)報(bào)告》，2014. 

作者：高原，男，工程師，1987年11月生，2010年7月畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事長(zhǎng)輸管道安全管理方向的工作。 

《管道保護(hù)》2016年第6期（總第31期）