高原  馮亮

中國石油西部管道新疆輸油氣分公司

我國原油儲備庫建設(shè)呈現(xiàn)大型化、集中化發(fā)展趨勢，這對大型原油儲罐的安全平穩(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 儲罐的完整性評價(jià)

完整性管理的實(shí)質(zhì)是評價(jià)不斷變化的儲罐系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)因素，并對相應(yīng)的管理與維護(hù)活動做出調(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，通過維修維護(hù)減少儲罐的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，而完整性評價(jià)則為維修維護(hù)計(jì)劃的制定提供重要依據(jù)。

儲罐完整性評價(jià)包括三個(gè)方面，即完整性檢測、剩余壽命預(yù)測和沉降變形評估。檢測技術(shù)是完整性評價(jià)的關(guān)鍵。儲罐的完整性檢測包括日常巡檢、全面檢查、技術(shù)性檢測和開罐檢測四個(gè)方面（見表1）。日常巡檢和全面檢查主要是通過視覺觀察的方法，檢查是否有損壞的罐體結(jié)構(gòu)；技術(shù)性檢測是在不停產(chǎn)的情況下進(jìn)行的在線檢測，檢測技術(shù)主要有聲發(fā)射檢測、沉降觀測等；開罐檢測技術(shù)有漏磁檢測、超聲波、射線、磁粉和滲透等[1]。

 

 

 

 

2 常見的儲罐泄漏檢測方法

2.1 一二次密封泄漏檢測

為了準(zhǔn)確判斷大型浮頂儲罐一、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測儀分別對20座在役大型浮頂儲罐一、二次密封裝置之間的油氣濃度進(jìn)行了現(xiàn)場檢測（檢測值為可燃?xì)獗�炸下限的百分比），檢測時(shí)間為夏季，檢測的所有儲罐均使用軟密封裝置，每臺浮頂儲罐至少檢測8 個(gè)對稱位置，共檢測160個(gè)點(diǎn)。如圖1～圖3所示。

 

圖1 未檢測狀態(tài)圖

 

圖2 檢測狀態(tài)圖

 

圖3 檢測位置示意圖

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

通過分析可以得出，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，我們將儲罐一次密封的完好性作為風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，合理安排動態(tài)運(yùn)行罐，將泄漏量大的儲罐作為靜態(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)，將泄漏量大的儲罐優(yōu)先作為大修罐，嚴(yán)把儲罐大修質(zhì)量，嚴(yán)格控制儲罐基礎(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。對未設(shè)計(jì)密封托板的儲罐增設(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。全面測量儲罐相關(guān)尺寸，根據(jù)儲罐實(shí)際情況設(shè)計(jì)定制密封裝置，安裝時(shí)要認(rèn)真核對，嚴(yán)把安裝質(zhì)量關(guān)。

大修儲罐時(shí)對密封間隙過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渡板進(jìn)行安裝調(diào)整。

（2）通過改型增加一次密封對罐壁的壓緊力和接觸面積，以減小油氣空間。

（3）通過在一次密封外設(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 無油氣密封裝置示意圖

2.2 儲罐底板在線腐蝕檢測

大型儲罐罐底腐蝕檢測常采用聲發(fā)射檢測技術(shù)進(jìn)行在線檢測，通過接收儲罐罐底腐蝕信號及與腐蝕相關(guān)的次腐蝕信號確定罐底的腐蝕狀態(tài)，如圖5所示。

 

圖5 聲發(fā)射罐底檢測圖示

以某10萬方儲罐為例，該罐直徑為80m，需要采用21個(gè)聲發(fā)射檢測傳感器。為了減少罐頂及罐壁噪聲信號的干擾，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）。在罐圓周周圍等間距安裝傳感器，1＃傳感器大致位于正北面，按順時(shí)針方向編號，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，1～21號為檢測傳感器，安裝在離罐基礎(chǔ)0.8 m高度的儲罐外壁面，22～42號為護(hù)衛(wèi)傳感器，安裝高度為1.85 m。1～21號傳感器的靈敏度在93～98db之間，22～21號傳感器的靈敏度在81～87db之間。罐底腐蝕的信號通過罐內(nèi)介質(zhì)傳輸?shù)焦薇诒砻娴膫鞲衅�，根�?jù)所采集到的聲發(fā)射信號數(shù)據(jù)，采用濾波方法濾除檢測過程中的噪音信號，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10764-2007對罐底腐蝕狀況進(jìn)行綜合評估[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

信號采集時(shí)間為2.78小時(shí)，通過計(jì)算檢測傳感器每小時(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對罐底腐蝕狀況進(jìn)行綜合評估，將該儲罐聲發(fā)射檢測活動度評定為B級，如圖12所示。

 

圖12 罐底定位參考圖

根據(jù)JB/T10764-2007 《無損檢測常壓金屬儲罐聲發(fā)射檢測及評價(jià)方法》中的評定方法，可知該罐的檢測結(jié)果為B級，對應(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，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，可以通過檢測手段來評價(jià)儲罐的現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)度，根據(jù)檢測結(jié)果來制定和優(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儲罐底板導(dǎo)波檢測

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

超聲導(dǎo)波檢測是利用超聲高頻導(dǎo)波成像檢測技術(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。配合聲定位技術(shù)使用，可實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)帶面的檢測效果，即通過罐外底板延接板上的一個(gè)檢測點(diǎn)來覆蓋一個(gè)扇形掃查區(qū)域，檢測非常具有代表性。如圖13所示。

 

 

圖13 儲罐底板導(dǎo)波檢測示意圖

以某10萬方儲罐底板導(dǎo)波檢測為例，該儲罐共設(shè)置導(dǎo)波檢測點(diǎn)30個(gè)，檢測點(diǎn)平均長度約為1000mm，寬度約為100mm，檢測點(diǎn)分布如圖14所示。

 

圖14 儲罐底板導(dǎo)波檢測點(diǎn)分布示意圖

經(jīng)對30個(gè)檢測點(diǎn)的檢測結(jié)果（檢測數(shù)據(jù)略）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，儲罐底板防腐狀況良好。

2.4 儲罐剩余壁厚檢測

儲罐剩余壁厚測量，是一種最簡單且最有效的掌握儲罐腐蝕情況的檢測手段。對上文提到的某10萬方儲罐進(jìn)行剩余壁厚檢測，其中罐底板超聲波壁厚檢測30處，罐頂板超聲波壁厚檢測12處，以便掌握該儲罐的腐蝕現(xiàn)狀。圖15為該儲罐剩余壁厚檢測點(diǎn)分布情況。

 

圖15 儲罐剩余壁厚檢測點(diǎn)分布圖

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

3 儲罐檢測管理經(jīng)驗(yàn)

檢測是儲罐完整性管理的重要組成部分，儲罐的現(xiàn)場檢測需要關(guān)注以下問題：

（1）建立儲罐完整性管理體系，制定實(shí)施儲罐完整性管理計(jì)劃，注意保管好儲罐的原始設(shè)計(jì)、制造及操作細(xì)節(jié)資料，將每次檢測結(jié)果納入儲罐原始檔案，建立儲罐數(shù)據(jù)庫，為儲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)可靠的檢測單位，要求其根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果對儲罐的檢測維修給出合理建議，并提出日常管理的重點(diǎn)。

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

（4）應(yīng)加強(qiáng)與國內(nèi)外先進(jìn)儲罐運(yùn)行單位的交流與合作，對相關(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

本文以大型石油儲罐的實(shí)際檢測為例，通過對儲罐幾種常用檢測技術(shù)方法的研究探討，提出了儲罐風(fēng)險(xiǎn)管理和檢測的相關(guān)建議，說明了檢測數(shù)據(jù)越多，檢測有效性越高，數(shù)據(jù)越完整，結(jié)果就越接近真值。管理者應(yīng)綜合評價(jià)各類檢測數(shù)據(jù)，做出準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，合理安排儲罐的維修檢測計(jì)劃，以做到安全和成本兼顧。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] 中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院.《鄯善儲備庫G1016#儲罐底板腐蝕聲發(fā)射檢測報(bào)告》，2016.

[3 ] 吐哈石油技術(shù)監(jiān)測中心管道檢測公司.《鄯善原油儲備庫G1002#儲罐檢測報(bào)告》，2014. 

作者：高原，男，工程師，1987年11月生，2010年7月畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）油氣儲運(yùn)工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事長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）