基于风险的检验在气田储罐上使用的可行性探讨

陈彦云 陈 君 赵晓云 蔡乐乐 郑 超 孙 添

（1. 长庆油田分公司第十一采油厂，甘肃 庆阳 745000；2. 北京西管安通检测技术有限责任公司，北京 100107）

0 引言

天然气作为一种清洁能源，可减少SO2和粉尘排放量近100%，减少CO2排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于减少酸雨形成，减缓地球温室效应，从根本上改善环境质量；同时可减少煤和石油的用量，改善环境污染问题。我国近年来对于天然气能源需求量巨大，消费规模和进口量逐年增长（根据统计数据，年消费规模从2017年的2393.69亿立方米增长到2022年的3663亿立方米；年进口量从2017年的6857万吨增长到2022年的10925万吨），基本呈现为“全进口、零出口”的格局，对外依存度很大。我国天然气行业消费规模的逐年增长使得我国对气田的开发规模需求越来越大。

气田地面集输处理工艺流程如下：从采气井产出的物质（含天然气、液烃、固体物质）进入集气站，经集气站初步处理（分离、增压、计量）后进入处理厂，处理厂进行脱硫、脱水等一系列工艺流程后输送至长输管道首站。在气田地面集输处理工艺流程中，气田储罐具有十分重要的地位，其安全性和完整性直接关系到气田集输处理系统的安全稳定运行。

目前，我国气田开发不断向前推进，新建的天然气处理厂越来越多，处理厂的日处理能力也不断增大。如2021年中石油西南油气田公司天然气净化总厂年处理量首次突破160亿立方米，创历史新高；2022年5月中石油苍溪天然气净化二厂成功投入试运，稳定日处理量70万立方米；2023年冀东油田西部探区建成投产了年处理36亿立方米的特大型天然气处理厂；目前中石化在建的顺北二区天然气处理厂投产后，年处理能力也将提升10亿立方米。随着我国天然气处理厂的不断建成投产，天然气处理厂的储罐数量也一直在稳步增长中。

气田储罐在长期使用过程中，天然气中含有的H2S、SO2和有机硫等酸性组分（腐蚀性介质），在水存在的情况下会使储罐发生腐蚀，造成腐蚀减薄，严重危及储罐的安全使用。

在三维空间中，最大化经济利益是目标，同时确保设备的安全性具有双重要求。工程师通过研究和基于风险的检验方法（Risk-Based Inspection）来实现这一目标。与传统的检验技术相比，基于风险的检验方法能够更全面地考虑设备系统整体的风险，并寻求经济利益最大化的优化检验策略。

目前，天然气处理厂储罐的检验通常参照油田储罐检验检测的标准采用传统的检验检测方法，如宏观检查、表面检测、超声波检测、漏磁检测和储罐附件检测等方法，这些方法存在检验周期长、费用高、受限空间作业风险大、没有充分考虑损伤机理和风险等级，国内缺乏适用的检验检测标准等缺点。

本文的目的就是根据目前RBI的理论发展情况以及RBI在常压储罐上的研究应用情况，探讨RBI在气田储罐上使用的可行性。

1 基于风险的检验

储罐的安全管理主要有三种管理模式：一是在储罐事故的基础上逐渐形成的管理模式；二是充分考虑维修周期的基础上采取的管理模式；三是考虑风险的前提下建立的管理模式。

在储罐事故的管理模式中，事故处理和应急抢修是关键环节。当发生储罐事故时，及时、有效地进行事故处理是保障安全的重要步骤，同时进行应急抢修来恢复正常运行，以减少可能影响。另一方面，在周期性维修的管理模式下，周期、检维修和个体差异性是需要考虑的因素。根据储罐的使用情况和特点，制定适当的维修周期，并进行定期的维护检查和修理工作以确保储罐的正常运行和延长使用寿命。由于每个储罐可能存在差异，个体差异性也需要被纳入管理考虑范畴。

基于风险的检验（也称风险评估）是一种重点针对材料损伤所引起的设备失效的风险评估和管理过程，对这种风险主要通过对设备的检测来管理[1]。RBI技术在设备管理中发挥着重要作用，其中包括风险基础检验、定性分析和定量计算等方法。通过对设备的损伤机理和失效模式进行深入研究，可以确定适当的检验时间和制定有效的检验策略，从而提高设备的安全性和经济效益。在设备管理技术方面，先进和传统的检验检测方法都应该得到应用。特别是对于重要设备，选择适当的检修方法至关重要。过度检查可能造成不必要的检修成本，而检验不足则可能导致潜在问题未被及时发现。

2 基于风险的检验用于气田储罐的可行性

2.1 国内外标准依据和技术支撑

20世纪90年代初，美国石油学会开始在石油和石化设备开展基于风险的检测（RBI），并提出了RBI技术的规范API RP 580[6]。API RP 580为石油和石化企业在设备上开展RBI技术提供了理论的指导。

2008年9月，美国石油学会颁布第二版API Recommended Practise 581[7]，该标准主要适用于常压储罐，并提供了有关失效可能性和失效后果的计算方法。通过API RP 581，可以对常压储罐的失效潜在性进行评估，并确定失效后果及相关经济损失。2016年，API颁布第三版API581[8]，综合使用API RP 581中的方法和指导，可帮助设备管理人员更加全面地分析和评估常压储罐的风险状况，确保储罐的安全性和可靠性。2014年，以API581为基础，结合国内情况，颁布了GB/T30578-2014《常压储罐基于风险的检验及评价标准》，该标准规定了立式钢制圆筒形常压储罐基于风险的检验和评价要求，对于国内实施常压储罐的风险评估具有指导意义。与API581不同之处在于，GB/T30578提出了失效后果（经济损失）可接受水平的基准值Q，如表1表示。

表1 两种标准的失效后果对比

2014年后，安全行业、石油化工行业关于压力容器和常压储罐检修方面的技术标准除原有规定的检修周期外，均提到了可以采用基于风险的检验（或其他相应说法）适当延长或缩短压力容器或储罐的检修周期。TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》中第8.10.3条“实施RBI的压力容器，可以采用以下方法确定其检验周期：（1）参照本规程8.1.6.1的规定确定压力容器的检验周期，根据压力容器风险水平延长或者缩短检验周期，但最长不得超过9年；（2）以压力容器的剩余使用年限为依据，检验周期最长不超过压力容器剩余使用年限的一半，并且不得超过9年”[9]。AQ 3053-2015 《立式圆筒形钢制焊接储罐安全技术规程》中第11.1条“对于储罐或储罐群还可以采用RBI方式，根据储罐面临的风险的大小，决定检验策略、检验方法、检验重点和检验周期”[10]，第11.4条“储罐的使用单位，也可以采用RBI程序来确定定期检验的周期。RBI综合评价储罐发生泄漏或事故的可能性和后果，以确定在下一次定期检验前，储罐最小厚度的可接受风险”[10]，可据此相应增大或减小第11.3条所确定的定期检验的周期。SY/T 5921-2017《立式圆筒形钢制焊接油罐操作维护修理规范》中第5.1.1条“经过可靠检测分析手段评价油罐状况，根据评价结果，经主管部门批准，油罐修理周期可适当延长或缩短”[11]，这种可靠检测分析手段包括在线检验、风险评估等技术；SY/T 6620-2014《油罐的检验、修理、改建及翻建》中第6.4.2条“当进行了一个按基于风险的检验评估或按附录G的类比评估，且储罐渗漏有防止、探测、预防措施中的一种，那么首次检验周期不能超过以下表的最大周期”，按照标准规定，在满足相应条件的情况下，最长首次内检周期可达25年，随后的内检周期可达30年[12]。

目前国内RBI的相关标准正在日益完善中，如：GB/T 26610《承压设备系统基于风险的检验实施导则》规定了石油化工装置承压设备系统实施RBI项目的基本要求、实施程序、基于风险的检验策略、风险定性分析方法、失效可能性定量分析方法和失效后果定量分析方法。GB/T 26610适用于石油化工装置承压设备系统中的如下设备及相关零部件实施的RBI项目：压力容器及其全部承压零部件；过程装置界区内的压力管道及其全部承压管件；常压储罐；动设备中承受内压的壳体；锅炉与加热炉中的承压零部件；安全阀等安全泄放装置。GB/T 30578-2014《常压储罐基于风险的检验及评价》规定了立式钢制圆筒形焊接常压储罐基于风险的检验和评价要求。GB/T 30579-2022《承压设备损伤模式识别》给出了承压设备主要损伤模式识别的损伤描述及损伤机理、损伤形态、受影响的材料、主要影响因素、易发生的装置或设备、主要预防措施等，可以用于识别常压储罐的失效模式和损伤机理。

综上可知，对常压储罐实施基于风险的检验具备充分的标准依据和技术支撑。气田储罐中一部分储罐属于常压储罐，一部分储罐的结构与常压储罐的结构相似，因此，采用RBI技术对气田储罐其进行基于风险的检验在技术上也是完全可行的。

2.2 软件支撑

RBI软件方面，ORBIT、RB.eye、Risk Wise、T-O-CA和Synergy Plant是一些与风险评估和设备管理相关的软件，这些软件集成了定量风险技术，可以用于单元、位置、区域和腐蚀环境等方面的风险分析。

DNV的ORBIT由以下两个方面构成：一是ORBIT Onshore，大致与陆上装置有关，一方面表示过程装置；另一方面表示炼油装置。二是ORBIT Offshore，其与前者有着明显的不同，表示海上装置。在风险评估过程中，使用了5×5风险矩阵等方法进行风险排序和半定量分析。通过概率分析等手段，对风险进行分类和评级，并考虑设备修正系数FE和系统评估系数FM等因素。借助ORBIT Onshore、ORBIT Offshore等软件，可以进行全面的风险评估项目，并进行综合应用。这些软件在设备管理和风险评估方面提供大的功能和支持，有助于确保设备的安全性和可靠性，并提升管理效率。

法国船级社（BV）是著名的船级社之一，他们提供了RB.eye，这是一个全过程开放的软件，旨在辅助风险评估和检测方案的制定。此外，API581标准中采用了5×5风险矩阵来评估项目目标，并提供方法和软件解决方案。通过使用RB.eye软件，可以集成设计数据、工艺数据和检验数据，并分析其与腐蚀机理和实际腐蚀速率的关系。综合运用上述的RB.eyee、API581标准、Risk Wise、TWI等技术和软件，能够提供全面的风险评估和检测方案支持。这有助于确保设备的安全性和可靠性，优化风险管理策略，并最大限度地延长设备的使用寿命。中国特种设备检测研究院已经引进了Risk Wise并成功用于多种设备的RBI评估中。

TISCHUK公司是一家专注于工厂设备的失效概率评估和失效后果评估的公司。通过他们的T-OCA软件，可以制定全面的检查计划，并对系统进行评估。T-OCAV.是T-OCA软件的一个版本，采用了定性和定量的风险评估技术。基于3×3矩阵，该软件可以进行后果评估，并综合考虑操作、经济、安全和环境等因素。失效机理在装置完整性检查中起着重要作用，特别是在闭路循环和工厂设备的管理中。综上，这些RBI软件已发展较为成熟，专业性强且功能齐全，使得在气田储罐上使用RBI进行评估时具有了充足的软件支撑。

2.3 研究和应用情况

目前国内应用RBI技术对常压储罐进行风险评估的研究和应用案例较多。

在罐区中，储罐事故可能引发连锁效应，导致严重后果。赵金龙等学者[13]研究了事件链效应与事故发展之间的关系，提出了一些定量风险评估方法。定量风险评估方法可以帮助我们识别罐区储罐的潜在危险，并评估其对安全的影响程度。通过分析事件链效应和连锁效应，可以更全面地了解事故发展的可能路径和后果，从而有针对性地采取预防措施和应急准备。

王玉林等研究人员[14]用API579标准指导罐进行焊缝缺陷的风险评估。这些焊缝缺陷可能包括裂纹型缺陷、夹渣、气孔和未焊透等。针对不同类型的焊缝缺陷，使用API579提供的方法可以对其进行详细评估。条状、较大圆孔等缺陷形式也需考虑在内。通过风险评估，能够确定焊缝缺陷对储罐的安全性造成的影响，并采取相应的措施以确保储罐的安全运行。

刘烨明等专家[15]借助挪威船级社提供的工具，如LEAK和Phast，对原油储罐进行了泄漏频率分析和泄漏后果模拟。在原油储罐中，通过对典型泄漏场景的分析，可以评估泄漏事件发生的频率以及其对环境、设施和人员的影响范围。

盖程程等[16]研究人员根据自然灾害和事故的风险进行了研究，提出了一种流程框架和方法。该流程框架包括风险辨识、灾害情景分类和特征分析等步骤。在风险辨识阶段，将重点放在自然灾害诱发的储罐失效上，通过识别风险。在灾害风险评估中，频率和强度是关键因素。通过分析灾害事件的概率和影响，可以使用事件树分析和灾害后果分析等方法来评估储罐失效的风险。借助其提出的方法和流程框架，可以更全面地评估自然灾害和事故带来的风险。这种风险评估有助于加强风险意识，制定相应的预防措施和应急储罐管理实践结合，能够提高相关行业对自然和人员的安全。

孙东亮等[17]分析了雷击、洪水的气象灾害和地震灾害引起的事故类型及其风险，建立了事件树，结合相应的易损性模型及构建的事件树建立了储罐的失效概率模型，然后计算个人风险和社会风险来刻画灾害的后果，构建完整的针对典型自然灾害引发储罐破坏的定量风险评估模型。最后通过案例计算验证了该定量风险评估模型的可行性和实用性。

2018年，中石油四川石化分公司的周鹏等人对6台原油外浮顶常压储罐进行RBI评估，发现储罐罐底主要损伤是土壤腐蚀、微生物腐蚀和硫化氢腐蚀；罐壁损伤主要是保温层下的腐蚀造成的[18]。2020年，中国特检院的胡振龙等人利用声发射检测手段去修正RBI评估中预设的底板腐蚀速率参数，增加评估的准确性，防止在制定检验策略时出现“检测过剩”或“检测不足”的情况[19]。2021年，肖竹韵等人使用RBI的方法分别对油库储罐底板和壁板进行了风险分析，并通过完整性理论分析了储罐管理中的安全效益和经济效益，为今后的完整性理论推广提供了论证思路[20]。

2018年，周鹏等专家团队对原油外浮顶常压储罐进行了评估。他们主要关注储罐的罐壁损伤，研究中还考察了保温层以及底部[18]。与此同时，2020年，中国特检院的胡振龙等学者采取声发射检测技术开展了预设研究，以提高检测的准确性。为了确保储罐安全，评估过程中应采取合适的检验策略。该技术在油库储罐的风险分析和完整性理论方面具有重要意义，不仅能提供安全效益，还能优化经济效益[19]。2021年，根据肖竹韵等专家的研究成果，实施储罐的评估，从而有效控制可能存在的腐蚀和其他损伤风险。同时，定期声发射检测和准确的评估策略也能保证人员健康[20]。

丁志千等[21]针对危化品常压储罐RBI计算过程中损伤因子目标值的选取进行讨论，选取了沿海地区3台典型常压储罐进行了RBI计算并对结果进行了比对分析，结果表明，将常压储罐的损伤系数目标值设定为150～250左右的情况下，与现行各类标准所推荐的检验周期年限较为符合，可为使用单位科学制定下次检验周期提供一定的技术参考。

张子健[22]采用挪威船级社的专业风险评估软件Synergi Plant RBI Onshore 5.6，结合现场开罐检验检测情况，对一台30000立方米储罐分别进行了基于计算值、测量值、专家值的风险评估，并对结果进行分析对比，提出了基于目前国内储罐检验检测情况下腐蚀速率选取方式的原则，可大幅提高常压储罐RBI计算结果的准确性。

王十等[23]对1台工况变更的加氢尾油罐经原始资料审查、介质采样分析与研究，调整损伤敏感性与腐蚀速率，得到了修正风险评估结果。经开罐检验验证，检出储罐底板上表面腐蚀缺陷形式、分布和严重程度，与风险评估结果吻合，证明介质组分变化后进行的损伤机理分析与腐蚀速率修正与实际情况相符。

张子健[24]基于EEMUA159对一台汽油常压储罐罐顶进行风险评估，并进行现场检验检测，两种结果进行比对，给出了不同风险等级的检验策略。结果表明：基于EEMUA159的罐顶风险评估技术可以对罐顶进行风险等级排序，可操作性强，对现场检验检测方案的制定具有一定的技术指导作用。

王十等[25]在进行常压储罐风险评估时通过控制变量的方法，分别选取不同的液位高度、基础类型、土壤类型3个关键变量组成8种分析工况，分别计算失效后果并进行对比分析，研究了这3个关键变量对失效后果计算的影响程度和规律。通过研究发现对失效后果的计算影响较大的因素为储罐的基础类型、土壤类型，在数据收集和风险计算时确保各参数尽可能真实有效，无法确认时应取保守值计算；储罐液位高度对失效后果的计算影响较低，在数据收集和风险计算时采用运行液位、安全液位、设计液位均可接受。

邢述等[26]通过对某企业两座油库多台常压储罐实施RBI，根据腐蚀调查、在线声发射检测、开罐检测的结果对储罐的风险评估进行修正，对比分析修正前后的风险评估结果，研究不同检测方法对风险评估结果的影响作用，同时验证了声发射技术在常压储罐底板腐蚀检测中的准确性。指出通过基于风险的检验技术可延长储罐检修周期，为石化储运行业更加灵活的生产活动安排提供依据。

陈维等[27]对某油库10万立方原油储罐进行RBI评估，识别了大型原油储罐的损伤模式和损伤机理，计算了大型原油储罐风险和风险等级，制定了大型原油储罐基于风险的检验策略。将开罐检验结果与RBI评估结果比较，发现RBI评估所得大型原油储罐的损伤模式和风险等级与开罐检验结果基本一致，RBI评估给出的下次检验时间是科学合理的。

李亚军[28]对港口危险货物常压储罐结构特点和储罐失效因素进行分析，从罐顶、罐壁、罐底和罐体基础等四方面建立风险评估指标体系，并采用层次分析法确定风险评估指标权重，建立储罐安全风险评估模型。将该模型应用于某港口企业汽油储罐的安全风险评估中，所得评估结论符合储罐现状实际，储罐安全风险评估模型的合理性得到了验证。

此外，在役常压储罐的完整性管理过程的风险评估步骤中[29]也要用到RBI技术。

目前，RBI技术在国内储罐上主要应用于原油储罐、油库储罐、化工储罐、危险货物储罐等常压在役储罐，在气田的储罐上使用RBI技术的研究和报道还比较少见。

2021年，中国特种设备检测研究院在中石化普光天然气净化厂首次采用RBI检测技术对10台常压液硫储罐（单罐储存能力5000立方，承担每天5000吨液硫接收储存任务）进行了检验。主要核心设备为Express-96声发射检测系统、自动爬壁腐蚀检测设备、高频导波检测仪等先进设备。中国特检院出具的储罐风险评估报告显示，基于风险的检验检测结果与常规检测结果完全一致，由此论证了RBI在液硫储罐实现“短平快”检测应用的可靠性。

综上可知，RBI技术在国内气田储罐上使用是可行的，但尚处于初步阶段，需要进一步完善技术和标准。

3 结语

RBI技术在常压储罐上使用已较为成熟，根据其标准和技术支撑、软件支撑、研究和应用情况我们认为其在气田储罐上使用具有技术可行性；在经济可行性上可实现“短平快”高效检测，缩短检验周期、降低检验费用，且不影响在役储罐的正常生产；在社会可行性上可以大大提高气田储罐的安全性，减少潜在的储罐泄漏事故和环境污染。所以RBI技术完全可以由目前的在石化设备上使用进一步推广至在气田储罐上使用。虽然目前国内将RBI技术用在气田储罐上的案例还较少，但随着技术和标准的逐渐完善，预计将有越来越多的气田储罐运营单位使用RBI技术对储罐进行风险评估，其发展前景十分广阔。