基于RBI技术的甲苯常压储罐风险评估.pdf

山东工业技术2 0 2 3 年第4 期（总第3 1 2 期）基于RBI 技术的甲苯常压储罐风险评估张津铭，党鹏飞（沈阳化工大学机械与动力工程学院，辽宁沈阳1 1 0 1 4 2）【摘要】常压储罐应用于炼油和化工企业，主要用来贮存原油、成型油及化工产品等介质。常压储罐内部压力直接受温度影响，具有一定的安全隐患，尤其是在常压储罐储存一些易燃易爆有毒的介质的情况下，如果发生安全事故，就会对工厂设施造成严重损坏也会对工人造成人身安全威胁。因此，对常压储罐基于风险的评估和检验具有十分重要的工程应用价值。本文在.NET平台上开发了一个可以对储罐随时在线进行基于风险的评估的专业检测软件。该软件基于常压储罐的失效机理，分别对壁板和底板的四种损伤因子进行计算，并分析常压储罐的失效概率和失效后果，根据失效概率和失效后果的等级对储罐进行风险等级评估。最后，利用本软件对辽宁世星药化公司的甲苯储罐进行了风险评估，验证了风险评估结果的有效性。【关键词常压储罐；风险评估；甲苯储罐；失效概率【中图分类号TQ086.52【文献标识码】AD0I:10.16640/ki.37-1222/t.2023.04.001文章编号1 0 0 6-7 52 3（2 0 2 3）0 4-0 0 0 3-0 7究，取得了较为丰硕的成果。一部分专家对储引言罐的厚度进行了改进，这种改进考虑到了储罐内我们把设计工作压力低于或者等于6.9 kPa（罐顶表压）的储罐称为常压储罐，应用于化工产业、交通、军事等范畴，用来贮存原油、成型油等介质，其中经常储存许多易燃易爆和有毒介质，一旦出现事故，将对工厂产生无可衡量的损失并且会危及工人的身体健康。因此，对常压储罐进行基于风险的评估对其能够安全并且长时间的正常工作起着十分重要的作用。本文评估的甲苯储罐属于大型储罐，近年来，由于大型储罐方便工人操作管理并且节约成本等优点，许多专家开展了大型储罐安全领域的研部的受力分布 2，并且利用ANSYS软件对一些大型储罐的强度进行了评价 3 。华中理工大学的常光忠等人4 通过大量分析石油化工企业储罐失效事故的案例，确定了目标储罐的损伤机理和失效类型，并对事故树进行分析。一些专家通过分析近年来和储罐相关事故的发展特点，将事件链效果与罐区定性危险性评价相结合，设计了基于事件链的罐区定性危险性评价方式5，并且依据API579分析了常压储罐焊缝的裂纹型问题，依据API653分析了常压储罐焊缝的点蚀问题，借此来判断常压储罐能否长时间安全运行。收稿日期】2 0 2 2-1 2-2 6【基金项目】国家自然科学基金青年基金（No.12002219）；辽宁省教育厅一般项目（LQ2019008）。【作者简介】张津铭（1 9 9 9 一），男，沈阳化工大学机械与动力工程学院，硕士研究生；党鹏飞（1 9 8 6 一），男，博士，沈阳化工大学机械与动力工程学院，副教授。-3一基于RBI技术的甲苯常压储罐风险评估为了实现对常压储罐风险评估的智能化，本文采用.NET平台，在以GB/T30578为基础的前提下，开发了可以对常压储罐随时在线进行基于风险的评估的软件，该软件根据常压储罐的失效机理，分别计算了壁板和底板的四种损伤因子，依次为减薄损伤因子、外部损伤因子、应力腐蚀开裂损伤因子、脆性断裂损伤因子，之后会对常压储罐的失效概率以及失效后果的等级进行分析和计算，并以此为依据来评估储罐的风险等级。最后，我们与辽宁世星药化公司进行了合作，利用本软件对该公司的甲苯储罐进行了风险分析，并且对通过软件得出的风险分析结果的有效性做出了验证。一、常压储罐风险计算相关理论1.失效概率失效概率F(t)为：F()=Fc-D ftolarFM式中，FG是平均失效概率，Df-total是总损伤系数，FM是管理系统评价系数。平均失效概率FG表示储罐出现小程度或中程度或大程度泄露孔和破裂的几率，根据GB/T30578-2014进行选取。总损伤系数Df-total可表示为：Pf-gov+f-govf-govf-govf-govTf-gov式中，DhinD表示减滤机伤因子，DF表示外部执伤因子、D表示应力腐仙开裂损伤因子，DbriDFsov表示脆性断裂损伤因子。参照CB/T26610进行计量。管理系统评价系数根据式(3)进行计算。FM-101-0X式中，X是管理系统评价分值，管理系统评价分值X参照GBT26610.4中的附录B确定。2.失效后果根据式储罐壁板（底板）总经济后果根据各层壁板（底板）的经济后果加权计算得到：-4一FCiolal-FCenviron+FCemd+FCprod式中，FCenviron表示储罐总体由于环境原因造成的经济后果，FCcmd表示由于设备故障原因造成的经济后果，FCprod表示由于工厂停产造成的经济后果。3.风险R(t)的计算常压储罐的风险的定量计算按照式（5）计算。R(t)=F(t):C(t)(5)二、软件开发常压储罐基于风险的评估是对储罐的损伤机理进行分析并对储罐的风险进行定量计算，最终确定储罐的检验策略。采用.Net软件开发平台，根据GB/T30578-2014和GB/T26610-2011，开发了一款基于风险的常压储罐评估软件，软件名为“基于风险的常压储罐检测软件V1.0”，我们的软件具有如下优点。(1)（1）该软件属于在线网页版，可以通过电脑浏览器随时对我们的常压储罐评估软件进行访问，并且可以随时在线对储罐进行评估，软件的储罐基本信息输人界面如图1 所示，为方便后续数据的计算，会要求用户输入储罐容积、工作温度压力以及储存介质等基本信息，并且软件能够将用户输人的数据随时进行储存并且根据用户意愿进行修改和重新使用，以便使风险评估结果更加准确和人性化。（均匀减薄时）（2）软件可对常压储罐的底板和壁板分别(2)进行单独的风险评估，根据常压储罐的失效机理，基于储罐基本信息和检验检测结果，进一步计算分别得到储罐壁板和底板的失效风险等级，选择二者较高的等级作为储罐最终的风险评估结果，如图2 所示。并且，会将各个评估过程所得到的数据结果以及最终结果以文档的形式进行输出，(3)用户可根据意愿进行保存。（4）软件会根据当前储罐的风险等级以及损伤因子发展趋势图对所测储罐未来风险发展情况进行预测，并给出下一次储罐检测时间的建议。（3）软件具有用户权限功能，分为企业用户和普通用户，并分别为这两种用户设置了对应（4)山东工业技术2023年第4 期（总第3 1 2 期）的用户名和密码进行登录，以便于区分两种用户，通用户则只能得到最基本的当前储罐风险分析结其中企业用户在输入储罐信息后不但可以得到储果。注册界面会要求输人和我们确认好的邮箱以罐的风险等级以及储罐在今后风险发展趋势还会便我们区分企业用户和普通用户，之后会要求用给出后台通过评估结果给出的储罐检测建议，普户输人自已设定的密码和确认密码以便用户管理沈阳化工大学SHENYANGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGY储罐基本信息平均失效概率储罐编号保存退出总损伤系数管理系统评价失效经济后果失效风险分析*储罐容积（立方米）*投用日期（年度）*储存介质*工作温度（C）*工作压力图1“储罐基本信息”录入界面（部分）沈阳化工大学SHENYANGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGY储罐基本信息平均失效概率总损伤系数管理系统评价失效经济后果失效风险分析0失00000RISK!效4000000概3率2等1级图2“失效风险分析”界面（部分）保存退出壁板风险评价结果5000000000000000000AB00失效后果等级C0DE005基于RBI技术的甲苯常压储罐风险评估账号。登录界面则会要求用户输入邮箱和对应的密码之后点击登录便可进人主界面。三、软件功能软件具有三大主要功能模块，分别为储罐信息输人，储罐风险分析计算以及最后的失效风险分析结果统计。（1）储罐信息数据输人：打开软件主界面，在进行用户登录后，点击主界面的储罐基本信息界面进行储罐容积、工作温度压力以及储存介质等储罐数据的输入，如图1 所示。（2）储罐风险分析计算：在输人完储罐基本信息后，分别根据提示进行平均失效概率计算、总损伤系数、管理系统评价、失效经济后果计算从而为最终的失效风险分析结果奠定基础。对于软件后台具体的计算，储罐风险等级的计算可分为两个主要部分，分别为底板风险等级计算和壁板风险等级的计算。根据式（5）可知，风险等级的计算主要由失效概率和失效后果组成，因此我们的软件会分别计算底板的失效概率及失效后果、壁板的失效概率及失效后果；其中，失效概率由功能栏中的平均失效概率、总损伤系数、管理系统评价三者组成。最终，我们的软件会通过比较计算所得的底板和壁板风险等级，选择二者中风险等级较高的一个作为储罐的最终风险等级。（3）失效风险分析结果：在进行完储罐风险分析计算后后台会根据计算所得的储罐底板和壁板风险等级给出所测储罐壁板和底板的风险等级矩阵图如图4 和图5所示所示，并且对于企业用户，软件还会给出在未来几年后储罐壁板和底板的风险等级分布矩阵图如图6 和图7 所示，并且还会给出当前所测储罐的损伤因子随时间的发展趋势图如图8 所示。通过软件分析所得到的以上储罐风险分析结果，软件会据此给出一份所测储罐风险分析结果表格如表2 所示，并且用户可以在线将表格下载在电脑中储存以便后续使用，用户也可以得到并保存此次风险评估计算所需的数据表格如表1 所示。最终，软件后台系统会自动识别损伤因子发展趋势图，在损伤因子随时间的发展趋势图中，各损伤因子超过目标损伤因子-6-的时间点可作为下次风险评估的建议时间，以确保所测储罐能够安全长期的正常使用。四、实际应用案例针对辽宁世星药化公司厂区内某甲苯储罐进行风险评估计算，具体工作实施流程如图3 所示：原始数据收集、整理和录入文储罐宏观检查、测厚和底板声发射检测数据确认和补充风险分析计算及确定检验策略编制风险评估报告图3 工作实施流程图1.甲苯常压储罐的原始基本数据通过宏观检测，测厚以及底板声发射检测，得出了实测最小壁板厚度等详细参数。甲苯储罐的投用日期，材料，操作温度等原始基本数据以及用户提供的所测甲苯储罐的一些基本原始数据参数见表1 的甲苯储罐基本数据表。表中所有数据与所测甲苯常压储罐所属的辽宁世星药化公司得到了一致确认。表1 甲苯储罐主要基本数据表基本参数数据投入使用时的底板厚度材料Q235-B储罐外径(m)3.2储罐高度(m)4.8投人使用时的壁板8厚度(mm)壁板高度(m)2.风险分析计算对于风险的分析与计算，利用在现场采集得到结果，小部分利用经验来判断结果，同时参考G B/T 3 0 57 8 和GB/T26610。将所采集的数据结果录入“基于风险的常压储罐检验软件V1.0”中，依据储罐的材料、时间、壁厚、介质等等来判定储基本参数(mm)实测最小底板厚度11.91(mm)管理系统评价分数1000使用年限131.6实测最小壁板厚度(mm)数据127.56山东工业技术22023年第4 期（总第3 1 2 期）罐的失效种类及失效可能性，依据GB/T30578采用风险矩阵图评估储罐壁板和底板的当前和GB/T26610经济损失数据库计算失效后果，风险等级，分别如图4 和图5所示。最终获得甲苯储罐壁板和底板的失效概率和失效对于图4 和图5中的风险等级分布矩阵后果。软件评估结果如表2 所示。图，两图中的绿色代表储罐属于低程度危险、表2 风险评估结果黄色表示中程度危险、橙色表示中高程度危壁板基本参数数据底板基本参数壁板平均失效概率7.0 1 0 底板平均失效概率7.2 1 0-4总损伤系数17管理系统评价系数0.1储罐壁板失效概率2.1 1 0 5假壁板失效环境经济0.14后果（万元）壁板的损坏经济后果（万元）壁板造成停产经济46.1后果（万元）壁板失效的总经济52.24后果（万元）壁板失效概率等级壁板失效后果等级A底板失效后果等级失效概率等级500000400000300000210000100000ABCDE10000失效后果等级图4 当前储罐壁板风险等级失效概率等低54300000200000级100ABCDE10000失效后果等级图5当前储罐底板风险等级数据3总损伤系数管理系统评价系数储罐底板失效概率1.2 2 4 1 0-3底板失效环境经济23.2后果（万元）底板的损坏经济后6果（万元）底板造成停产经济102.5后果(万元）底板失效的总经济129.7后果（万元）2底板失效概率等级000001000000险，红色表示高程度危险。结果表明，所测储罐壁板和底板的当前风险等级分别为低风险和中风险。因此，甲苯储罐的当前风险等0.1级为中风险。3.储罐风险预测根据风险的计算结果，甲苯储罐继续运行至42031年时的风险分布如图6 和图7 所示。根据“基于风险的常压储罐检测软件V1.0”的计算预计到2031年，壁板风险等级不变，储罐底板的风险等级变为中高程度危险。因此，2 0 3 1 年甲苯储罐的4风险等级上升为中高风险。A0001001000风险等级1.LOW2.MEDIUM3.MEDIUMHIGH4.HIGH未计算总计风险等级1.LOW2.MEDIUM3.MEDIUMHIGH4.HIGH未计算总计总计百分比110000000000%1100%总计百分比001100000000%1100%一7 一基于RBI技术的甲苯常压储罐风险评估失效概率等级0000400000312010ABCDE10000失效后果等级图6 储罐2 0 3 1 年壁板风险等级分布失效概率等级510000400000300 00 0201000AB01000失效后果等级图7 储罐2 0 3 1 年底板风险等级分布损伤因子（失效可能性系数）是决定设备项风险值的关键因素之一，也是制定检验策略的重要参考依据。图8 是所测甲苯储罐壁板及底板损伤因子随时间发展趋势图。100908070605403020102021本次风险评估目标损伤因子设定为4 0。当相应设备项损伤因子达到目标值时，应当实施相应检验以降低储罐的风险值。如图8 所示，甲苯储罐底板的减薄损伤因子在2 0 2 4 年首先超过了目标损伤因子，故将2 0 2 4 年确定为甲苯储罐检验时间。根据甲苯储罐风险预测结果和损伤因子发展-8-50一一壁板-外部损伤因子一壁板-减薄损伤因子+一底板-减薄损伤因子一一底板-外部损伤因子一目标损伤因子20222023图8 损伤因子随时间发展趋势图0000 0000000000DE2024年度2025风险等级1.LOW12.MEDIUM03.MEDIUM HIGH04.HIGH未计算总计1风险等级01.LOW02.MEDIUM03.MEDIUMHIGH4.HIGH未计算总计趋势的预测结果，将2 0 2 4 年确定为甲苯储罐下一次的检验时间。五、结语由于常压储罐内部压力直接受温度影响，尤其是在储存一些易燃易爆有毒的介质的情况下，一旦造成事故会产生极为恶劣的社会负面影响，本文利用“基于风险的检验技术”对常压储罐进行了风险评估，并且通过利用网络平台开发了“基于风险的常压储罐检测软件V1.0利用开发的软件，针对辽宁世星药化公司的甲苯储罐进行风险评估。结果表明，当前甲苯常20262027总计百分比11000000000%1100%总计百分比000011000000%1100%2028压储罐的风险等级为中风险，其中壁板失效概率分级为2 级，壁板失效后果分级为A，底层失效概率分级为4 级，底层失效后果分级为A。另外，对甲苯储罐风险变化趋势进行预测，结果表明，储罐在2 0 3 1 年风险等级上升为中高风险，但在2 0 2 4 年储罐底板的减薄损伤因子会超过目标损伤因子。因此，建议在2 0 2 4 年对该甲苯储罐实施下一次检验。山东工业技术2023年第4 期（总第3 1 2 期）【参考文献】1金志浩，王雷，徐晓光，等.可拆卸储罐罐体的有限元分析 沈阳化工大学学报，2 0 1 9,3 3(0 2):1 55-1 58+1 8 2.2赵学锋，杨欢，基于有限元的大型储罐罐壁优化设计 广州化工,2 0 1 1,3 9(1 5):1 57-1 59.3李金龙，王欣，张国静，等，基于接触模型的大型储罐有限元强度分析 .轻工机械,2 0 1 3,3 1(4):8 2-8 5.4常光忠，施哲雄，蒋晓东.基于RBI方法的储罐风险评价技术研究与软件开发 J.腐蚀科学与防护技术,2 0 0 9,2 1(3):3 4 3-3 4 6.5赵金龙，黄弘，李聪，等.基于事件链的罐区定量风险评估 .化工学报，2 0 1 6,6 7(7):3 0 8 5-3 0 9 1.6王玉林，刘功祥，基于API标准的常压储罐焊缝缺陷风险评估 .压力容器,2 0 1 6,3 7(5):3 8-4 2.Risk Assessment of Toluene Atmospheric Storage Tank Based on RBI TechnologyZHANG Jin-ming,DANG Peng-fei(School of Mechanical and Power Engineering,Shenyang University of Chemical Technology,Shenyang110142,China)Abstract:Atmospheric storage tank is used in oil refining and chemical enterprises,mainly used to storecrude oil,molding oil and chemical products and other media.The internal pressure of atmospheric storage tankis directly affected by temperature,which has a certain potential safety hazard,especially in the case of someflammable,explosive and toxic media stored in atmospheric storage tank.If a safety accident occurs,it willcause serious damage to the factory facilities and pose a threat to the personal safety of workers.Therefore,therisk-based assessment and inspection of atmospheric storage tank has very important engineering applicationvalue.In this paper,a professional inspection software is developed platform,which can carry out risk-based assessment of storage tanks online at any time.Based on the failure mechanism of atmospheric storagetank,the software calculates the four damage factors of panel and bottom plate respectively,analyzes the failureprobability and failure consequence of atmospheric storage tank,and evaluates the risk level of storage tankaccording to the failure probability and failure consequence.Finally,the software is used to carry on the riskassessment to the toluene storage tank of Liaoning Shixing Pharmaceutical Chemical Company,and the validityof the risk assessment results is verified.Key Words:atmospheric storage tank,the risk assessment,toluene storage tank,failure probability一9一