大型在役储罐底板强度衰减评价分析

摘 要：油田大型在役原油储罐长期服役后因储存油品具有腐蚀性和油品液位的升降使储罐底板载荷动态变化，底板的力学性能将不断下降。文章通过现场抽取腐蚀后储罐边缘底板，在试验室进行力学测试，基于试验结果给出立式储罐强度衰减评价标准。

关键词：储罐边缘底板；力学测试；强度衰减；损伤值

立式储罐多储存具有一定腐蚀能力介质，对于长期服役的储罐将造成不同程度的化学腐蚀（包括油品中所含电解质的电化学腐蚀），同时存储液多为低周脉动荷载。储罐在其服役期内长期处在有腐蚀性的环境，油品液位的反复升降使储罐底板载荷动态变化，必然导致底板的力学性能不断下降。当储罐在服役期内遭受外界突发性荷载作用时，其抵抗外荷载的能力将受到影响。本试验根据已开罐检查的储罐边缘底板腐蚀状况，对钢材受表面腐蚀、严重点蚀和低周累积损伤后力学性能指标的下降进行分析，探讨在役储罐有损伤的安全可靠性评价方法。

1 力学性能指标测试

1.1 试件的抽取

某油田联合站5#原油浮顶储罐容积为20000m3，直径40m、高度14m，始建于1984年，近期在清罐作业后，对储罐底板全面开展在国际上技术领先的漏磁无损腐蚀检测，根据检测数据，编制了科学合理的维修维护方案。对施工过程中需更换的储罐8mm厚边缘底板，现场经反复筛选，重点抽取无腐蚀试件、中等腐蚀（点腐蚀深度3mm左右）和重度腐蚀（点腐蚀深度达5mm左右）试件各3件。按GB/T228-2010《金属材料拉伸试验方法》标准中的板状试件规定，取工作宽度×长度为20mm×80mm。

1.2 试验数据的处理

本试验对试样进行了拉伸性能测试，在200t液压万能试验机上进行，应力速率10MPa，移动速度37.5mm/min，分别测得无腐蚀、中等腐蚀和重度腐蚀试件抗拉强度、屈服强度，具体结果见表1。

1.3 试验数据分析

立式储罐在长期的服役过程中，由于储存油品具有腐蚀性并受到低周脉动荷载的影响，其力学性能指标将下降，为评定其损失状况，以指标损失率的概念来评定储罐的损伤情况。指标损失率如下：

式中，As为无腐蚀试件均值数据，Ac为有腐蚀试件均值数据。经过计算表3给出腐蚀深度不同导致钢板各项指标损失率结果。

表3 试件腐蚀深度不同导致力学性能指标损失率

由表3可以看出，储罐底板长期服役后，因所储存油品具有腐蚀性，力学性能指标均大幅降低。重度腐蚀储罐边缘底板的抗拉强度下降达40.6%，屈服强度下降达37.1%，导致储罐底板强度的衰减，对储罐的安全运行带来隐患。

2 基于试验结果的立式储罐强度衰减评价

2.1 强度降低值的定义、公式与统计

油品腐蚀对储罐底板强度产生的影响可分二种情况：一是钢板与介质接触表面均匀性腐蚀，使储罐底板厚度减薄，强度和刚度降低；二是钢板表面点腐蚀或坑腐蚀，使应力集中。经油田多年储罐清罐后维护维修，发现立式储罐罐底腐蚀大面积的点（坑）腐蚀居多。开展储罐受腐蚀后底板强度衰减评定时，应将受点腐蚀及低周荷载影响其力学性能下降的规律列为重点，引入评价其强度下降程度的函数——强度降低值。

式中，nc为受点腐蚀后储罐底板的实际抗拉强度、屈服强度，？滓是无腐蚀储罐底板的抗拉强度、屈服强度。

点腐蚀深度与时间成正比，函数为Dcp（t）。以正在进行维修作业储罐为研究目标，进行力学性能指标试样测定分析，确定？滓nc的均值和方差，并以所服务的年限Tm基准值，确定Dcp（Tm），建立任意年限的Dcp（t）：

式中：t为服务年限；Tm为基准年限。

立式储罐腐蚀损伤依据对该联合站5#储罐底板检测结果，由其已经投产时间30年（1984年～2014年），可推算出各时间段的强度降低值，详细按下述公式：

公式中n为不同介质腐蚀参量，可由试验分析获得，现取最大值n=1；t是对应服役时间。Dpc（30）是指5#储罐服役30年的抗拉强度、屈服强度的降低值：

抗拉强度点降低值：Dpc（30）=0.408

屈服强度点降低值：Dpc（30）=0.372

根據试验结果，计算得到各服役整年份的点强度降低值见表4。

2.2 点腐蚀降低值评价等级

根据储罐腐蚀实际情况，将其强度降低等级定义为基本完好、轻度降低、一般降低、严重降低、停用，其强度降低值与等级的对应关系见表5。

根据该联合站5号储罐的腐蚀情况，结合力学性能测试分析，以40年为生产使用期限。各生产领域的在役储罐维修维护可借鉴评价方法进行维推算。在理论上所储存的介质不同，产生点腐蚀速度亦不同。目前北方油田部分储罐储存俄罗斯原油，其含硫物较高，腐蚀对抗力的影响更大，有必要进一步研究。

3 结束语

（1）试验表明，腐蚀严重的储罐边缘底板其抗拉强度与屈服强度下降剧烈，导致储罐底板强度的衰减，势必给未来储罐的安全运行带来安全隐患。

（2）建立基于试验结果的立式储罐强度衰减评价方法。

（3）给出了底板腐蚀后储罐维护策略：储罐服役20年以内，罐底钢板基本完好；储罐服役20～30年时，罐底钢板可能出现轻度点（坑）腐蚀，应采取重涂防腐层或阴极保护等措施；储罐服役30～35年，储罐底板可能发生严重腐蚀，应及时大修；对于服役超过35年的底板，应采取全部更换的措施；对于使用超过40年的底板，应考虑退役，以防止储罐在使用过程中发生各类事故。

作者简介：李海军，工程师，1998年毕业于大庆职工大学，油气集输专业，现任大庆油田储运销售分公司基建管理中心副主任。