美國玻璃纖維增強塑料研究會主席蓋瑞·亞瑟,解釋了復合材料行業如何制定標準,來應對近期頒布的針對復合材料儲罐出臺的法規,這些法規旨在保護所有利益相關者免受因復合材料儲罐故障而造成的傷害。
隨著21世紀復合材料儲罐強勁發展勢頭的延續,美國環境保護局(Environmental Protection Agency, EPA)和職業安全與健康管理局(Occupational Safety and Health Administration, OSHA)頒布了針對該領域的法律。這些法律對于應對災難性的儲罐故障,并解決了石油和高度危險化學品應用中儲罐檢查缺乏共識標準等問題起到了一定規范作用。確定復合材料儲罐的剩余使用壽命、有效性和檢查周期,一直是人們非常感興趣的。
儲存石油和化學品在全世界都是一項重要的工作。雖然某些化學品在本質上不像石油和天然氣那樣易燃易爆,但它們具有很強的腐蝕性,如果不加以安全控制,可能會造成傷害、死亡和環境破壞。由于復合材料具有優異的耐腐蝕性,是化學工業中地面儲罐(Aboveground Storage Tank, AST)最常用的材料。然而,在儲油方面,復合材料儲罐的儲存容量比鋼儲罐小得多,而鋼儲罐的法規和工業標準的制定更多地側重于大型儲油應用。復合材料AST的監管一直未受到重視,并且處于危險之中。
到1999年,EPA和OSHA的法律已經發展了大約十年,在美國站穩了腳跟。這催生了對《公認和普遍接受的與油罐檢查決定有關的良好工程實踐》的需求,即今天所知的RAGAGEP。20世紀90年代初,成熟的鋼制儲罐行業憑借嚴格的檢驗標準迅速發展起來,而起步相對較晚的復合材料儲罐行業卻反應遲緩。
根據EPA和OSHA的法律規定,復合材料儲罐行業在發展成熟、穩健、可持續的檢查員培訓和資格認證實踐方面一直進展有限。從1999年到2016年,由支持紙漿和造紙、石油和化學加工行業的專業人士組成的利基行業組織為響應這些EPA和OSHA的要求做出了值得注意的努力。然而,出版的實踐依賴于技術內容和管理程序,并發現了一些顯著的錯誤和遺漏;在促進工業控制的可持續做法方面嚴重不足,十多年來沒有得到重大更新。
在20世紀90年代,監管工作主要集中在石油和天然氣行業,美國石油協會(American Petroleum Institute, API)于1991年推出了API 653《油罐檢查、維修、改造和重建》,2002年推出了API 580基于風險的檢查,2003年推出了API 571,涵蓋了損壞機制。這些努力得到了鋼儲罐協會(Steel Tank Institute, STI)的補充,該協會于2000年發布了地面儲罐檢驗SP001標準。API和STI標準都適用于鋼制儲罐,而不是復合材料儲罐。據估計,目前僅在美國就有超過5000名鋼儲罐檢驗員接受過培訓并獲得資格。這些鋼罐檢驗標準為復合材料儲罐工業檢驗實踐的標準化樹立了先例。
處于風險之中的復合材料地面儲罐
在不考慮后續損失的情況下,據估計,復合材料地面儲罐過早失效每年給行業造成的損失超過1.07億美元。復合材料在施工中是一種復雜的材料,通常沒有得到工程師和車間制造操作應有的重視。雖然復合材料作為許多化學應用的首選材料具有很高的地位,但與A36碳鋼或316不銹鋼等普通等級的具有各向同性性能的大規模生產的均質鋼儲罐材料相比,它們的性能更難以預測,也更難以評估。這些情況是綜合地面儲罐檢查員專業知識的重要因素。
最新的復合設備過早失效的正式研究是在幾十年前進行的,其中總共捕獲了388種故障類型和328種原因。從復合材料儲罐和容器的研究數據來看,52%的故障類型可歸因于層壓問題,75%的原因是制造商的缺陷。從那以后編制的案例歷史表明,失敗年復一年地出現,其類型和原因的比例與幾十年前確定的相似。復合材料地面儲罐由多種具有各向異性的非均勻復合設計組成,沒有標準等級,而且它們基本上是手工制作的。因此,失效模式在鋼和復合材料之間有很大的不同。
復合材料行業的應對
美國法律要求地面儲罐所有者預防、準備和應對石油和化學相關災害。此外,復合材料地面儲罐的失效模式復雜且不可預測。為了在法律和檢查中滿足這些要求,檢查人員必須在非常具體的條款下接受培訓并獲得資格,建立問責制并取得成果。因此,復合材料行業需要發布可持續的共識標準實踐,培訓產生合格的檢查員。