新型地上儲罐腐蝕檢測技術及設備

陳謀財，陳伯紅，段慶儒，丁 暉，朱 琴

（1.北京科海恒生科技有限公司，北京 100043；2.廣東省特種設備檢測院 惠州分院，惠州 516002）

對在用地上常壓儲罐底板和壁板的腐蝕減薄情況進行可靠有效地定性、定量檢測評估是保證石化工業(yè)、油田集輸站安全運行的關鍵。實際上，儲罐因為腐蝕而發(fā)生泄露的情況時有發(fā)生，既影響了生產(chǎn)也帶來了庫區(qū)安全隱患。國外在20世紀80年代初就開始了對儲罐底板和壁板腐蝕檢測技術和設備的研究。美國石油學會在1991年制訂了API 653標準，其中就提供了包括底板在內的地上儲罐結果完整性及運行狀況的預防性維修和檢驗檢測要求［1］。目前，漏磁、聲發(fā)射和超聲測厚技術被廣泛用于儲罐的腐蝕檢測。相對而言，我國常壓儲罐腐蝕檢測技術處于起步階段，但是發(fā)展迅速。我國分別于2007年出臺了JB／T 10765－2007《無損檢測 常壓金屬儲罐漏磁檢測方法》和JB／T 10764－2007《無損檢測常壓金屬儲罐聲發(fā)射檢測及評價方法》兩個標準，大大推動了漏磁和聲發(fā)射技術在儲罐腐蝕檢測的應用。為了更好地推動相關技術在常壓儲罐腐蝕檢測的應用，筆者結合了解的國外最先進檢測技術和設備向大家進行介紹。

1 能分辨上下表面缺陷的Floormap 3D漏磁檢測設備

據(jù)不完全統(tǒng)計，已有30多套英國銀翼公司的漏磁檢測設備為國內的二十幾個特檢機構和檢測單位服務。2012年該公司研發(fā)出一套可以分辨上下表面缺陷的Floormap 3D漏磁檢測設備。

常規(guī)的漏磁設備主要由24V直流電池驅動的掃描器主機、附加在掃描主機底部的磁橋、霍爾傳感器和觸摸式電腦組成（圖1）。檢測原理是由磁橋給儲罐底板施加磁場，在板內產(chǎn)生感應磁場；若板材上存在腐蝕或損傷等缺陷，則會在其表面形成漏磁場；霍爾傳感器探測到該漏磁場；通過信號傳輸及處理，最終在觸摸式電腦中顯示檢測結果。由于漏磁場的強度與缺陷深度和大小有關系，所以可以通過分析漏磁場信號來獲得板材上缺陷的情況。

圖1 常規(guī)漏磁檢測設備實物及探頭結構

由于對同樣的缺陷在上下表面得到的信號差別非常微小，所以常規(guī)漏磁檢測設備只能檢測出腐蝕缺陷的大小，而不能分辨缺陷是在上下哪個表面。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，上下表面缺陷會引起磁極下的磁阻變化（圖2），導致下表面缺陷產(chǎn)生的磁通量密度要比上表面缺陷的強得多。因此Floormap 3D設備在傳統(tǒng)漏磁設備的基礎上在磁極下方添加了傳感器，也稱STRAS技術，添加探頭位置見圖3。

圖2 由上下表面缺陷引起的磁阻變化圖

圖4～7為針對帶有20%，40%，60%和80%缺陷的標定板，傳統(tǒng)漏磁檢測儀及STRAS技術探頭分別從缺陷朝上和缺陷朝下兩種狀態(tài)下掃查所得的漏磁信號和C掃描圖。從圖中可以清楚地看到，傳統(tǒng)漏磁傳感器所獲得的上下表面缺陷信號和C掃描圖沒什么變化，但磁極下新加的傳感器只對上表面缺陷引起的漏磁信號敏感，對下表面缺陷引起的漏磁信號不敏感。圖7是Floormap 3D漏磁設備在6mm標定試板上缺陷朝上掃描所得結果，通過軟件的濾波選擇可以很簡單地分辨上下表面缺陷。

圖3 STRAS技術所加探頭的位置

圖4 不同檢測方法對上下表面缺陷的檢測效果

Floormap 3D與常規(guī)漏磁設備相比，除了可以分辨缺陷是在哪個表面之外，其探頭數(shù)由原來的32個增到256個（圖8），大大提高了對小缺陷的敏感度，提高了檢出率，顯著提高了分辨力，同時探頭按三維布置可以避免由于缺陷的方向性所造成的漏檢。

2 儲罐底板的導波檢測技術及設備

漏磁檢測儲罐底板的數(shù)據(jù)雖然可靠直觀，但檢測時必須開罐和清罐，需要耗費大量的人力和物力，所以實際工作中希望在不開罐的情況下能檢測出儲罐底板的腐蝕情況。

對此，目前應用較多的是聲發(fā)射技術和低頻導波技術。聲發(fā)射技術檢測結果不直觀，而且依據(jù)JB／T 10764－2007標準判斷罐底板腐蝕情況有一定的難度，因為評定腐蝕程度的關鍵C值和K值都是要對相同規(guī)格和運行條件的儲罐進行一定數(shù)量的檢測試驗和開罐驗證來取得，目前我國還處于積累階段，沒有這樣的經(jīng)驗數(shù)值，因此聲發(fā)射技術對一個罐群來說可以對其儲罐的腐蝕情況進行排序，但很難針對某個儲罐給出準確的腐蝕情況。

圖5 傳統(tǒng)漏磁信號C掃描圖

圖6 STRAS技術磁極下漏磁信號C掃描圖

圖7 STRAS技術掃描后顯示的上表面缺陷結果

圖8 探頭布局圖

英國TWI集團下的PI公司目前正在研制一款能在不開罐情況下檢測儲罐底板腐蝕的低頻導波設備。其采用超聲波原理，探頭的布置與聲發(fā)射類似。根據(jù)儲罐直徑的不同，在儲罐外均勻布置一定數(shù)量的探頭。采用一發(fā)多收的、依次發(fā)射的方式，根據(jù)采集的信號，以成像的方式給出儲罐底板的腐蝕情況（圖9）。所得的結果中包含了焊縫、儲罐底板附屬結果以及腐蝕缺陷信號。

該系統(tǒng)已經(jīng)在英國的荷蘭皇家孚寶集團進行試驗。試驗對象是一個直徑φ8.5m的儲罐，在儲罐內做了一個直徑φ50mm的缺陷，其檢測結果如圖10所示。

從圖10中可以看出，所得的層析圖能夠比較直觀地反映出缺陷的位置及形狀。為了進一步驗證系統(tǒng)的可靠性，又在底板上沿線性方式做了三個缺陷，其中最小的直徑為φ20mm，其檢測結果如圖11。可見，該技術在儲罐底板腐蝕檢測上具有廣泛的應用前景。

圖9 低頻導波檢測儲罐底板原理圖

圖10 導波技術檢測φ50mm缺陷效果

3 儲罐罐壁腐蝕檢測技術

對于儲罐罐壁的腐蝕，起初都是采用人工測厚的方式進行檢測，工作量大而且需要搭建腳手架，所以越來越多的企業(yè)選用了爬行機器人。

圖11 導波技術檢測儲罐底板線性方向上的三個缺陷效果

3.1 干耦合B掃描爬行系統(tǒng)

干耦合B掃描爬行系統(tǒng)見圖12。其主要采用超聲干耦合技術進行線性B掃描，優(yōu)點是自動爬行、電池供電、測量過程中無需添加耦合劑，但其爬行速度只有25mm／s，且數(shù)據(jù)受現(xiàn)場表面條件影響較大。

圖12 干耦合B掃描爬行系統(tǒng)

3.2 超聲水耦合C掃描系統(tǒng)

超聲水耦合C掃描系統(tǒng)由掃描器、電子主機、遙控器、軟件、電纜及水泵（提供水耦合）組成（圖13）。該系統(tǒng)采用掃描器上的探頭連續(xù)移動進行面掃描，檢測時只需要把掃描器放在需要檢測的區(qū)域，通過控制器或軟件控制掃描器運行，檢測區(qū)域的腐蝕情況可以以C掃描的方式實時顯示在計算機屏幕上。

該系統(tǒng)特別適合于重點觀察部位的腐蝕檢測，用顏色的不同來顯示腐蝕的程度。主要優(yōu)點是結果直觀、可以選擇多種掃描器；缺點是需要220V交流供電、操作復雜、耗水多。

3.3 快速自動爬行連續(xù)測厚系統(tǒng)

圖14是目前爬行速度最快的罐壁檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)與其他爬行器最大的不同之處在于其采集信號的傳感器位于爬行器的腹部，四個磁輪可以很好地讓傳感器與檢測表面緊密接觸。除此之外還利用流速可調的隔膜泵提供水耦合，不但可以確保耦合條件的可靠性，還能節(jié)約水資源。

圖13 超聲水耦合C掃描系統(tǒng)

圖14 快速爬行連續(xù)測厚系統(tǒng)

該系統(tǒng)由于采用了小巧靈活的爬行器，使得爬行速度高達6m／min，大大提高了檢測效率；全套系統(tǒng)采用24V直流電池供電，安全又方便；能實時顯示當前厚度，直觀易懂；能直接出具Excel報告，位置厚度一一對應，結果一目了然；同時還有管道爬行器可選，滿足更多檢測要求。

4 結語

介紹了目前世界最先進的儲罐檢測技術及設備，可為國內的儲罐檢測提供更多有效的技術和手段，為儲罐的設計、維護和管理提供可靠的依據(jù)。

［1］ 陳虎，林遠龍，祝金丹.常壓儲罐底板腐蝕漏磁檢測［J］.無損檢測，2010，32（6）：450－453.