儲罐底板檢測方法的組合應(yīng)用

(1.中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300450；2.山東省蓬渤安全環(huán)保服務(wù)有限公司，煙臺 265600)

儲罐作為存儲和輸送油品的重要設(shè)施，廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)。儲罐的正常運行與否對石化工藝流程的安全尤為重要。據(jù)悉，一般情況下，儲罐投入運行10 a左右時，罐底板會逐漸發(fā)生腐蝕，而且隨著年份的增加腐蝕越趨嚴(yán)重，這是儲罐老化的主要表現(xiàn)[1]。罐底腐蝕受存儲介質(zhì)的種類、性質(zhì)、溫度及自身結(jié)構(gòu)等影響[2]，通常以均勻腐蝕、點坑腐蝕、應(yīng)力腐蝕等形式出現(xiàn)，腐蝕區(qū)域沿中心向邊緣擴(kuò)大，在罐底板外表面的邊緣板、罐底與罐壁的結(jié)合部位尤為明顯。其中，罐底腐蝕的危害不容小覷，極易造成穿孔，影響生產(chǎn)。

目前，檢測罐底腐蝕的方法有很多，各有各的優(yōu)勢，也各有各的局限性，實際使用起來彼此界限模糊，容易造成復(fù)檢和資源浪費[3-4]。筆者研究了一種有效的組合檢測方法，建立了不同程度腐蝕的不同檢測梯度，推薦工程實際按需施檢，避免資源浪費。以柴油儲罐為例，組合應(yīng)用聲發(fā)射、漏磁和磁粉3種檢測方法，分別對其進(jìn)行腐蝕檢測，得到了較好的方法梯度，對儲罐底板的完整性管理具有一定的借鑒意義。

1 檢測原理

1.1 聲發(fā)射檢測原理

聲發(fā)射檢測是一種動態(tài)的無損檢測技術(shù)，可用于在役儲罐的在線檢測及結(jié)構(gòu)完整性評價，主要通過儲罐在載荷變化時的有效活動聲源來探測和評估腐蝕情況[5-6]，即罐底板局部腐蝕區(qū)域在罐內(nèi)液位發(fā)生變動或穩(wěn)定于較高液位時，因承載發(fā)生變形而形成彈性波，被儀器采集，經(jīng)過分析則能得出罐底板的腐蝕情況[7]。

聲發(fā)射檢測技術(shù)無需開罐，無需外部激勵，可節(jié)約開罐費用，降低維修成本，但因其準(zhǔn)確性有待提升，使用頻率不高。然而，聲發(fā)射檢測或可作為維修計劃的基礎(chǔ)性檢測活動，也可用于判斷實施其他開罐檢測方法的必要檢測[8-9]。

聲發(fā)射檢測試驗時，筆者選用美國PAC公司生產(chǎn)的第3代全數(shù)字化系統(tǒng)(SAMOS-32)，配以DP3I型傳感器，磁基座固定，模擬源為HB鉛芯斷裂(φ0.5 mm)，檢測頻率為30 kHz～60 kHz[10]。聲發(fā)射檢測試驗系統(tǒng)框圖示意如圖1所示。

圖1 聲發(fā)射檢測試驗系統(tǒng)框圖示意

聲發(fā)射檢測布置雙層傳感器，通過時差濾波、參數(shù)濾波有效濾除環(huán)境、機(jī)械、電磁等噪聲，排除干擾，綜合分析有效數(shù)據(jù)，給出定級(A/I～E/V 5個等級)，附以相應(yīng)的維修建議(見表1)[11-12]。

表1 聲發(fā)射活動等級評價

1.2 漏磁檢測原理

漏磁檢測采用HALL(霍爾)探頭進(jìn)行，經(jīng)磁場磁化后的鐵磁性材料在缺陷表面會形成漏磁場，由于霍爾效應(yīng)，HALL探頭會發(fā)生感應(yīng)，通過漏磁通量可判斷缺陷尺寸，完成缺陷的分析[13]。漏磁檢測試驗原理示意如圖2所示。

圖2 漏磁檢測試驗原理示意

漏磁檢測具有速度快、易操作、無需對被檢表面做較多的清潔處理、檢測較為全面、精度高等優(yōu)點，但需要開罐，不能定量分析裂紋、焊縫等微觀缺陷，儀器沉重，不適用于非鐵磁性材料，缺陷定位不夠精確[14]。

選用漏磁檢測作為聲發(fā)射檢測的下一級試驗，對比不同腐蝕程度的兩種檢測評價結(jié)果。試驗設(shè)備采用英國Silverwing(UK)公司生產(chǎn)的儲罐底板漏磁檢測系統(tǒng)(Floormap3Di)，其檢測結(jié)果的腐蝕程度及缺陷位置描述方式如圖3所示。

圖3 腐蝕程度及缺陷位置描述

1.3 磁粉檢測原理

磁粉檢測是一種成熟的無損檢測方法，主要用于檢測鐵磁性材料的焊縫或裂紋缺陷，具有設(shè)備簡單、易操作、檢測周期短、表面缺陷檢測靈敏度高、費用低的優(yōu)點，但需要開罐。磁粉檢測結(jié)果一般較為直觀，通過磁痕可直接觀察缺陷的特征。

罐底板磁粉檢測是組合檢測方法的最后一步，用于發(fā)現(xiàn)較為嚴(yán)重的腐蝕缺陷。磁粉檢測設(shè)備采用DA-400S/16651磁粉探傷儀。該探傷儀通用性較強(qiáng)，固態(tài)電子器件與控制器一體，具備固定的DC或AC磁場。

鐵磁材料的被檢部位經(jīng)磁化后會產(chǎn)生磁場，其裂縫缺陷處的磁力線會發(fā)生彎曲繞行，繞行的磁力線暴露在空氣中形成漏磁通，此時在缺陷表面噴灑鐵磁粉或涂抹磁懸浮液，漏磁通會吸附部分磁粉或磁懸浮液，從而顯現(xiàn)出表征缺陷態(tài)勢的磁痕，磁粉檢測原理如圖4所示。

圖4 磁粉檢測原理示意

2 檢測方法和結(jié)果

2.1 1#儲罐(輕微腐蝕)檢測結(jié)果

1#儲罐：立式拱頂結(jié)構(gòu)，由罐頂、罐壁、底板組成，混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)，容積為1 000 m3，儲存介質(zhì)為柴油，腐蝕程度輕微。其聲發(fā)射、漏磁、磁粉的3種檢測結(jié)果如下所述。

2.1.1 聲發(fā)射檢測

6個傳感器均勻布置，采集時間為2 h，各通道聲源強(qiáng)度及活動性如表2所示，罐底板聲源平面及三維定位示意如圖5所示。

表2 1#罐底板聲源活動性

圖5 1#罐底板聲源平面及三維定位示意

由數(shù)據(jù)分析得知，1#儲罐個別通道聲發(fā)射撞擊次數(shù)較多，累計撞擊總數(shù)為736次，罐底板定位點數(shù)較少，綜合評價為II級，屬輕微腐蝕，短期內(nèi)不考慮維修，建議5 a內(nèi)開罐詳查或再次進(jìn)行聲發(fā)射檢測。

2.1.2 漏磁檢測

1#儲罐底板漏磁檢測缺陷分布如圖6所示。

圖6 1#儲罐底板漏磁檢測缺陷分布

圖7 1#儲罐底板腐蝕形貌

由數(shù)據(jù)分析得知，1#儲罐底板腐蝕缺陷較少且腐蝕程度輕微(多數(shù)為板厚的20%～30%)，主要集中于上表面。1#儲罐底板漏磁檢測結(jié)果與聲發(fā)射檢測結(jié)果基本一致，具體腐蝕形貌如圖7所示。

2.1.3 磁粉檢測

1#儲罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫磁粉檢測結(jié)果如圖8所示。

圖8 1#儲罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫磁粉檢測結(jié)果

1#儲罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫全長度檢測結(jié)果表明，無缺陷存在。在漏磁檢測評價結(jié)果的基礎(chǔ)上，磁粉檢測未能發(fā)現(xiàn)更為深入的問題。

2.2 2#儲罐(一般腐蝕)檢測結(jié)果

2#儲罐為立式拱頂結(jié)構(gòu)，由罐頂、罐壁、底板組成，混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)，容積為1 000 m3，儲存介質(zhì)為柴油，腐蝕程度一般。其聲發(fā)射、漏磁、磁粉檢測結(jié)果如下所述。

2.2.1 聲發(fā)射檢測

6個傳感器均勻布置，采集時間為2 h，各通道聲源強(qiáng)度及活動性如表3所示，該儲罐底板聲源平面及三維定位如圖9所示。

表3 2#儲罐底板聲源活動性

圖9 2#儲罐底板聲源平面及三維定位

由數(shù)據(jù)分析得知，2#儲罐部分通道聲發(fā)射撞擊次數(shù)較多，累計撞擊總數(shù)為5 271次，罐底板定位點數(shù)較多但不集中，綜合評價為Ⅲ級，屬一般腐蝕，建議暫不考慮維修，3 a內(nèi)開罐詳查或再次進(jìn)行聲發(fā)射在線檢測。

2.2.2 漏磁檢測

2#儲罐底板漏磁檢測缺陷分布如圖10所示。

圖10 2#儲罐底板漏磁檢測缺陷分布

由數(shù)據(jù)分析可知，2#儲罐底板存在一定程度的腐蝕，腐蝕分布區(qū)域較多，部分區(qū)域腐蝕程度達(dá)到板厚的30%～40%，個別區(qū)域達(dá)到40%～50%，且上下表面均有腐蝕，存在坑蝕、分層等現(xiàn)象。2#儲罐底板的漏磁檢測評價結(jié)果較聲發(fā)射檢測評價結(jié)果更為詳細(xì)，具體腐蝕形貌如圖11所示。

圖11 2#儲罐底板腐蝕形貌

2.2.3 磁粉檢測

2#儲罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫磁粉檢測結(jié)果如圖12所示。

圖12 2#儲罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫磁粉檢測結(jié)果

2#儲罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫全長度檢測結(jié)果表明，無缺陷存在。在漏磁檢測評價結(jié)果的基礎(chǔ)上，磁粉檢測評價未能發(fā)現(xiàn)更為深入的問題。

2.3 3#儲罐(嚴(yán)重腐蝕)檢測結(jié)果

3#儲罐：立式拱頂結(jié)構(gòu)，由罐頂、罐壁、底板組成，混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)，容積為500 m3，儲存介質(zhì)為柴油，腐蝕程度嚴(yán)重。其聲發(fā)射、漏磁、磁粉檢測試驗結(jié)果如下所述。

2.3.1 聲發(fā)射檢測

4個傳感器均勻布置，采集時間為2 h，各通道聲源強(qiáng)度及活動性如表4所示，該儲罐底板聲源平面及三維定位如圖13所示。

表4 3#儲罐底板聲源活動性

圖13 3#儲罐底板聲源平面及三維定位

由數(shù)據(jù)分析得知，3#儲罐部分通道聲發(fā)射撞擊次數(shù)較多，累計撞擊總數(shù)為4 172次，罐底板定位點數(shù)較多且分布集中，綜合評價為IV級，屬嚴(yán)重腐蝕，建議1 a內(nèi)開罐檢查維修。

2.3.2 漏磁檢測

3#儲罐底板漏磁檢測缺陷分布如圖14所示。

圖14 3#儲罐底板漏磁檢測缺陷分布

由數(shù)據(jù)分析得知，3#儲罐底板腐蝕較為嚴(yán)重，上下表面均有腐蝕，分布較為集中，且局部區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)穿孔。3#儲罐底板的漏磁檢測評價結(jié)果較聲發(fā)射檢測評價結(jié)果更為詳細(xì)，具體腐蝕形貌如圖15所示。

圖15 3#儲罐底板腐蝕形貌

2.3.3 磁粉檢測

3#儲罐底板焊縫裂紋缺陷磁粉檢測結(jié)果如圖16所示。

圖16 3#儲罐底板焊縫裂紋缺陷磁粉檢測結(jié)果

3#儲罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫全長度檢測中發(fā)現(xiàn)，罐底板裂紋缺陷累計長度為1 750 mm，屬于危險性缺陷，易引起結(jié)構(gòu)的脆性斷裂，繼續(xù)使用存在重大安全隱患，應(yīng)立即打磨消除后再次復(fù)檢。由此可見，3#儲罐底板的磁粉檢測評價結(jié)果是其漏磁檢測評價結(jié)果的有力補充。

3 匯總分析

重復(fù)試驗，共計選取了20臺儲罐，對其底板分別進(jìn)行了聲發(fā)射、漏磁、磁粉檢測研究，結(jié)果如表5所示。

表5 3種檢測方法對20臺儲罐的試驗結(jié)果

分析表5可知，在儲罐完整性檢驗評估工作中，針對其底板實施漏磁、磁粉檢測的必要性隨聲發(fā)射檢測評價結(jié)果的嚴(yán)重程度遞增。一般來說，當(dāng)聲發(fā)射檢測評價結(jié)果為Ⅱ級及以上時，漏磁、磁粉檢測的評價結(jié)果較好，實施開罐檢測的必要性不強(qiáng)；當(dāng)聲發(fā)射檢測評價結(jié)果為Ⅲ級及以下時，漏磁檢測評價結(jié)果會更為詳細(xì)，但磁粉檢測要到聲發(fā)射檢測評價結(jié)果為Ⅳ級及以下時，才有必要實施。

4 結(jié)論

(1)聲發(fā)射評價為Ⅱ級及以上級別的儲罐，無需開罐實施漏磁和磁粉檢測。

(2)聲發(fā)射評定為Ⅲ級的儲罐，有必要開罐實施漏磁檢測，但無需實施磁粉檢測。

(3)聲發(fā)射評定為Ⅳ級及以下級別的儲罐，有必要開罐實施漏磁、磁粉檢測，進(jìn)一步探究詳細(xì)的腐蝕信息，了解儲罐的真實狀態(tài)。

以上結(jié)論對儲罐完整性評價工程實際具有積極的借鑒意義，可作為控制儲罐運維成本的參考依據(jù)。聲發(fā)射、漏磁、磁粉檢測技術(shù)的組合應(yīng)用是無損檢測領(lǐng)域的新嘗試，有助于儲罐安全檢驗技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。